案例分享 | 气动弹性协同仿真飞行载荷工具包
简介
作为英国 NATEP（国家航空航天技术计划）倡议的一部分，斯特林动力公司与 MSC软件（英国）合作开发出一种用于飞机载荷的非线性气动弹性工具包（参考文献 1），并由最终用户 BAE Systems 提供支持。通常会采用线性飞机模型来进行飞机载荷评估（例如阵风和机动载荷），但只将其视为一种可接受的分析手段，其中包括用非线性项改进建模精度和可靠性。通常只有那些定制开发出自有工具包的大型航空航天 OEM 厂家才拥有非线性气动弹性解决方案。目前大多数飞机公司（两家最大的 OEM 厂家除外）在进行处理时均基于线性假设，并已被认证机构认可作为飞机设计过程中生成阵风和机动载荷的合规手段。
由于通常认为线性模型过于保守，因此会使较小的 OEM 厂家处于不利地位。斯特林动力公司的项目目标是开发自己的内部工具包。与此同时，作为同一计划的一部分，MSC 软件（英国）的工具开发目的是开发商用产品。后面几节将对 MSC 的开发工作进行详细说明。
MSC 软件协同仿真 CFD—FEA 组合
气动弹性 CFD 机动工具包的主要特点在于它基于广泛使用的 MSC Nastran 来进行有限元结构分析，采用 Cradle 的 scFLOW 处理计算流体动力学，输入则由最终用户 BAE Systems 提供。该工具可提高非线性气动弹性效应的逼真度，这种效应会影响飞机在广泛的实验设计（DoE）设计空间中所承受的载荷。该工具考虑了来自飞机周围的冲击运动或气流分离所产生的非线性空气动力学效应，可改进在飞机机翼等柔性结构上进行载荷建模的准确性和简便性。MSC 软件提供了一个强大而可靠的商用计算流体力学和有限元分析解算器协同仿真工具包来实现这一目标。该工具包在很大程度上还实现了仿真过程的自动化。工具包包含许多新方法，可用于：
从多个 scFLOW 计算流体力学分析中提取气动弹性载荷
将流体载荷应用到气动弹性 MSC Nastran 模型上作为各种配平条件
将全部 6 个自由度（DOF）的空气动力载荷耦合到结构有限元分析模型中
图1：针对本研究的通用无人机模型（由 BAE Systems 公司提供）
图2：工具包用户界面中的通用无人机模型
图3：进行非线性无人机形状预测时工具包中显示的机翼偏转
通过与 BAE Systems 合作，为其创建了一个通用无人驾驶飞行器（UAV）演示项目，用来展示该工具（图 1）。在工具包用户界面中（图 2），可将来自 scFLOW 的计算流体力学结果自动直接映射到 MSC Nastran 的有限元模型上，从而预测气动弹性效应并实现可视化。
长期以来，斯特林公司始终致力于开发独立的飞机设计工具。与 MSC 软件和 BAE Systems 合作开展 NATEP 项目是一次绝佳的机会，让我们能够进一步增强自身实力并将这些新工具用于未来的飞机设计。
-Simon Hancock 博士，斯特林动力公司研发经理
总结
作为英国 NATEP（国家航空航天技术计划）倡议的一部分，斯特林动力公司与 MSC 软件（英国）合作、由最终用户 BAE Systems 提供支持，现已开发出一种针对飞机载荷的非线性气动弹性工具包，可用于其工程计划。
同时，作为同一计划中的一部分，MSC 软件已利用其仿真工具开发出创新的非线性结构分析—计算流体力学解决方案，这样可以进一步优化飞机的气动弹性模型，提高仿真逼真度，从而减少流体—结构分析预测中的不确定性。
气动弹性 CFD 机动工具包可降低飞机建模过程中的不确定性，从而提高所建立的 CAE 模型的准确性、避免飞机设计过于保守，并可减轻未来飞机的重量。轻型飞机的关键优势在于燃油消耗低，因此可提高飞行的燃料效率，为飞机制造商和用户节约大量成本；而由此导致的环境改善最终会让所有的人受益。
基于通用无人机模型为英国的 BAE Systems 制作了一个工具包演示项目。该工具包对于新兴及小型 OEM 飞机制造商很有价值，能有效地帮助他们满足未来的飞机认证要求。
参考文献
当前暂无评论，小编等你评论哦！
