Maiorova K. Scientific foundations of the aircraft structures manufacturing using reverse engi-neering technologies under limited time conditions

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Science (DSc)

State registration number

0526U000211

Thesis Registration Form

0526U000211.pdf

Applicant for

Specialization

  • 05.07.02 - Проектування, виробництво та випробування літальних апаратів

17-07-2026

Specialized Academic Board

Д 064.062.04

National Aerospace University "Kharkiv Aviation Institute"

Essay

The dissertation is devoted to solving an important scientific and technical problem associated with the need for accelerated manufacturing under severe time constraints while ensuring the required accuracy and manufacturability through the development of scientifically substantiated methods and models of reverse engineering (RE) for aircraft structures (AS). This is achieved by optimizing technological processes using information technologies and by developing new efficient reverse engineering methods that enable rapid acquisition of geometric information from existing products and its application to the design, prototyping, manufacturing, and inspection of aircraft parts and assemblies. At the same time, the absence of comprehensive scientific principles for creating and managing digital master geometry based on reverse engineering under strict time constraints prevents the guaranteed achievement of the required geometric accuracy, manufacturability, and repeatability. This necessitated the development of scientifically substantiated methods, approaches, and models that combine high-accuracy digital modeling and manufacturing of aircraft structures with reduced engineering and technological preproduction time, thereby determining the relevance of this doctoral dissertation. The first chapter presents a comparative analysis of existing methods for prototyping complex-shaped aircraft parts and assemblies, as well as scanning technologies, coordinate measuring machine (CMM) inspection, and other digital geometry acquisition techniques. Based on this analysis, the prospects for applying reverse engineering methods to different groups of aircraft components are identified. The research objective is formulated as the development of scientific foundations for aircraft manufacturing that ensure the required accuracy and manufacturability under limited time conditions through the application of reverse engineering. The second chapter develops a model of shape-forming processes for the technological preproduction of aircraft parts and assemblies that supports both direct and inverse shape-forming problems using reverse engineering. The analytical reference model is substantiated as the primary source of complete geometric information, enabling a reduction in the overall labor intensity of preproduction. The concepts of stable and conventional reverse engineering are introduced, and their fields of application are determined according to accuracy requirements. It is demonstrated that the stable RE method cannot ensure the required geometric accuracy for a tolerance of ±0.5 mm; therefore, the conventional RE method is recommended for such cases. A virtual alignment method for digital part models during CNC machining is improved, and a method for selecting the optimal rapid manufacturing or repair technology according to production batch size and accuracy requirements is developed. The third chapter proposes, for the first time, a technology and procedures for scanning aircraft parts with convex-concave geometry while determining permissible geometric deviations during prototyping. A new method for prototyping such parts using stable reverse engineering is developed. The feasibility of using the refined digital reference model for manufacturing by additive and subtractive technologies without repeating the complete reverse engineering cycle is demonstrated. A method for preliminary validation of reference models by proportional scaling is proposed. Calculations of alignment errors for high-precision parts with complex joints are performed, and a technical solution for improving machining accuracy is developed. The fourth chapter investigates the implementation of reverse engineering methods in existing aircraft manufacturing. The effectiveness of laser measurement systems is demonstrated, providing up to a tenfold reduction in the labor intensity and duration of assembly operations. Mathematical models for analytical reference model accuracy assessment and assembly alignment are developed, including assemblies previously manufactured using the loft-template method, to support aircraft life-cycle extension through reverse engineering. Organizational and technological approaches for reducing technological preproduction time are also proposed. The fifth chapter experimentally confirms the validity of the developed theoretical principles and reverse engineering methods for complex aircraft structures. Analytical reference models are created for a light aircraft fin rib and its production tooling, enabling assessment of tooling condition, rejection of unsuitable tooling, and manufacture of new dies from organoplastic composite material. Direct and inverse shape-forming methods are validated for an ultralight two-seat aircraft propeller.

Read more

Research papers

1. Improvement of the repair method of the aircraft components made of polymer composite materials with operational damage / O. Аndreev, K. Maiorova, B. Luрkin, M. Boiko, Y. Korolkov. Авіаційно-космічна техніка і технологія. 2022. № 1 (177). С. 42–50. DOI: 10.32620/aktt.2022.1.05. (Категорія «Б»).

