海克斯康制造智能

利用CAE技术实现下一代飞机设计的可持续性

近期航空航天预测趋势表明,截止到2036年全球将有3.4万架民用飞机,与现在相比较增长高达60%,其中40%是替代飞机。由于亚洲经济的高速发展,更多的航空旅行需求将会在此出现。同样值得指出的是,目前CAE正大量的运用于新机型的设计,它们有电池的(和混合动力的)飞机发动机,机翼上带有太阳能板,这可以降大大低排放量,后续也将进行飞行测试。飞机特种部件的增材制造正变得越来越普遍,在国防领域尤为突出。除了普通的飞机内部零件,我们可以看到越来越多的关键部件和非关键部件采用更可持续的材料通过3D打印制造出来。

新的空客A350-1000和波音787梦幻客机将在不久的将来降落在我们身边的机场。它们是世界上技术最先进的客机,这些新一代飞机大量的运用CEA进行设计。相比以前的飞机它们更加环保。实际上,A350的机翼在飞行过程中会产生相对的结构变形,尤其是在飞行高度时。飞机会根据燃料消耗时的重量变化对襟翼进行微调,从而调整重心。这样可以优化飞机的升阻比,显著降低传统飞机的燃油消耗。空客的发动机引擎将是有史以来最强大的,其产生的最大推力为97000磅(超过美国宇航局航天飞机推力的四分之一)!它的航程打8000英里,这意味着一架飞机就可以从伦敦飞到澳大利亚珀斯。此外,飞机发动机引擎利用CAE仿真设计了最佳风扇性能并对其他性能效率也进行了优化,这意味着A350-1000将比任何其他商用飞机减少25%的燃料消耗。这将减少二氧化碳排放和旅客的碳足迹。此外,其发动机的产生的噪音比同类飞机发动机降低40%,从最大限度地减少了噪音污染——这一切都要归功于CAE设计。波音和空客飞机的机身将不再是铝制的,取而代之的是新型的钛复合材料,它们更坚固、更轻。这还有些有趣的好处,机舱环境也将比以往更湿润,乘客将呼吸感受到通常6000英尺的空气密度和湿度,而非40000英尺的体验,这甚至可以减少头发静电与瘙痒、皮肤皮疹!

CAE设计为我们带来的不只是各种设计与性能的提升,这种优化更隐含着降耗低排的环保理念。在可持续性的声学模拟方面,我们Actran软件可模拟外来材料及其声学影响,如复合材料和其他新材料。它不近可以用于评估卡车、火车和汽车的行驶噪音,还可以为绿色建筑法规中的噪音可持续性进行评估模拟。在可持续性机械结构分析中,MSC Nastran和MSC Apex使用FEA模拟为生态友好的轻型结构提供生成式设计,可用于优化制造过程,以减少废物和环境影响,通过耐久性和总拥有成本(TCO)模拟来延长产品寿命,以支持智能互联自主生态系统的发展。

在未来,环境可持续性的需求将极大地改变机械设计过程的性质,我们将把与可持续性相关的设计探索概念嵌入到制造的早期设计阶段,使所有产品都是由CAE模拟设计驱动PLM(产品生命周期管理)软件进行概念化和设计,实现具有社会意识的、环境友好的、可持续的、高科技的工程产品设计。