Ilmailu- ja avaruustekniikan simulaatio-ohjelmisto on modernin suunnittelun ja sertifioinnin selkäranka. Nämä työkalut mahdollistavat insinöörien mallintaa monimutkaisia fyysisiä ilmiöitä.Nämä työkalut mahdollistavat sen, että insinöörit voivat käyttää yliääni-ilmavirtaa rakenteelliseen väsymiseen ilman kalliita prototyyppejä. Vähentämällä fyysistä testausta, nopeuttamalla kehityssykliä ja parantamalla turvallisuusmarginaalia simulaatio-ohjelmisto on tullut välttämättömäksi. Seuraavat kymmenen työkalua ovat laajasti alan standardeja, kukin erinomainen tietyillä aloilla, kuten laskenta- ja nestedynamiikka (CFD), finite elementin analysointi (FEA), tai monifysiikkainen kytkentä. Tämä artikkeli tarjoaa perusteellisen tarkastelun kunkin alustan, sen ydinominaisuudet, tyypilliset ilmailu- ja avaruussovellukset ja keskeiset edut.

1. ANSYS-järjestelmän fluenssa

ANSYS Fluent[ on johtava CFD-ratkaisija, jota käytetään laajasti ilmailu- ja avaruusteollisuudessa aerodynaamisen muodon optimointiin, propulsiojärjestelmän analysointiin ja lämpöhallintaan. Sen kehittynyt ratkaisijateknologia käsittelee monimutkaisia geometersejä monijuoksulla ja mukautuvalla silmän hienostuneella tavalla, mikä mahdollistaa myrskyisten rajakerrosten, iskuaaltojen ja erotusten tarkan ennustamisen. Fluent tukee monenlaisia fyysisiä malleja. Fluent tukee muun muassa reaktiivisia virtoja, monivaiheisia seoksia ja konjugoitua lämmönsiirtoa. Sen tekeminen sopivaksi turbiinilapajäähdytyssimulaatioihin, polttokammion suunnittelulle ja nopeille ajoneuvoaerodynamiikalle. Ohjelmisto integroi ANSYS Workbench-järjestelmän parametriseen tutkimukseen ja optimointiin, jolloin insinöörit voivat suorittaa satoja suunnitteluitermeerejä automaattisesti.

2. CATIA

CATIA[], Dassault Systèmesin kehittämä CAD/CAM/CAE-alusta, joka sisältää tehokkaat simulointimoduulit rakenne-, lämpö- ja kinemaattiseen analyysiin. Aerospace-insinöörit käyttävät CATIA-järjestelmää täysimittaisiin ilma-aluksiin ja avaruusaluksiin digitaalisia pienoismalleja, jotka mahdollistavat kuormauksen, tärinän ja väsymysarvioinnin suoraan 3D-mallille. Sen Generatiivinen rakenneanalyysi tarjoaa nopean FEA-järjestelmän suunnittelun validointiin, kun taas Advanced Meshing ja Finite Element Modeler käsittelevät monimutkaisia kokoonpanoja. CATIA-konevalmistajien kokemuspohjaiset suunnittelutyökalut mahdollistavat insinöörien simuloinnin kokoonpanoprosesseja, kaapelireititystä ja järjestelmän integrointia. Suunnittelun ja analyysin saumaton yhteys vähentää iterointiaikaa ja auttaa havaitsemaan mahdolliset viat varhaisessa vaiheessa.

3. SolidWorks Simulointi

SolidWorks Simulointi[] tarjoaa esteettömän ympäristön, joka on integroitu suoraan SolidWorks CAD-liitäntään. Se on suosittu yksittäisten komponenttien stressi-, rappaus-, lämpö- ja taajuusanalyysien parissa. Ohjelmisto sisältää lineaarisia ja epälineaarisia staattisia tutkimuksia, väsymisen ennustamista ja pudotustestien simulaatioita. Sen helppokäyttöisyys mahdollistaa ei-asiantuntijat nopeat suunnittelutarkistukset, kun taas edistyneet käyttäjät voivat hyödyntää korkeaa älykkyyttä ja kosketusolosuhteita pienissä ilmailu- ja avaruusalan yrityksissä. SolidWorks Simulointi tukee myös optimoivia tutkimuksia painon vähentämiseksi tinkimättä voimakkuudesta. Vaikkakaan se ei ole niin kattava kuin FEA-ratkaisijat, sen integrointi ja alempi oppimiskäyrä tekevät siitä arvokkaan työkalun iteratiiviselle suunnittelulle ja validoinnille.