2. Розробка алгоритмів процесів формоутворення для виготовлення авіаційної техніки при технологічній підготовці виробництва / В. Т. Сікульський, К. В. Майорова, Ю. А. Воробйов, М. М. Бойко, О. Л. Комісаров. Авіаційно-космічна техніка і технологія. 2022. № 2 (178). С. 64–73. DOI: 10.32620/aktt.2022.2.08. (Категорія «Б»).

3. Формування вимог до інформаційного супроводу виробництва аерокосмічних виробів для забезпечення їх якості / І. В. Бичков, А. С. Селезньова, К. В. Майорова, Ю. А. Воробйов, В. Т. Сікульський. Авіаційно-космічна техніка і технологія. 2022. № 4 (180). С. 22–35. DOI: 10.32620/aktt.2022.4.03. (Категорія «Б»).

4. Mathematical models creation for calculating dimensional accuracy at the construction stages of an analytical standard using the chain method / I. Vorobiov, K. Maiorova, I. Voronko, O. Skyba, O. Komisarov. Technology audit and production reserves. 2024. № 1/1 (75). P. 13–21. DOI: 10.15587/2706-5448.2024.297732. (Категорія «Б»).

5. Ув’язування при прототипуванні складних авіаційних деталей високої точності з роз’ємами та стиками на основі реверс-інжинірингу / В. Т. Сікульський, К. В. Майорова, І. О. Воронько, О. О. Капінус, О. С. Скиба. Авіаційно-космічна техніка і технологія. 2024. № 6 (200). С. 80–93. DOI: 10.32620/aktt.2024.6.08. (Категорія «Б»).

6. Експериментальні дослідження геометричної точності зубчастого колеса за допомогою координатно-вимірювальної машини / В. Т. Сікульський, К. В. Майорова, С. О. Заклінський, А. С. Суслов. Авіаційно-космічна техніка і технологія. 2025. № 1 (201). С. 50–58. DOI: 10.32620/aktt.2025.1.05. (Категорія «Б»).

7. Майорова К. В. Конструктивно-технологічний аналіз типових авіаційних деталей та конструкцій, що підлягають виробництву або ремонту за технологіями реверс інжинірингу. Авіаційно-космічна техніка і технологія. 2025. № 3 (203). С. 66–74. DOI: 10.32620/aktt.2025.3.07. (Категорія «Б»).

8. Thread inspection using the waveline W800R profilometer: methodology for method verification / K. Maiorova, V. Kalinichenko, V. Bocharov, I. Voronko, N. Khayyam. Авіаційно-космічна техніка і технологія. 2025. № 2 (202). С. 38–46. DOI: 10.32620/aktt.2025.2.04. (Категорія «Б»).

9. Сучасні підходи до метрологічного контролю зубчастих коліс редукторів у важких умовах експлутації / K.В. Maйорова, В.А. Калініченко, В.Б. Бочаров, I.В. Воронько, М.І. Бичков. Авіаційно-космічна техніка і технологія. 2025. № 4 (25). С. 60–78. DOI: 10.32620/aktt.2025.4.08. (Категорія «Б»).

10. Implementation of reengineering technology to ensure the predefined geometric accuracy of a light aircraft keel / K. Maiorova, I. Vorobiov, M. Boiko, V. Suponina, О. Komisarov. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2021. Vol. 6, № 1 (114). Р. 6–12. DOI: 10.15587/1729-4061.2021.246414. (Scopus, Q2)

11. Forming the geometric accuracy and roughness of holes when drilling aircraft structures made from polymeric composite materials / K. Maiorova, I. Vorobiov, O. Andreev, B. Lupkin, V. Sikulskiy. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2022. Vol. 2, № 1 (116). P. 71–80. DOI: 10.15587/1729-4061.2022.254555. (Scopus, Q3)

12. Implementation of reengineering technology to reduce the terms of the technical preparation of manufacturing of aviation technology assemblies / V. Sikulskiy, K. Maiorova, Iu. Vorobiov, M. Boiko, O. Komisarov. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2022. Vol. 3, № 1 (117). Р. 25–32. DOI: 10.15587/1729-4061.2022.258550. (Scopus, Q3)

13. Modeling the forming process by successive local deforming for monolithic stiffened panels / V. Sikulskiy, S. Sikulskyi, K. Maiorova, Y. Dyachenko. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2023. Vol. 124, № 5–6. Р. 1569–1578. DOI: 10.1007/s00170-022-10582-9. (Web of Science, Scopus, Q2)

