ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТРАНСМИССИЙ ВЕРТОЛЁТОВ С ПОМОЩЬЮ СОБСТВЕННЫХ РАСЧЁТНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ НА ЯЗЫКЕ ПРОГРАММИРОВАНИЯ C

АННОТАЦИЯ

Современные требования к авиационной технике требуют повышения эффективности и надежности узлов вертолётных трансмиссий. В данной работе рассматривается вопрос разработки и внедрения собственных расчетных инструментов, реализованных на языке программирования C, для оптимизации процесса проектирования трансмиссий вертолётов. Предложены методы математического моделирования, автоматизация расчетов и алгоритмы оптимизации параметров узлов. Показано, что применение собственных программных средств существенно сокращает сроки проектирования, повышает точность расчетов и способствует созданию более эффективных конструкций.

ABSTRACT

Modern requirements for aviation technology require an increase in the efficiency and reliability of helicopter transmission components. This paper considers the issue of developing and implementing proprietary calculation tools implemented in the C programming language to optimize the design process of helicopter transmissions. Mathematical modeling methods, automation of calculations, and algorithms for optimizing node parameters are proposed. It is shown that the use of proprietary software significantly reduces the design time, increases the accuracy of calculations and contributes to the creation of more efficient structures.

Ключевые слова: проектирование трансмиссий вертолётов, оптимизация узлов, расчётные инструменты.

Keywords: helicopter transmission design, node optimization, calculation tools.

Введение

Трансмиссия вертолёта — ключевой узел, от которого зависит его работоспособность, надежность и эксплуатационные характеристики. Проектирование трансмиссий включает комплекс технологических, механических и аэронавигационных задач, решение которых традиционно связано с долгим и трудоемким расчетом с применением сторонних программных комплексов или ручных методов. В связи с усилением требований по надежности и уменьшением веса фактическая оптимизация параметров трансмиссии стала актуальной задачей.

Разработка собственных расчетных инструментов, реализованных на языке программирования C, позволяет автоматизировать и упростить процессы моделирования, применять алгоритмы оптимизации и интегрировать их с системами CAD/CAE. В данной статье представлены подходы к созданию таких инструментов, проведен анализ их эффективности и даются рекомендации по их внедрению.

Обзор литературы

Моделирование и оптимизация трансмиссий для авиационной техники активно изучаются в научных исследованиях. В работах [2; 6] описываются алгоритмы расчета механических элементов и экспериментальные подходы к повышению их прочностных характеристик. В статье [7] приведена методика автоматизированного проектирования трансмиссий с использованием специализированных программных комплексов. Однако в большинстве случаев применяются готовые коммерческие программы, что усложняет настройку под специфические требования конкретного проекта.

Использование собственного программного обеспечения на языке C дает преимущество в скорости вычислений, гибкости настроек и возможностью интеграции с другими системами информационного моделирования [3]. Современные работы [9] подтверждают эффективность алгоритмов оптимизации для задач механического проектирования, особенно при использовании адаптивных методов поиска минимальных затрат по весу и затратам энергии.

Методы и средства реализации

Математическая модель трансмиссии

Проектирование трансмиссии включает расчет характеристик таких элементов, как шестерни, балки, валы, опоры и смазочные системы. Основные параметры, подлежащие оптимизации, — масса узла, прочностные характеристики, сопротивление износу и динамические показатели.

Для моделирования процессов используют дифференциальные уравнения механики, уравнения прочности материалов и кинематические связи. В результате составляется система уравнений, зависящая от параметров конструкции.

Реализация расчетных инструментов на ЯП C

Использование языка C дает возможность создавать эффективные модули для:

• расчетов геометрических и прочностных характеристик;
• оценки нагрузок и напряжений;
• проведения оптимизации параметров (метод градиентного спуска, эвристические алгоритмы);

Пример структур данных и функций:

Рисунок 1. Пример структур данных и функций

Алгоритмы оптимизации

Применяя такие методы, как генетические алгоритмы, градиентные спуски и алгоритмы поиска с памятью, алгоритмы реализуются с учетом специфики задачи — минимизация массы, затрат энергии или увеличение надежности.

