【案例】ANSYS多物理场软件使得设计新飞艇比上代快40%

2017-01-12 by:CAE仿真在线来源:互联网

无人机在情报、监视、侦查(Intelligence,Surveillance and Reconnaissance,ISR)应用方面具有许多潜在优势,例如威胁识别及记录、反恐、边境安全、港口安保和防灾等。然而,有许多场合无人机并不合适,为符合法规和安全要求,其载荷被限制,不能容纳所需要的监测设备,而且滞空时间不够长。近年来,作为无人机的替代和补充,飞艇逐渐被应用。飞艇很少有法规和安全问题,可以承受更大和更多的载荷,而且可以长时间滞空。

美国Aeros公司的40E “天空龙”飞艇是最新的轻空气平台,能够成功高效支持ISR任务及安装多载荷系统,能覆盖更广阔的地面,更加节省人力需求。相比于上代2007年服役的40D天空龙飞艇,40E提供更大的载荷能力和更多监控设备,同时操控方面也得到提升。40E的设计有许多改变,比如,增加飞艇的载荷需要增加氦气的体积,升级推进系统和起落架。Aeros的工程师在设计流程的开始阶段就使用ANSYS 多物理场模拟工具,比采用以往的设计方法缩短大约40%的时间。

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在设计上代飞艇40D时,工程师通常采用手工计算来建立基本的设计参数,比如估计气动外形,决定哪里放置襟翼,布置引擎,工程师觉得在概念设计阶段使用仿真工具不太合适。一旦他们初步建立基本的设计参数,工程师们便使用仿真工具,包括计算流体动力学(CFD)和有限元(FEA)分析,对概念设计进行更加详细的评估。

当Aeros开始研发40E时,公司决定利用仿真软件在过去几年中所展现出的优势。仿真工具可以更加快速模拟概念设计的工况,并且可以迅速在大量设计方案中循环应用,而不需要工程师手动模拟每个概念设计方案。

Aero选择ANSYS模拟软件首选是因为ANSYS仿真软件是被广泛验证的可靠技术,ANSYS提供全面的仿真工具几乎覆盖了飞艇设计各个方面,包括:气动分析,静、动态结构力学分析,信号和电源完整性等,而且在一个仿真环境完成(ANSYS WorkBench环境)。这使得在不同类型的仿真之间数据传递变得非常方便,不同仿真之间的协同变得自动化。

Aero决定在设计的开始就使用仿真方法。他们使用ANSYS Fluent流体力学仿真软件估计新飞艇的气动力,工程师在24个工时内对飞艇进行了完整的空气动力学模拟,差不多是72-96个小时,包括建模和求解时间。空气动力学模拟的压力值被用于ANSYS Mechanical作为边界条件来估计40E系统和组件的力学性能。在设计过程的不同阶段,工程师们使用ANSYS DesignXplorer在整个设计空间进行快速迭代,然后选择最接近设计目标的方案,仿真提供比过去手工计算更加精确的结果,在设计的早期就采用仿真手段可以很快辨别问题和解决问题,可以节省时间和经费。