14. Formation of the quality of holes obtained by drilling in aviation structures made from polymer composite materials / K. Maiorova, O. Andrieiev, B. Lupkin, V. Antonyuyk, S. Vysloukh. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2023. Vol. 3, № 1 (123). Р. 59–67. DOI: 10.15587/1729-4061.2023.279618. (Scopus, Q3)

15. Devising a methodology for prototyping convexconcave parts using reverse-engineering technology providing the predefined geometric accuracy of their manufacturing / K. Maiorova, O. Kapinus, V. Nikichanov, O. Skyba, A. Suslov. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2024. Vol. 4, № 1 (130). Р. 112–120. DOI: 10.15587/1729-4061.2024.308047. (Scopus, Q3)

16. Implementation of reengineering technology in the technological preparation for general aviation airplane wing tip manufacturing based on the construction of a digital mock-up / K. Maiorova, V. Nikichanov, I. Lysochenko, S. Myronova. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2024. Vol. 5, № 1 (131). Р. 43–53. DOI: 10.15587/1729-4061.2024.311478. (Scopus, Q3)

17. Інформаційні та технологічні системи супроводу життєвого циклу виробів авіаційної техніки : монографія / І. В. Бичков, К. В. Майорова, М. І. Бичков, О. В. Лосєв, Г. С. Селезньова. Харків : ФОП Панов, 2023. 224 с. ISBN 978-617-8113-63-6.

18. Implementation of the reengineering in additive technologies in the manufacture of aerospace parts / A. Mialytsia, I. Buchkov, K. Maiorova, V. Suponina. Проблеми створення та забезпечення життєвого циклу авіаційної техніки : тези доп. Міжнар. наук.-технічн. конф., 23–24 квіт. 2019 р., Харків / Нац. аерокосм. ун-т ім. М. Є. Жуковського «Харків. авіац. ін-т». Харків, 2019. С. 47–48. URL: https://library.khai.edu/ library/fulltexts/metod/Problemi_Stvorennya_Ta.pdf. (15.09.2025).

19. Reengineering based on 3D-scanning in the process of propeller analytical standard constructing for an ultra-light twin-seat aircraft / I. Bychkov, K. Maiorova, V. Suponina, S. Riabikov. Integración de las ciencias fundamentales y aplicadas en elparadigma de la sociedad post-industrial : сol. de doc. científicos «ΛΌГOΣ» con actas de la conf. Intern. científica y práctica, 24 de abril de 2020. Barcelona, 2020. Vol. 2. P. 32–38. DOI: 10.36074/24.04.2020.v2.09.

20. Майорова К. В. Реінжиніринг авіаційних об’єктів та порівняльний аналіз створення аналітичного еталону. Авіація, промисловість, суспільство : матеріали І Міжнар. наук.-практ. конф., Кременчук, 14 трав. 2020 р. : у 2 ч. / Харків. нац. ун-т внутр. справ, Кременчуц. льотний коледж. Харків, 2020. Ч. 1. С. 377–380. URL: https://lib.lntu.edu.ua/sites/default/files/2021-03/ Aviatsiia%20promyslovist%20suspilstvo_Кременчук_1_2020.pdf (07.09.2025).

21. Аналіз тенденцій вітчизняного авіаційного виробництва / Ю. А. Воробйов, І. В. Бичков, К. В. Майорова, О. Л. Комісаров, С. М. Рябіков. Current Issues and Prospects for the Development of Scientific Research : proc. of the 4th Intern. sci. and pract. conf., Orléans, France, Dec. 7–8, 2021. Orléans, 2021. С. 329–333. (Scientific Collection «Interconf» ; № 90). DOI: 10.51582/interconf.7-8.12.2021.038.

22. The Process of Forming Integral Ribbed Panels by Sequential Local Phased Deformation with Information Support / V. Sikulskyi, S. Sikulskyi, K. Maiorova, V. Suponina, O. Komisarov. International Scientific and Technical Conference on Integrated Computer Technologies in Mechanical Engineering. ICTM’2021 : proceedings, 28–29 Oct. 2021, Kharkiv, Ukraine. Cham : Springer, 2022. P. 157–165. (Lecture Notes in Networks and Systems. LNNS ; vol. 367, ISSN 2367-3370). DOI: 10.1007/978-3-030-94259-5_15. (Web of Science, Scopus, Q4)

