【案例】ANSYS多物理場軟件使得設(shè)計(jì)新飛艇比上代快40%

2017-01-12 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

無人機(jī)在情報(bào)、監(jiān)視、偵查(Intelligence,Surveillance and Reconnaissance,ISR)應(yīng)用方面具有許多潛在優(yōu)勢(shì),例如威脅識(shí)別及記錄、反恐、邊境安全、港口安保和防災(zāi)等。然而,有許多場合無人機(jī)并不合適,為符合法規(guī)和安全要求,其載荷被限制,不能容納所需要的監(jiān)測設(shè)備,而且滯空時(shí)間不夠長。近年來,作為無人機(jī)的替代和補(bǔ)充,飛艇逐漸被應(yīng)用。飛艇很少有法規(guī)和安全問題,可以承受更大和更多的載荷,而且可以長時(shí)間滯空。

美國Aeros公司的40E “天空龍”飛艇是最新的輕空氣平臺(tái),能夠成功高效支持ISR任務(wù)及安裝多載荷系統(tǒng),能覆蓋更廣闊的地面,更加節(jié)省人力需求。相比于上代2007年服役的40D天空龍飛艇,40E提供更大的載荷能力和更多監(jiān)控設(shè)備,同時(shí)操控方面也得到提升。40E的設(shè)計(jì)有許多改變,比如,增加飛艇的載荷需要增加氦氣的體積,升級(jí)推進(jìn)系統(tǒng)和起落架。Aeros的工程師在設(shè)計(jì)流程的開始階段就使用ANSYS 多物理場模擬工具,比采用以往的設(shè)計(jì)方法縮短大約40%的時(shí)間。

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在設(shè)計(jì)上代飛艇40D時(shí),工程師通常采用手工計(jì)算來建立基本的設(shè)計(jì)參數(shù),比如估計(jì)氣動(dòng)外形,決定哪里放置襟翼,布置引擎,工程師覺得在概念設(shè)計(jì)階段使用仿真工具不太合適。一旦他們初步建立基本的設(shè)計(jì)參數(shù),工程師們便使用仿真工具,包括計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)和有限元(FEA)分析,對(duì)概念設(shè)計(jì)進(jìn)行更加詳細(xì)的評(píng)估。

當(dāng)Aeros開始研發(fā)40E時(shí),公司決定利用仿真軟件在過去幾年中所展現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)。仿真工具可以更加快速模擬概念設(shè)計(jì)的工況,并且可以迅速在大量設(shè)計(jì)方案中循環(huán)應(yīng)用,而不需要工程師手動(dòng)模擬每個(gè)概念設(shè)計(jì)方案。

Aero選擇ANSYS模擬軟件首選是因?yàn)锳NSYS仿真軟件是被廣泛驗(yàn)證的可靠技術(shù),ANSYS提供全面的仿真工具幾乎覆蓋了飛艇設(shè)計(jì)各個(gè)方面,包括:氣動(dòng)分析,靜、動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)力學(xué)分析,信號(hào)和電源完整性等,而且在一個(gè)仿真環(huán)境完成(ANSYS WorkBench環(huán)境)。這使得在不同類型的仿真之間數(shù)據(jù)傳遞變得非常方便,不同仿真之間的協(xié)同變得自動(dòng)化。

Aero決定在設(shè)計(jì)的開始就使用仿真方法。他們使用ANSYS Fluent流體力學(xué)仿真軟件估計(jì)新飛艇的氣動(dòng)力,工程師在24個(gè)工時(shí)內(nèi)對(duì)飛艇進(jìn)行了完整的空氣動(dòng)力學(xué)模擬,差不多是72-96個(gè)小時(shí),包括建模和求解時(shí)間。空氣動(dòng)力學(xué)模擬的壓力值被用于ANSYS Mechanical作為邊界條件來估計(jì)40E系統(tǒng)和組件的力學(xué)性能。在設(shè)計(jì)過程的不同階段,工程師們使用ANSYS DesignXplorer在整個(gè)設(shè)計(jì)空間進(jìn)行快速迭代,然后選擇最接近設(shè)計(jì)目標(biāo)的方案,仿真提供比過去手工計(jì)算更加精確的結(jié)果,在設(shè)計(jì)的早期就采用仿真手段可以很快辨別問題和解決問題,可以節(jié)省時(shí)間和經(jīng)費(fèi)。