Ingineria calitatii structurilor constructive de profil complex in industria aeronautica

CUVANT INAINTE

Intr-un context caracterizat de o evolutie tehnologica accelerata, calitatea structurilor constructive complexe devine un element esential pentru siguranta si eficienta operationala, in special in industria aviatiei. Cartea aduce in prim-plan cercetari si solutii inovatoare menite sa raspunda acestor provocari, avand ca obiectiv principal imbunatatirea calitatii, a performantei si a fiabilitatii structurilor constructive de profil complex utilizate in aviatie.

Aceasta carte reflecta efortul comun al autorilor de a integra rigoarea stiintifica cu aplicatiile practice, adresandu-se atat specialistilor din domeniul aerospatial, cat si celor interesati de tehnologiile avansate. Cercetarea se concentreaza pe identificarea si aplicarea unor metode moderne care combina ingineria clasica cu tehnologiile de varf, pentru a raspunde cerintelor tot mai stricte ale industriei aerospatiale.

Cartea noastra nu ar fi fost posibila fara sprijinul si colaborarea colegilor si a institutiilor implicate care au contribuit prin sugestii si observatii valoroase la perfectionarea materialului. De asemenea, exprimam recunostinta familiilor noastre, care au fost un sprijin constant in realizarea acestei lucrari.

Prin aceasta carte, ne propunem sa oferim o contributie semnificativa la progresul stiintific si tehnologic din domeniul aviatiei, sustinand dezvoltarea unor tehnologii avansate care sa indeplineasca cele mai inalte standarde de siguranta si performanta. Speram ca rezultatele obtinute sa inspire noi directii de cercetare si sa stimuleze inovatia in domeniul ingineriei structurale si aerospatiale.

Aceasta carte reprezinta un efort comun al ambilor autori, iar toate drepturile de proprietate intelectuala asupra continutului apartin in mod egal acestora, reflectand colaborarea si angajamentul comun pentru promovarea cercetarii si inovatiei in domeniul ingineriei si managementului calitatii.

Speram ca aceasta carte va constitui o contributie semnificativa pentru intelegerea si promovarea Ingineriei calitatii structurilor constructive de profil in industria aeronautica.

Prezenta carte s-a realizat avand la baza teza de doctorat cu titlul „Contributii privind imbunatatirea calitatii structurilor constructive de profil complex utilizand sisteme tehnice avansate”, sustinuta la Universitatea Nationala de Stiinta si Tehnologie POLITEHNICA Bucuresti in data de 28 septembrie 2024 de catre Eliza Ioana Apostol, conducator stiintific de doctorat Prof. univ. dr. ing. dr. ec. Dr. Habil. Dr.h.c. Aurel Mihail TITU.

Multumim tuturor acelora care au facut posibila realizarea si finalizarea tuturor cercetarilor si publicatiilor stiintifice conexe in perioada 2019-2025.

Multumim Editurii AGIR din Bucuresti pentru sprijin si pentru frumoasa colaborare.

Autorii

CUPRINS

Introducere 15

Capitolul 1. Repere cronologice in domeniul aviatiei civile si militare 23
1.1. Repere cronologice in domeniul aviatiei civile 23
1.1.1. Introducere 23
1.1.2. Traian Vuia - inventatorul si pionierul aviatiei mondiale 26
1.1.3. Aurel Vlaicu si contributiile sale in domeniul aviatiei 27
1.1.4. Henri Coanda si contributiile sale in domeniul aviatiei 29
1.1.5. Aspecte cronologice cu privire la evolutia aviatiei civile in zilele noastre 30
1.2. Repere cronologice in domeniul aviatiei militare 34
1.2.1. Introducere 34
1.2.2. Procesul de infiintare a artileriei antiaeriene romane 36
1.2.3. Modernizarea flotei fortelor aeriene romane 37
1.2.4. Modernizarea aviatiei militare in zilele noastre 41
1.3. Concluzii 42