4. Siemens NX

Siemens NX[ yhdistää CAD:n, CAM:n ja CAE:n yhdessä ympäristössä, mikä tarjoaa kehittyneitä simulaatiovalmiuksia rakenteellisiin, lämpö-, virtaus- ja liikeanalyyseihin. Aerospace-insinöörit käyttävät NX.NX.N.S.N.S.N.S.N.S.A.A.A.S.S.A.S.S.A.S.S.S.S.S.M.A.S.A.S.A.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.M.S.S.M.S.S.S.S.A.S.S.A.S.A.S.A.S.A.S.A.S.S.M.S.A.S.M.S.A.S.A.S.S.A.S.M.S.A.S.A.A.S.A.S.S.M.S.A.S.S.S.S.

5. OpenFOAM

OpenFOAM[] on avoimen lähdekoodin CFD-työkalupakki, joka tarjoaa laajan vapauden määritellä mukautetun ratkaisun ja rajaehdot. Sitä käytetään voimakkaasti ilmailu- ja avaruusalan tutkimuksessa simuloimaan nopeita virtauksia, palamista ja myrskyisiä aaltoja. Ohjelmisto tukee rinnakkaisia laskentaa, jolloin on mahdollista suorittaa laajamittaisia simulaatioita klustereissa. OpenFOAM.s-kirjastossa on malleja omaperäiseen eddy-simulaatioon (DES), isoon eddy-simulaatioon (LES) ja Reynolds-keskimäärin valmistettuun Navier-Stokes (RANS) -ohjelmistoon. Sen skriptointiympäristö mahdollistaa parametristen tutkimusten automaation, kuten kulma-attack-lakaisut ilmafolion optimointiin.

MATLAB[ ja Simulink[ ovat välttämättömiä mallinnettaessa ja simuloitaessa dynaamisia järjestelmiä, ohjausalgoritmit ja lentodynamiikka ilmailu- ja avaruusalalla. Insinöörit käyttävät Simulink-diagrammimalleja lentokoneiden lennonohjaus-, autopilotti- ja ohjausjärjestelmistä ja sen jälkeen automaattisesti koodaamaan laitteiston-silmukautustestausta. MATLAB.s-työkalulaatikot tukevat lentoradan optimointia, sensorifuusiota ja ilmailu- ja avaruusalan erityistoimintoja (esim. koordinaattimuunnokset, ilmakehämallit). Alusta mahdollistaa myös mallin-Based Designin, jossa järjestelmätason mallit on jalostettu toteutuskoodiksi. Simulink.

7. MSC Nastran

MSC Nastran[] on yksi vakiintuneimmista finite elementin ratkaisijoista, jolla on perintöä ilmailu- ja avaruusalan rakenneanalyysissä. Se käsittelee staattisia, dynaamisia, räyhäileviä ja lämpöanalyysejä suurella uskollisuudella. Insinöörit luottavat sen modaali- ja taajuusvasteratkaisuihin, joilla arvioidaan lentokoneiden rakenteita tärinää, ja sen epälineaarisia valmiuksia suurten muodonmuutosten ja materiaalisten muovien suhteen. MSC Nastran on erityisen vahva aeroelastisuus, joka tarjoaa lepatus- ja puuska-analyysityökaluja, jotka ovat validoituja sääntelyvaatimuksia vastaan. Ohjelmisto tukee superelementtejä ja rakennerakenteen strukturoitumista, jotka ovat välttämättömiä suurille ilmailu- ja avaruusmalleille. Sen avoin arkkitehtuuri mahdollistaa integraation erilaisten pre/post-prosessorien kanssa. Monet sertifiointiprosessit vaativat Nastran-pohjaisia tuloksia, koska se on pitkä historia ja osoittautunut tarkaksi ennustaessaan rakennebehavior-en struktural behavior-koiden aikana.

