【案例】ANSYS多物理場軟件使得設計新飛艇比上代快40%

2017-01-12 by:CAE仿真在線來源:互聯網

無人機在情報、監視、偵查(Intelligence,Surveillance and Reconnaissance,ISR)應用方面具有許多潛在優勢,例如威脅識別及記錄、反恐、邊境安全、港口安保和防災等。然而,有許多場合無人機并不合適,為符合法規和安全要求,其載荷被限制,不能容納所需要的監測設備,而且滯空時間不夠長。近年來,作為無人機的替代和補充,飛艇逐漸被應用。飛艇很少有法規和安全問題,可以承受更大和更多的載荷,而且可以長時間滯空。

美國Aeros公司的40E “天空龍”飛艇是最新的輕空氣平臺,能夠成功高效支持ISR任務及安裝多載荷系統,能覆蓋更廣闊的地面,更加節省人力需求。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控設備,同時操控方面也得到提升。40E的設計有許多改變,比如,增加飛艇的載荷需要增加氦氣的體積,升級推進系統和起落架。Aeros的工程師在設計流程的開始階段就使用ANSYS 多物理場模擬工具,比采用以往的設計方法縮短大約40%的時間。

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在設計上代飛艇40D時,工程師通常采用手工計算來建立基本的設計參數,比如估計氣動外形,決定哪里放置襟翼,布置引擎,工程師覺得在概念設計階段使用仿真工具不太合適。一旦他們初步建立基本的設計參數,工程師們便使用仿真工具,包括計算流體動力學(CFD)和有限元(FEA)分析,對概念設計進行更加詳細的評估。

當Aeros開始研發40E時,公司決定利用仿真軟件在過去幾年中所展現出的優勢。仿真工具可以更加快速模擬概念設計的工況,并且可以迅速在大量設計方案中循環應用,而不需要工程師手動模擬每個概念設計方案。

Aero選擇ANSYS模擬軟件首選是因為ANSYS仿真軟件是被廣泛驗證的可靠技術,ANSYS提供全面的仿真工具幾乎覆蓋了飛艇設計各個方面,包括:氣動分析,靜、動態結構力學分析,信號和電源完整性等,而且在一個仿真環境完成(ANSYS WorkBench環境)。這使得在不同類型的仿真之間數據傳遞變得非常方便,不同仿真之間的協同變得自動化。

Aero決定在設計的開始就使用仿真方法。他們使用ANSYS Fluent流體力學仿真軟件估計新飛艇的氣動力,工程師在24個工時內對飛艇進行了完整的空氣動力學模擬,差不多是72-96個小時,包括建模和求解時間。空氣動力學模擬的壓力值被用于ANSYS Mechanical作為邊界條件來估計40E系統和組件的力學性能。在設計過程的不同階段,工程師們使用ANSYS DesignXplorer在整個設計空間進行快速迭代,然后選擇最接近設計目標的方案,仿真提供比過去手工計算更加精確的結果,在設計的早期就采用仿真手段可以很快辨別問題和解決問題,可以節省時間和經費。