Capitolul 2. Asigurarea si managementul calitatii 45
2.1. Calitatea si managementul calitatii in context actual 45
2.1.1. Calitatea. Asigurarea calitatii in domeniul aeronautic 45
2.1.2. Managementul calitatii 46
2.1.3. Calitatea versus organizatia ca sistem 50
2.1.3.1. Organizatia ca sistem 51
2.1.3.2. Organizatia 52
2.1.3.3. Organizatia care invata 53
2.1.3.4. Organizatia bazata pe cunostinte 54
2.1.4. Organizatia si economia bazata pe cunostinte 55
2.1.4.1. Economia bazata pe cunostinte 56
2.1.4.2. Managementul bazat pe cunostinte 57
2.1.5. Controlul tehnic de calitate 58
2.2. Standardele in domeniul calitatii aplicabile in domeniul aeronautic 60
2.3. Sisteme de management al calitatii 61
2.4. Imbunatatirea calitatii in domeniul aeronautic 63
2.5. Obiective si oportunitati 64
2.6. Strategii si indicatori 66
2.7. Importanta proiectarii structurilor constructive de profil 72
2.8. Concluzii 76

Capitolul 3. Managementul riscului si al securitatii in domeniul aeronauticii 79
3.1. Siguranta in functionare. Conceptul de securitate 80
3.2. Perceptia si managementul riscului in domeniul aeronautic 82
3.3. Prevenirea si riscul 85
3.4. Gestionarea riscului si al securitatii in domeniul aeronautic 88
3.5. Eficienta si eficacitate. Siguranta in functionare. Securitate 91
3.6. Concluzii 92

Capitolul 4. Sisteme tehnice avansate pentru imbuntatirea calitatii structurilor constructive de profil complex 94
4.1. Tunelele aerodinamice 96
4.1.1. Tipuri de tunele aerodinamice 98
4.1.1.1. Tunelele subsonice 98
4.1.1.2. Tunelele transonice 99
4.1.1.3. Tunelele supersonice 99
4.1.1.4. Tunelele hipersonice 99
4.1.2. Domenii de utilizare ale sistemelor tehnice avansate 100
4.1.3. Parametri aerodinamici. Tuneluri aerodinamice 101
4.2. Acuratetea si calitatea tehnicilor de proiectare si testare 103
4.3. Tehnici, metode si instrumente de testare a parametrilor aerodinamici 107
4.4. Concluzii 108

Capitolul 5. Imbunatatirea calitatii structurilor constructive de profil complex. Concluzii 110

Capitolul 6. Obiective pentru imbunatatirea calitatii structurilor constructive de profil complex 114
6.1. Directiile de cercetare 115
6.2. Obiectivul principal si obiectivele specifice 116
6.3. Metodologia de cercetare 117

Capitolul 7. Imbunatatirea performantelor aerodinamice ale structurilor constructive de profil complex 119
7.1. Caracteristici specifice ale profilelor aerodinamice standard utilizand tunelul aerodinamic 119
7.1.1. Profilul aerodinamic standard 119
7.1.2. Caracteristicile specifice (aerodinamice) cu particularizare pe profilul simetric 120
7.1.3. Efectul caracteristicilor specifice (aerodinamice) functie de simetria profilului ales 122
7.1.4. Programul experimental 123
7.2. Analiza performantelor aerodinamice ale unui profil simetric ales 131
7.2.1. Actualitatea cercetarii 131
7.2.2. Numarul Reynolds si profilul aerodinamic standard (simetric) 132
7.3. Modelarea matematica a curgerii aerului in jurul profilului aerodinamic standard (simetric) 136
7.3.1. Profilul simetric adaptat cu sistem de hipersustentatie 136
7.3.2. Modelarea matematica a carateristicilor specifice (aerodinamice) ale profilului 138
7.3.3. Modelarea matematica a caracteristicilor specifice (aerodinamice) ale profilului simetric cu sistem de hipersustentatie 146
7.3.4. Validarea modelarii matematice a profilului simetric cu sistem de hipersustentatie utilizand tunelul aerodinamic 152
7.4. Contributii la utilizarea unor metode calitative de vizualizare a fluxului de aer utilizand machete 156
7.4.1. Aplicarea metodei cu fire pentru un model aerodinamic 158
7.4.2. Aplicarea metodei PIV pentru un model aerodinamic 159
7.4.3. Aplicarea metodei PSP pentru un model aerodinamic 160
7.4.4. Minimizarea riscurilor identificate cu metodele calitative 161
7.5. Concluzii 187

