Мотивация и увлечение сотрудников, а также отождествление с их совместно разработанным продуктом можно почувствовать снова и снова, посещая компанию в Поппенхаузене в Вассеркуппе. «Мне очень весело, и в то же время мне очень трудно заново изобрести аэродинамику современных планеров, основанную на проверенных конструкциях с современными методами расчета», - сообщает Ульрих Саймон, имеющий степень магистра в области аэрокосмической техники в университете Штутгарта. учился и специализировался на использовании программного обеспечения для моделирования в строительной команде в Alexander Schleicher Segelflugzeugbau с 2017 года.
Картинная галерея
Картинная галерея с 7 картинками
Больше летных характеристик благодаря симуляции потока
«Спустя почти тринадцать лет после первого полета чрезвычайно успешного ASG 29 мы представили его дальнейшее развитие, AS 33», - объясняет Йошка Шмейсл, руководитель отдела проектирования и производства. «Мы смогли добиться дальнейших решительных улучшений летных характеристик с помощью численного моделирования потока. Полностью новое крыло длиной 18 метров обеспечивает очень высокую нагрузку на крыло и наилучшие характеристики скольжения в диапазоне скоростей с площадью крыла всего десять квадратных метров. Переход крыло-фюзеляж также был оптимизирован. Аналогичным образом, измененная конструкция концов крыльев, так называемых винглетов, может минимизировать образование вихрей, возникающих там. Программное обеспечение Ansys для анализа потока также сыграло в этом важную роль ».
На основе результатов аэродинамического моделирования команда разработчиков разработала новые профили крыла, которые затем были испытаны в аэродинамической трубе. Это обеспечило свойства современных ламинарных профилей, например, очень низкое сопротивление в сочетании с еще более высокой подъемной силой при круговом полете и удобной управляемостью.
Расчет пограничного слоя для областей ламинарного и турбулентного течений
Ульрих Саймон уже занимался аэродинамикой и потоком во время учебы и был активным членом Академической авиационной группы, для краткости Акафлиг. Во время магистерской работы он познакомился с программным обеспечением Ansys для анализа потока (CFD - вычислительная гидродинамика) и структурно-механического расчета (FEM - метод конечных элементов). Он приобрел большой опыт в симуляции, в основном с программным обеспечением CFD, которое было легко использовать с самого начала.
Он упоминает расчет ламинарно-турбулентного перехода и создание сложных вычислительных сеток с высоким разрешением пограничного слоя в ICEM CFD в качестве особых проблем при использовании программного обеспечения в компании Alexander Schleicher. Проверка компьютерной сети и настроек решателя с использованием экспериментальных данных также была сложной задачей.
Ульрих Саймон особенно интенсивно занимался расчетами пограничного слоя, которые предоставляют информацию о ламинарных и турбулентных областях потока, поскольку они имеют решающее значение для поведения полета. В прошлом эта область охватывалась интенсивным сотрудничеством с университетами, чтобы накопить еще больше знаний об оптимальном дизайне планеров. С использованием программного обеспечения для моделирования специалисты по планерам сделали еще один шаг в этом направлении.
Есть ли вихри в твердых телах?
Модели турбулентности для дизайнера планеров
Но, конечно, симуляция не работает нажатием кнопки, но должна быть хорошо подготовлена. Ульрих Саймон объясняет: «Я знаю только несколько моделей турбулентности, которые могут точно и надежно рассчитать точку перехода от ламинарного к турбулентному потоку, что является ключевым требованием для конструктора планера. Если предполагается, что ситуация с управлением не соответствует действительности, поведение сопротивления и, следовательно, характеристики полета также оцениваются неправильно. Это может иметь очень серьезные последствия.
Цель состоит в том, чтобы поддерживать сопротивление как можно ниже, чтобы иметь возможность использовать достигнутую высоту и, следовательно, энергию, которая была поднята термиком, как можно дольше. Энергия и рост должны продлиться до следующего обновления или привести к более высокой скорости в чемпионате, чем с другими участниками.
