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仿真流程化的飞机舱门研发

—— 欧洲直升机公司应用仿真技术缩短研发周期并实现飞机闭合系统研发流程自动化

2014/12/26    来源:Altair        
关键字:仿真  流程化  批处理网格  
本文描述了利用建模和可视化工具—HyperMesh和HyperView,快速响应设计规范和负载变动并进行修改;同时借助HyperWorks的定制功能进行批处理网格划分、具体分析以及求解模型组织过程的自动化。这样做的优点在于:统一的前后处理环境、客户定制化流程、提高模型质量和可靠性。

公司介绍

    欧洲宇航防务集团(EADS)直属的欧洲直升机公司集团(简称欧直公司)是全球商用和军用直升机开发商,同时它也参与欧洲空客飞机舱门与整流罩项目的开发。该公司于1992年由宇航马特拉公司(法国)直升机分部和戴姆勒-克莱斯勒宇航公司(德国)组建而成。

    欧直公司的产品和服务涉及设计、生产、飞行试验、持续适航、培训、维修和质量等多个领域,其主要目标是确保飞机飞行安全。与此同时,它还提供创新的产品以满足来自150多个国家的客户的不同需求。

    在产品创新方面,欧洲直升机公司一直寻找方法来提高包括闭合系统等在内的飞机部件的性能和效率。为此,欧洲直升机公司选择使用一流的软件以确保飞机安全、改善飞机的性能以及定制舱门分析流程自动化。

挑战

    飞机的闭合系统是由多个零部件组成的复杂系统。无论是直升机还是其它类型飞机,舱门都需要具有开门、关门和紧急情况下工作等功能。

    针对不同的产品,我们不能使用相同的设计方案。舱门系统是根据各个飞机尺寸和政府法规设计的,整个研发过程需要平衡不同的需求。闭合系统的设计不但要求可靠工作,而且需要轻量设计。另外,设计方案必须充分满足客户的需求,甚至这些需求会发生变化。同时,还要保证产品研发过程与客户项目关键时间节点保持同步。

    一般来说,设计方案必须考虑结构可靠性、包装、重量、加工性和成本要求。具体来说,工程师使用与约束协调的目标评估舱门的结构和运动特性以考察舱门的使用寿命和紧急情况的安全性。欧直公司应用仿真工具通过反复设计分析流程虚拟地评估设计方案的性能与可靠性。

解决方案

加速研发

    具体到舱门系统,需要考察舱门本身以及舱门与机身接口结构的性能。舱门由门框、梁和帮助提高舱门密封性能的门边组件构成,接口结构由限位臂、导引臂和机身接口支撑臂构成。此外舱门系统还包括导辊和密封件等其它零件。

    研发部门首先完成基础设计以达到客户的要求,特别是材料类型和重量范围。我们的设计开始于一个独立的舱门,然后收到客户更加详细的数据,如飞行载荷和机身规格等,以便进行舱门细化设计。

    由客户及公司设定的评估方法一般是复杂的。对于不同零件,我们评估项目包括结构应力状态以及屈曲和刚度稳定性。

    所有零件都必须满足应力测试试验,同时我们会提供一份舱门验证报告。欧直公司具有一套包含密封、气动和制动负载分别在内舱门整体性能分析的稳定性标准。此外,所有零件必须满足屈曲、破坏和铆钉屈曲等稳定性要求。

    部分零件还要满足额外的刚度需求,例如,与机身的接口必须承受来包括导辊、铰链臂以及支架在内舱门的重量。限位臂必须能够承受舱门作用到机身上(或机身作用到舱门上)的所有载荷。

    与此同时,我们还进行了运动学分析。门框必须能够承受舱门开启时的动载。然而,动载的变化将引起接口所受载荷的变化并对结构造成一定的影响。因此要同步进行结构和运动学分析,以满足两者的性能要求。

图1 工程师应用仿真技术分析舱门组件受力和应力状态

图1 工程师应用仿真技术分析舱门组件受力和应力状态

灵活的仿真

    飞机舱门的整个评估过程在软件中可表示为一个“优化”任务/循环。舱门系统定义为设计空间。在2D模型中,指定不同壳单元厚度为设计变量。

    优化的目标是减轻结构重量,但必须保证各个组件都要满足设计要求。这些要求以约束的形式体现,如所选工况下的刚度和应力大小。同时也考虑最大壳厚度和材料类型等加工制造约束。这在系统优化或单一结构优化时是有效的。

责任编辑:吴星星
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