Capitolul 8. Aplicarea metodei „Six Sigma” pentru imbunatatirea
calitatii structurilor constructive de profil complex 189
8.1. Aplicarea metodei Six Sigma in cercetarea aeronautica 189
8.1.1. Fundamentele metodologiei Six Sigma 189
8.1.2. Aplicarea metodologiei Six Sigma ca abordare structurata 191
8.1.3. Utilizarea abordarii DMAIC 192
8.2. Tunelurile subsonice si implicatiile in dezvoltarea tehnica 193
8.2.1. Cercetarea aplicativa in dezvoltarea tehnica a aeronauticii 194
8.2.2. Studii de caz privind cercetarile aplicative in tunelurile aerodinamice 195
8.2.3. Implementarea metodei Six Sigma in cercetarile aplicative din tunelurile subsonice 197
8.3. Imbunatatirea structurilor de profil complex in tunelurile subsonice utilizand metoda Six Sigma 200
8.3.1. Descrierea tunelurilor subsonice si a experimentelor realizate 200
8.3.2. Implementarea metodei Six Sigma pentru imbunatatirea calitatii si eficientei structurilor 200
8.4. Impactul implementarii metodei Six Sigma si interpretarea rezultatelor obtinute 216
8.4.1. Evaluarea impactului implementarii metodei Six Sigma 216
8.4.2. Rezultatele obtinute si imbunatatirile realizate 219
8.4.3. Interpretarea si analiza rezultatelor 221
8.4.4. Concluzii privind implementarea metodei Six Sigma pentru dezvoltarea tehnologica in domeniul aeronautic 222

Capitolul 9. Aplicarea metodei FMEA pentru imbunatatirea calitatii proceselor conexe integrate 223
9.1. Introducere in aplicarea metodei FMEA 223
9.1.1. Contextul abordat 223
9.1.2. Scopul si obiectivul studiului 224
9.1.3. Relevanta si contributia cercetarii 225
9.2. Fundamentarea teoretica in aplicarea metodei FMEA 227
9.2.1. Metode de optimizare a performantei si fiabilitatii proceselor 227
9.2.2. Analiza riscurilor si metoda FMEA 229
9.2.3. Integrarea FMEA in cercetarile experimentale in industria aeronautica 231
9.3. Utilizarea metodei FMEA pentru imbunatatirea performantei si fiabilitatii proceselor in industria aeronautica 233
9.3.1. Planificarea cercetarii 233
9.3.2. Definirea proceselor, identificarea riscurilor si implementarea FMEA in procesele aeronautice 236
9.3.3. Integrarea managementului calitatii in cercetarile experimentale 238
9.3.4. Tehnici si instrumente in analiza riscurilor si a managementului calitatii 240
9.4. Analiza structurilor constructive de profil complex in tuneluri subsonice 241
9.4.1. Identificarea si evaluarea riscurilor 242
9.4.1. Implementarea si monitorizarea solutiilor pentru imbunatatire 246
9.4.2. Analiza rezultatelor obtinute din aplicarea metodei FMEA 247
9.4.3. Impactul integrarii analizei riscurilor si a managementului calitatii 250
9.4.4. Implicatii pentru industria aeronautica 251
9.4.5. Concluzii privind aplicarea metodei FMEA in optimizarea performantei si fiabilitatii proceselor in industria aeronautica 252

Capitolul 10. Concluzii finale, contributii originale si directii ulterioare de cercetare 254

Bibliografie 256

DESPRE AUTORI

ELIZA-IOANA APOSTOL este cercetator stiintific, cu o cariera solida in domeniul ingineriei aerospatiale si o contributie semnificativa la avansul tehnologic privind imbunatatirea calitatii structurilor constructive complexe.