8. Altair HyperWorks

Altair HyperWorks[] on monitieteinen simulaatioalusta, johon kuuluu FEA (OptiStruct), CFD (AcuSolve) ja optimointityökalut. Aerospace insinöörit käyttävät HyperWorks kevyt suunnittelu.Usein ensisijainen kone- ja avaruusalus. OptiStruct suorittaa topologian, topografian ja vapaa-koon optimointi tuottaa tehokkaita rakenteellisia asetteluja, jotka täyttävät vahvuus ja jäykkyys tavoitteet. AcuSolve tarjoaa skaalautuva CFD aerodynaaminen muodon optimointi, mukaan lukien korkean nostolaitteet ja moottorien nakkelit. HyperWorks tarjoaa myös väsymysanalyysi (n Code) ja törmäyssimulaatio (Radioss). Sen avoin arkkitehtuuri ja laaja automaatio API mahdollistaa integrointi mukautetun suunnittelun työvirta. Altairs ohjelmisto käytetään usein yhdessä muiden ratkaisijoiden kanssa.

9. Simcenter STAR-CCM+

Simcenter STAR-CM+ on monifysiikan CFD-ratkaisija, joka on erinomainen aerodynaamisissa, lämpö- ja kytketyissä kenttäsimulaatioissa. Sen kehittynyt verkkoteknologia (mukaan lukien polyhedraalin, lohkojen ja ylikytkettyjen silmäverkkojen) käsittelee liikkuvia geometries- ja muun muassa pyörivien tuuletinten lapojen tai lapojen käyttöönoton mahdollistavia oivalluksia. STAR-CCM+ tukee konjugoitua lämmönsiirtoa, säteilyä ja kaksivaiheisia kokeita, jotka mahdollistavat sen, että insinöörit voivat suorittaa parametrien pyyhkäisy- ja optimointitutkimuksia samassa ympäristössä. Aeroavaruussovellukset sisältävät ulkoisia aerodynaamisia (dragin vähentäminen), sisäisiä virtauksia (turbiinijäähdytys) ja aeroakustisia (melun ennus).

10. COMSOL Multifysiikka

COMSOL Multifysics[] tarjoaa ainutlaatuisen ympäristön kytkettyjen fyysisten ilmiöiden simulointiin. Esimerkiksi nesterakenteen vuorovaikutus, lämpösähköiset vaikutukset ja sähkömagneettiset kytkennät. Ilmailu- ja avaruusteollisuudessa sitä käytetään mikromekaanisiin järjestelmiin (MEMS) antureissa, tärinän vaimentamiseen rakenteissa ja lumioniikan sähkömagneettiseen suojaukseen. COMSOL.n käyttäjäystävällinen käyttöliittymä mahdollistaa insinöörien määritellä mukautetut osittaiset DIFFERENTIAL EQUATIONS ja yhdistää ne sisäänrakennettuihin fysiikkamoduuleihin. Sen sovelluksenrakentaja mahdollistaa suunnittelutiimien erikoissimulointisovellusten luomisen, jotka ovat vaikeasti tallenettavissa erillisillä koodeilla. Esim. esim. pietsosähköiset toimilaitteet morfointia varten tai lämpölaajenemista varten satelliittioptiikkaoptiikassa.

Oikean simulaatiotyökalun valinta

Simulaatio-ohjelmistojen valinta riippuu ilmailu- ja avaruushankkeen erityisvaatimuksista.Oletko se vaativa korkean uskollisuuden CFD-järjestelmä, yksityiskohtainen rakenneanalyysi tai kytketty fysiikka. Suuret OEM-valmistajat käyttävät usein työkalujen yhdistelmää, jossa CAD (esim. CATIA) yhdistetään erityisratkaisuihin (esim. ANSYS Fluent, MSC Nastran). Pienemmät tiimit saattavat haluta kaikkia yhdessä -alustoja, kuten Siemens NX tai Altair HyperWorks. Open-lähdevaihtoehdot, kuten OpenFOAM, tarjoavat joustavuutta ja kustannussäästöjä, mutta vaativat kehittyneitä teknisiä taitoja testidataa vastaan. MATLAB/Simulink on edelleen alan standardi.