23. Study of a geometry accuracy of the bracket-type parts using reverse engineering and additive manufacturing technologies / K. Maiorova, V. Sikulskyi, I. Vorobiov, O. Kapinus, A. Knyr. International Scientific and Technical Conference on Integrated Computer Technologies in Mechanical Engineering. ICTM’2022 : proceedings, 28–29 Oct. 2022, Kharkiv, Ukraine. Cham : Springer, 2023. P. 146–158. (Lecture Notes in Networks and Systems. LNNS ; vol. 657, ISSN 2367-3370). DOI: 10.1007/978-3-031-36201-9_13. (Scopus, Q4)

24. Improving the Method of Virtual Localization of Near-Net-Shaped Workpieces for CNC Machining. Lecture Notes in Networks and Systems / S. Plankovskyy, O. Kapinus, K. Maiorova, S. Myronova. Mathematical Modeling and Simulation of Systems : proc. 17th Inter. сonf., Chernihiv, Ukraine, Nov. 14–16, 2022. Cham : Springer, 2023. Р. 119–128. (Lecture Notes in Networks and Systems. LNNS ; vol. 667, ISSN 2367-3370). DOI: 10.1007/978-3-031-30251-0_10 (Scopus, Q4)

25. Види математичної моделі геометрії об’єктів. Достоїнства і недоліки / І. В. Бичков, К. В. Майорова, М. І. Бичков, В. Л. Малашенко, С. М. Рябіков. Наукові орієнтири: теорія та практика досліджень : матеріали I Міжнар. наук. конф., Харків, 14 квіт. 2023 р. / Міжнар. центр наук. досліджень. Вінниця, 2023. С. 102–104. URL: https://archive.mcnd.org.ua/index.php/conference-proceeding/issue/ view/14.04.2023/23 (18.09.2025).

26. Вплив процесу свердління на параметри якості оброблення полімерних композиційних матеріалів / Лупкін Б. В., Андрєєв О. В., Майорова К. В., Антонюк В. С. Прогресивна техніка, технологія та інженерна освіта : матеріали XXIII Міжнар. наук.-техн. конф., м. Київ, 30 трав. – 1 черв. 2023 р. Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023. С. 210–213. DOI: 10.20535/2409-7160.2023.XXIII.280013.

27. Використання реверс-інжинірингу і адитивних технологій в авіаційному виробництві / К. В. Майорова, І. В. Бичков, В. Л. Малашенко, М. І. Бичков, О. Л. Комисаров. Advanced Discoveries of Modern Science: Experience, Approaches and Innovations : proc. IV Intern. Sci. and Theoretical сonf., Amsterdam, Netherlands, 11 Aug., 2023. Amsterdam, 2023. Р. 116–119.

28. Аналіз використання технології реверс-інжинірингу / І. В. Бичков, К. В. Майорова, В. Т. Сікульський, В. Л. Малашенко, М. І. Бичков. Grail of Science. 2023. № 31. Р. 258–260. DOI: 10.36074/grail-of-science.15.09.2023.41. (Категорія «Б»)

29. Аналіз чинників щодо формалізування математичної моделі високоточних деталей складної форми / В. Т. Сікульський, К. В. Майорова, С. О. Красовський, А. С. Суслов. Актуальні питання розвитку галузей науки : матеріали II Міжнар. наук. конф., 1 груд. 2023 р., Чернігів, Україна / Міжнар. центр наук. дослідж. Вінниця, 2023. С. 282–284. URL: https://archive.mcnd.org.ua/index.php/conference-proceeding/issue/view/ 01.12.2023/47 (31.08.2025).

30. Algorithm for Selecting the Optimal Technology for Rapid Manufacturing and/or Repair of Parts / V. Sikulskyi, K. Maiorova, O. Shypul, V. Nikichanov, O. Kapinus, O. Tryfonov. International Scientific and Technical Conference on Integrated Computer Technologies in Mechanical Engineering. ICTM’2023 : proceedings, 27–29 Dec. 2023, Kharkiv, Ukraine. Cham : Springer, 2024. Vol. 1. P. 25–39. (Lecture Notes in Networks and Systems. LNNS ; vol. 1008, ISSN 2367-3370). DOI: 10.1007/978-3-031-61415-6_3. (Web of Science, Scopus, Q4)

31. Experimental and numerical investigations on impulse self-pierce riveting of lightweight aircraft aluminium and mixed structures [Electronic resource] / I. Vorobiov, N. Nechyporuk, K. Maiorova. 22nd International Scientific Conference “Transport Means 2018” : proceedings, 3–5 Oct. 2018, Trakai, Lithuania. Kaunas : Kaunas University of Technology, 2018. P. 121–128. URL: https://transportmeans.ktu.edu/wp-content/uploads/sites/307/2018/02/Transport-means-I-dalis-2018-09-25.pdf (Web of Science, Scopus, Q4)