In anul 2024, a obtinut titlul de doctor in Inginerie si Management la Universitatea Nationala de Stiinta si Tehnologie POLITEHNICA Bucuresti, sub coordonarea Prof. univ. dr. ing. si dr. ec. Dr. Habil. Aurel Mihail Titu. Teza sa de doctorat, intitulata „Contributii privind imbunatatirea calitatii structurilor constructive de profil complex utilizand sisteme tehnice avansate”, aduce inovatii semnificative in domeniul aeronauticii.

Eliza-Ioana Apostol si-a inceput formarea academica la Facultatea de Inginerie Aerospatiala a Universitatii Politehnica din Bucuresti, unde a obtinut diploma de licenta in Constructii Aerospatiale (2015) si doua diplome de master in Structuri Aeronautice si Spatiale si Sisteme Holistice Spatiale (2017). Studiile doctorale au permis aprofundarea cercetarilor sale asupra calitatii structurilor constructive de profil complex prin utilizarea tehnologiilor avansate, contribuind astfel la progresul industriei aeronautice.

Incepand cu anul 2015, Eliza-Ioana Apostol isi desfasoara activitatea ca cercetator stiintific in cadrul INCAS - Institutul National de Cercetare-Dezvoltare Aerospatiala „Elie Carafoli” din Bucuresti. In aceasta institutie, a avut un rol esential in colectarea si validarea datelor experimentale, analiza seturilor extinse de date si redactarea rapoartelor pentru optimizarea proceselor aerospatiale. Totodata, a fost implicata in proiecte de testare a structurilor aerodinamice in tunelurile aerodinamice, contribuind la imbunatatirea si la dezvoltarea unor modele avansate pentru analiza performantelor aerodinamice.

In perioada 2019-2024, a publicat multiple lucrari stiintifice in reviste de prestigiu si a participat la conferinte internationale de profil. Printre cele mai relevante contributii se numara:

- Analiza SWOT a metodelor de simulare si vizualizare a curgerii aerului in tunele aerodinamice;

- Aplicarea metodologiei Six Sigma pentru optimizarea calitatii structurilor constructive aeronautice;

- Utilizarea metodei FMEA pentru analiza si imbunatatirea proceselor experimentale in industria aerospatiala;

Domeniile sale de expertiza includ aerodinamica experimentala, managementul calitatii, analiza riscurilor si optimizarea proceselor aerospatiale. A colaborat cu specialisti din mediul industrial si academic, facilitand schimbul de bune practici si contribuind la dezvoltarea unor standarde avansate pentru testarea si certificarea structurilor aeronautice.

Prin activitatea sa de cercetare si inovare, Eliza-Ioana Apostol isi propune sa contribuie la progresul ingineriei aerospatiale prin solutii tehnologice avansate si sustenabile. Studiile sale asupra imbunatatirii calitatii structurilor constructive complexe deschid noi directii de cercetare si furnizeaza solutii concrete pentru optimizarea eficientei si sigurantei in industria aeronautica. Prin implicarea activa in proiecte de anvergura, reprezinta un model de excelenta stiintifica si inovatie in domeniul sau de expertiza.

AUREL MIHAIL TITU este Profesor universitar titular la Universitatea „Lucian Blaga” din Sibiu (ULBS), Facultatea de Inginerie, Departamentul Inginerie Industriala si Management si conducator de doctorat la Universitatea Nationala de Stiinta si Tehnologie POLITEHNICA Bucuresti in Domeniul Fundamental Stiinte Ingineresti, Domeniul de Doctorat Inginerie si Management, (incepand cu anul 2017) fondator al acestui Domeniu la POLITEHNICA Bucuresti alaturi de alti doi colegi profesori universitari. A parcurs toate etapele in formarea sa ca si dascal, pornind de la Preparator Universitar (1995) si pana la Profesor Universitar (2007).