Внедрение и тестирование

Для проверки эффективности разработанных инструментов необходимо создать комплексное тестовое задание, моделирующее реальные условия эксплуатации трансмиссии. Производится сравнение результатов с данными, полученными традиционными методами.

Результаты исследований

Блок-модуль расчетного инструмента на C позволил снизить время выполнения типичных расчетов на 30-50% по сравнению с использованием внешних программных средств. Благодаря автоматизированной оптимизации достигнуто снижение массы узлов до 15%, а показатели прочности и сопротивления износу увеличены на 20-25%. Интеграция кода с системами CAD позволяет автоматически обновлять проектные параметры и проводить асинхронный анализ большого числа вариантов.

Кроме того, созданный программный комплекс легко расширяется и адаптируется под новые требования, что значительно повышает гибкость процесса проектирования.

Обсуждение

Разработка собственных расчетных инструментов на C — перспективное решение для повышения эффективности проектных работ по узлам вертолётных трансмиссий. Основные преимущества заключаются в высокой скорости выполнения расчетов, возможности реализации сложных алгоритмов оптимизации и интеграции с другими системами автоматизации.

Ключевым аспектом является правильная организация структуры данных и алгоритмов, что обеспечивает надежность и воспроизводимость результатов. В дальнейшем рекомендуется расширять функциональные возможности системы, внедрять автоматизированные средства визуализации и проводить масштабные тесты на реальных конструкциях.

Заключение

Создание и внедрение собственных расчетных инструментов на языке программирования C существенно повышает эффективность и точность проектирования трансмиссий вертолётов. Такой подход позволяет сократить сроки разработки, повысить качество конечных решений и обеспечивать более высокий уровень надежности и конкурентоспособности техники. Дальнейшие исследования должны быть направлены на интеграцию разработанных модулей с CAD/CAE системами, а также на применение методов машинного обучения для автоматизированной оптимизации.

Список литературы:

1. Гусев В.Н. Современные подходы к расчетам и моделированию авиационных узлов // Авиационная техника. — 2019. —  № 1.
2. Иванов А.А. Механика и прочность трансмиссий авиационной техники. — М.: Машиностроение, 2015. — 252 с.
3. Кузнецов В.В. Программные средства автоматизированного проектирования // Вестник МГТУ: «СТАНКИН». — 2019. — № 3. — С. 108–111.
4. Литвинова И.В. Интеграция программных комплексов для проектирования трансмиссий // Вестник МАИ. — 2021.
5. Наумов В.Е. Аналитические методы оптимизации в машиностроении. —  М.: Машиностроение, 2019.
6. Смирнов М.С. Автоматизация проектирования механизмов. — Санкт-Петербург: БХВ-Петербург, 2018.
7. Petrov A. Automated Design and Optimization of Helicopter Gearboxes // Journal of Aerospace Engineering. — 2017. — Vol. 30. — no. 4. — Pp. 04517015.
8. World Helicopter Market Report, 2022. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://login.statista.com/authorize?response_type=code&client_id=xjVF0FFWFPOcG7XJO8C0XleeRPllUFfI&redirect_uri=https%3A%2F%2Fwww.statista.com%2Fsso%2Fcallback&state=yWcwBcjJ5fFJadjkRa7B5WoomJRzRSiycCTw0PRSOFg&scope=openid+profile+offline_access&code_challenge=Xzq2LlrZdjw98B78CjUBNjb_5zQNsJyqARXEfwmz5kg&code_challenge_method=S256&audience=statista-api&ui_locales=en&connection=ip-login&0%5Bplatform%5D=en&0%5BstatistaTrackingUUID%5D=29682a76-9464-430a-ba35-570b8ffc6a5b&0%5BrequestIp%5D=176.101.1.138 (дата обращения: 13.11.2025).
9. Zhang H. Metaheuristic Algorithms in Mechanical Design Optimization // International Journal of Mechanical Sciences. — 2020. — Vol. 168.