31. Experimental and numerical investigations on impulse self-pierce riveting of lightweight aircraft aluminium and mixed structures [Electronic resource] / I. Vorobiov, N. Nechyporuk, K. Maiorova. 22nd International Scientific Conference “Transport Means 2018” : proceedings, 3–5 Oct. 2018, Trakai, Lithuania. Kaunas : Kaunas University of Technology, 2018. P. 121–128. URL: https://transportmeans.ktu.edu/wp-content/uploads/sites/307/2018/02/Transport-means-I-dalis-2018-09-25.pdf (Web of Science, Scopus, Q4)

32. Розвиток теорії та наукових основ формоутворення деталей складних форм високої точності / К. Майорова, С. Красовський, С. Миронова, Ю. Трубчанін. Actual problems of science and technology – from theory to practice : col. of abstr. XXX Intern. sci. and pract. conf., July 3–5, 2024, Bern, Switzerland. [S. l.], 2024. С. 94–96. URL: https://isu-conference.com/wp-content/uploads/2024/07/Actual_problems_of_science_and_technology_from_theory_to_practice_July_3_5_2024_Bern_Switzerland.pdf (20.09.2025).

33. Experimental studies of the holes quality parameters in polymer composite materials / B. V. Lupkin, O. V. Andrieiev, K. V. Maiorova, V. S. Antonyuk, S. А. Tolstoi. New technologies, development and application. NT’2024 : proc. 10th Intern. сonf. 2024. Cham : Springer, 2024. Vol. 1. Р. 589–602. (Lecture Notes in Networks and Systems. LNNS ; vol. 1069, ISSN 2367-3370). DOI: 10.1007/978-3-031-66268-3_60. (Web of Science, Scopus, Q4)

34. Study of the Technological Parameters of Surface Plastic Deformation for Monolithic Aircraft Panels by the Impact-Drum Method / Y. Dyachenko, I. Voronko, V. Sikulskyi, K. Maiorova, S. Shapar. International Scientific and Technical Conference on Integrated Computer Technologies in Mechanical Engineering. ICTM’2024 : proceedings, 12–14 Dec. 2024, Kharkiv, Ukraine. Cham : Springer, 2025. Vol. 2. P. 429–440. (Lecture Notes in Networks and Systems. LNNS ; vol. 1474, ISSN 2367-3370). DOI: 10.1007/978-3-031-94852-7_36. (Scopus, Q4)

35. Analysis of Modern Approaches to Approbation of Aircraft Parts Geometric Data Digitization by Reverse Engineering / K. Maiorova, I. Lysochenko, O. Skyba, A. Suslov, V. Antonyuk. Smart Innovations in Energy and Mechanical Systems. SIEMS’2025 : proceedings. Cham : Springer, 2025. Р. 264–273. (Lecture Notes in Networks and Systems. LNNS ; vol. 1480, ISSN 2367-3370). DOI: 1007/978-3-031-95191-6_25. (Scopus, Q4)

36. Analysis of Modern Approaches to Approbation of Aircraft Parts Geometric Data Digitization by Reverse Engineering / K. Maiorova, I. Lysochenko, O. Skyba, A. Suslov, V. Antonyuk. Smart Innovations in Energy and Mechanical Systems. SIEMS’2025 : proceedings. Cham : Springer, 2025. Р. 264–273. (Lecture Notes in Networks and Systems. LNNS ; vol. 1480, ISSN 2367-3370). DOI: 1007/978-3-031-95191-6_25. (Scopus, Q4)

Read more

Files

Maiorova_dis.pdf

autoreferat-Maiorova_aref.pdf

Similar theses

0521U101549

Kapitanova Liudmyla Valeriivna

Analysis and Synthesis of Takeoff and Landing Performance of Transport Category Airplanes

0421U102094

Degtiarov Maksym Olexandrovych

Selection of rational parameters and reduction of material consumption of tail compartments of launch vehicles

0421U101554

Mishchenko Olexandra Vasylivna

Methodological support for the design of electrodynamic space tethered systems

0421U101553

Syutkina-Doronina Svetlana Vasylivna

A methodology for the optimization of design characteristics of single-stage guided rockets with solid rocket motors

0421U101555

Siedykh Ihor Viktorovych

The choice of design parameters of inertial means of ensuring the continuity of propellant in the tanks of the space stages of launch vehicles.