Este „Expert PATLIB Level III” (certificare obtinuta prin concurs), Consultant European in Proprietate Intelectuala si Ambasador al Inovarii desemnat pentru zona Europa si zona Asia, director al Centrului Regional pentru Promovarea Protectiei Proprietatii Industriale al OSIM si EPO (Centrul PATLIB din Sibiu) din anul 2010.

Aurel Mihail TITU este Secretar Stiintific al Sectiei nr. IX al A.O.S.R. - Sectia de Stiinte Economice, Juridice si Sociologice. Din 2007 este Presedinte si Fondator al Asociatiei Romane pentru Tehnologii Alternative din Sibiu (A.R.T.A. Sibiu), asociatie profesionala cu activitatea de cercetare acreditata cu obiect de activitate cercetare, inovare, training, consultanta in domeniul Protectiei Proprietatii Intelectuale, in speta Brevete de Inventie, Marci, Desene si Modele Industriale etc., consultanta si cercetare in domeniul Tehnologiilor Neconventionale, Nanotehnologii etc. Este Vicepresedinte al Asociatiei Romane de Tehnologii Neconventionale Romania cu Sediul Central la Timisoara. Este Membru Corespondent al Academiei Oamenilor de Stiinta din Romania (A.O.S.R.).

Cofondator si Editor Sef al „Nonconventional Technologies Review”, revista indexata intr-un numar important de baze de date internationale si in curs de indexare SCOPUS si WOS, este Editor Sef al Analelor A.O.S.R. a Sectiei de Stiinte Economice, Juridice si Sociologice, este Editor al „The International Journal of Mechatronics and Applied Mechanics”, este Editor al „Management of Sustenabile Development Review” si Membru in Comitetul Editorial si Stiintific la un numar important de Reviste si Conferinte Internationale de prestigiu din Romania, Hong Kong, Malaysia, Thailanda, Elvetia, China, Vietnam, Taiwan, mai multe tari din Uniunea Europeana etc. Este Secretarul stiintific al Asociatiei „Societatea Academica de Management din Romania” filiala Sibiu si Secretar General al Asociatiei China Center din Romania.

Aurel Mihail TITU a infiintat in 2016 primul Cerc Stiintific in Domeniul Protectiei Proprietatii Intelectuale din Romania la Universitatea Lucian Blaga din Sibiu, Cerc stiintific care functioneaza si astazi, unde participa anual studenti, ingineri si economisti, juristi si alte categorii profesionale din regiunea CENTRU, si anume Sibiu, Alba, Valcea, Gorj, Hunedoara, Bacau etc. Este cofondator si Section Editor al Revistei „Journal of Electrical Engineering, Electronics, Control and Computer Science“, JEEECCS, revista indexata in numeroase baze de date internationale.

O alta recunoastere importanta este cea de Membru al Asociatiei Internationale a Inginerilor din ASIA, IAENG, nr. legitimatie 11873.

A coordonat in perioada 2002-2016, ca director, Departamentul Protectia Propritatii Intelectuale de la Universitatea Lucian Blaga din Sibiu, primul departament ca si structura suport in Domeniul Protectiei Proprietatii Intelectuale, creat in universitate. Aurel Mihail TITU este Membru Activ al Asociatiei Inginerilor din Germania (Verein Deutscher Ingenieure) - VDI Germania inca din anul 2006 si este unul dintre promotorii inventicii si inovarii la nivel mondial. Aurel Mihail TITU este doctor in Inginerie Industriala (1999) si doctor in economie specializarea Management (2007), este doctor Habilitat (2017), este absolvent al Facultatii de Inginerie de la Universitatea Lucian Blaga din Sibiu, Specializarea Tehnologia Constructiilor de Masini (1994), si al Facultatii de Stiinte Economice de la Universitatea Lucian Blaga din Sibiu, Specializarea Finante-Banci-Asigurari (2003), este absolvent a doua programe de Master la Universitatea Lucian Blaga din Sibiu, unul in domeniul ingineriei mecanice si al doilea in domeniul stiintei calculatoarelor.

