首页 > 解决方案 > 航空航天 > OPTIMUS在航空 OPTIMUS在航空中的应用

OPTIMUS在飞机总体气动设计中的应用 
    飞机总体设计包括飞行性能计算,飞行任务设计,气动布局,类翼面部件设计,发动机布置,机身/进气道设计等多个方面。其中飞机的气动设计决定着飞机的性能。
    OPTIMUS与CFD软件集成,可以自动进行气动性能的仿真计算。FLUENT软件是通用的CFD软件包,用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术,因而FLUENT能达到最佳的收敛速度和求解精度。灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型,使FLUENT在飞机外流场气动设计方面能够游刃有余。FLUENT软件提供的脚本功能使它与OPTIMUS能够高效的集成在一起,在不同攻角、马赫数等不同来流条件和飞行条件下不间断的进行仿真流程的运转。通过对机身、机翼、气动载荷、外挂、进气道等气动设计参数的优化,可以获得飞行器的最优气动性能,完成飞机机动过程、飞行包线等的分析计算。
 
  OPTINUS在飞机结构强度设计中的应用 
采用OPITMUS与MCS.PATRAN、MCS.NASTRAN等CAE软件集成,可以模拟飞机机体的静、动强度、疲劳以及振动等方面的性能;优化机体各个部件的几何设计参数,可以找到满足强度要求的设计方案;在满足强度的基础上,机体重量最轻、制造成本最低等设计目标也可以通过对设计参数的优化实现。在OPITMUS的参数化流程控制中,从前处理开始,建模、网格、加载、求解和后处理,都可以高效的集成在一起。


OPTIMUS在飞机运动学、动力学设计中的应用 
    以飞机起落架的结构动力学设计为例。本例是利用OPITMUS优化模块进行的优化,通过起落架的弹簧缓冲器进行参数化优化,实现起落架在着陆反弹过程中在垂直方向的位移变化幅度、速度变化幅度和加速度变化幅度都最小的目标。下图分别是起落架结构动力学的优化设计平台和优化后的动力学性能。

 
 
  OPTIMUS在燃油系统优化设计中的应用 
    加油系统设计需要满足很多的约束条件,例如加油口压力、流量、管内流速,加油时间等,其中加油时间可以作为衡量一个设计是否成功最重要的标准。现在的设计经验告诉我们当每个油箱同时加满时加油总时间最短,此时的管路设计值就是我们所需要的。然而,这种经验并没有经过真正的计算验证,利用Optimus集成Flowmaster,自动修改管路中的限流元件(限流孔),得到每次计算的加油总时间,当计算次数很多时,我们就可以得到一个加油时间随多个限流孔尺寸变化的超曲面,利用Optimus分析它,可以验证是否当每个油箱加满时所用时最短。另外,在上面分析基础上还能够确定限流孔尺寸。
 

                             Flowmaster加油系统网络图
    此外,还可以利用Optimus集成Flowmaster进行加油排气管路的优化设计,通过限定油箱内的气压,可以帮助我们的工程师确定火焰抑制器、喷口等尺寸以及排气管路的布置。
 
                              Flowmaster加油排气网络图
    供油系统设计好坏直接影响发动机的正常工作,因而是非常重要的。由于供油系统管路相对较多、复杂,因而管路设计面临的问题是设计参数众多,同时引射泵、供油泵的选取也很重要。Optimus集成Flowmaster后对这套系统的设计基本就由计算机完成了,例如我们给定发动机需油量、管路内流速等限制,其可以帮助我们进行泵选型及管路尺寸计算。
 
                              Flowmaster供油系统仿真网络图
 
  OPTIMUS在环控系统优化设计中的应用 
    飞机环控系统设计关心的是机舱内各处的空气流量、温度、湿度等,从而给我们的乘客提供一个舒适的飞行环境。其设计主要包括两大部分,一是冷却包设计,二是机舱内流量分配设计。其设计难点是管路系统复杂、设计参数众多、相互影响关系复杂且气流可压缩计算难度大,因而设计周期很长。利用Optimus集成Flowmaster,将流动换热计算交给Flowmaster,海量、烦杂的结果数据分析由Optimus完成,同时根据其内部众多的优化设计方法自动修改系统内相关参数,直到达到我们的设计目标:舒适的气流流量、温度、湿度等要求。
 
  OPTIMUS在飞控系统优化设计中的应用 
对飞行器上带有支路的液压系统进行分析是一个难题,即使在稳态下也是如此(即系统中的元件或参数没有发生变化,而且系统中流体的压力和流量在某个时间段没有变化),尽管每个分支中每个元件都有明确的数学公式,但手工计算系统的压力和流量仍是很困难的事情,主要原因就是各分支是连接在一起并互相影响的。而对于系统的瞬态分析(即系统中的元件或参数随时都在发生变化)来说,系统压力和流量的计算量更是一件庞大而复杂的工作,手工计算几乎是不可能的事情,那么利用Flowmaster就很容易解决这个问题。
然而,飞控系统设计同样面临管路复杂的问题,系统中包含众多部件,像泵、压力调节阀、方向控件阀、液压缸、T形和Y形三通、供油管和回油管等。利用Optimus集成Flowmaster就可以方便、快捷的确定这些元件的尺寸,从而达到我们的设计要求。
 

......


更多信息请联系我们:

电话:+86-21-6422 7122/6471 6031
传真:+86-21-6417 1126/6471 6050
邮箱:marcom@cybernet.sh.cn