Aurel Mihail TITU este membru CNATDCU incepand cu 2024. Aurel Mihail TITU este presedintele Juriului la Salonul International de Inventica INVENTCOR inca de la prima editie (2020) si pana in prezent, este membru al unor Jurii Internationale la Saloane Internationale de Inventica in Romania (Iasi Euroinvent si Inventica, Galati, Suceava, Bucuresti, Sibiu, Timisoara), Chisinau Republica Moldova, Polonia, Croatia, Dubai, Londra Marea Britanie, Taiwan, Hong Kong, Singapore, Toronto Canada, Ungaria etc.

Aurel Mihail TITU are ca domenii de competenta Ingineria si Managementul calitatii, Managementul Proprietatii Intelectuale, Management universitar, Cercetarea experimentala si prelucrarea datelor, Proiectarea asistata si clasica a dispozitivelor de prelucrare si control, Tehnologii Neconventionale si, nu in ultimul rand, Managementul cunostintelor.

Este autorul a 93 de carti, monografii, tratate si cursuri universitare (toate publicate pe suport hartie intr-o editura cu ISBN), a 47 de cereri de brevete de inventie si brevete de inventie, 28 lucrari stiintifice publicate in reviste WOS, Q1, Q2, Q3, Q4, indexate, 150 de articole publicate si indexate in ISI Proceedings, peste 335 de lucrari stiintifice BDI, director a 31 de contracte de cercetare stiintifica la nivel national, director a 11 contracte de cercetare stiintifica la nivel international, 19 instalatii si tehnologii puse in functiune, respectiv integrate in procese cu documentatia aferenta, 17 produse software realizate si utilizate si aplicate in cadrul unor granturi, contracte de cercetare, colaborari, teze de doctorat, Consultanta in domeniul calitatii la 31 de organizatii. Fiind Conducator de doctorat, in prezent coordoneaza 12 doctoranzi, are 10 doctori in stiinte, a participat ca referent stiintific in 39 comisii de doctorat in domeniul Inginerie Industriala si in domeniul Inginerie si Management, dar si in peste 120 de Comisii de indrumare a doctoranzilor. Este castigator al multor premii, distinctii si medalii nationale si internationale, decorat in domeniul inventicii cu 176 medalii de AUR, 1 Medalie de AUR Alb, 41 Medalii de Argint, 1 Medalie de Argint Masiv, 26 Medalii de Bronz, 289 Premii Speciale oferite de diverse entitati, Ministere de profil, Jurii Internationale, Senate ale unor universitati, decorat de Primul Ministru al Romaniei in domeniul inventicii in data de 18 aprilie 2019 la Palatul Victoria din Bucuresti.

A participat la cursuri de perfectionare incheiate cu examen la Oficiul European de Brevete (EPO) (intre 2 si 5 pe an incepand cu anul 2002 si pana in prezent) si la Organizatia Mondiala a Proprietatii Intelectuale (WIPO) (intre 1 si 2 pe an, incepand cu anul 2006 si pana in prezent).

Aurel Mihail TITU coordoneaza activitatea in domeniul Protectiei Proprietatii Intelectuale (inventicii) in cadrul Centrului Regional pentru Promovarea Protectiei Proprietatii Intelectuale Sibiu - CRPPPI Sibiu - Centrul European PatLib din Sibiu OSIM-EPO, Centru gazduit la ora actuala (2025) de Universitatea Lucian Blaga din Sibiu.

Motto: „Merg acolo unde sunt apreciat si respectat, iremediabila este numai greseala de a te lasa strivit.”

Sibiu, RO, 2025.