Когда и где возникают местные замены?
«Несмотря на то, что оптимизация аэродинамической формы крыльев может быть слегка затруднена с помощью расчетов CFD, - объясняет Ульрих Саймон, - но обычно существует больший потенциал оптимизации для фюзеляжа или взаимодействия между фюзеляжем и крылом. То же самое относится к поведению хвостовой части и эффективности использования крылышек на концах крыла ». Следовательно, он первоначально сосредоточился на дизайне переходной зоны между крылом и фюзеляжем и искал наилучшее положение для крепления крыла к фюзеляжу. Расположение в верхней области позволяет избежать локальных отрывов. С другой стороны, площадь пересечения ниже, а меньшая поверхность уменьшает сопротивление. Это поведение может быть очень хорошо исследовано с помощью программного обеспечения CFD. Геометрия перехода может изменяться и пересчитываться снова и снова, чтобы выявить различия, а затем выбрать лучшее решение.
Во время предварительного проектирования шесть вариантов для различных условий полета и различных условий притока были проанализированы интенсивно, среди прочего, чтобы ответить на следующие вопросы: Что такое обтекание? Когда и где происходят изменения? Кроме того, радиус округления навесного оборудования и срез крыла были детально оптимизированы на основе расчетов. Потому что многие мелочи способствуют положительному общему результату. Кроме того, многое экспериментально исследовано в области потока, например, в аэродинамической трубе, среди прочего, чтобы снова и снова калибровать имитационную модель.
Расчеты CFD приносят безопасность
«В отличие от новых разработок других производителей планеров, мы, как команда разработчиков, пришли к единодушному выводу, что сильное соединение крыльев с фюзеляжем не является абсолютно необходимым по причинам сопротивления, и поэтому мы остались с соединением в средней зоне и оптимизировали его». сообщает Ульрих Симон. «Выбор варианта в среднем положении наиболее целесообразен для AS 33, поскольку он предлагает наименьшее сопротивление, особенно в полете на высокой скорости. Даже на более низких скоростях мы получили контроль над отрядами после того, как спроектировали соединение крыльев и фюзеляжа в соответствии с результатами моделирования.
Йошка Шмейсл добавляет: «Этот опыт и безопасность, которую мы получили от расчетов CFD, очень полезны для нас. Во многих случаях они подтверждают наш традиционный опыт и показывают нам дополнительный потенциал для оптимизации. Это позволяет нам позиционировать себя еще лучше в международном конкурсе как один из немногих производителей, предлагающих все из одних рук. Обладая более чем 80-летним опытом разработки и производства, а также очень высоким уровнем вертикальной интеграции, мы чувствуем себя хорошо вооруженными в будущем и теперь можем поднять планку еще выше ».
Проверка прочности и нагрузочных испытаний с помощью Ansys Composite Prep-Post
Но разработка - это только половина дела. Другая половина состоит из утверждения. Для этого необходимо пересчитать конструкцию, например, необходимо продемонстрировать прочность створки и провести нагрузочные испытания. В целом, требуется информация, которая заполняет некоторые файлы. Расчет сложных волокнистых композитных компонентов ставит особые задачи. Это делается путем создания подробных моделей оболочек со всеми усилениями и точными толщинами ламината в программном обеспечении Ansys Composite Prep-Post (ACP), которое было разработано именно для таких задач.
Совет: встреча пользователей облегченной конструкции. Встреча пользователей легкой конструкции дает ответы на все важные вопросы об облегченной конструкции. На увлекательных лекциях и практических форумах участники узнают самые важные вещи о концепции, структуре, материале и производстве легких конструкций.
Дополнительная информация: встреча пользователей для облегченной конструкции
Модальные анализы предотвращают опасение трепетания
Благодаря аэродинамической оптимизации крылья становятся длиннее и стройнее. Это приводит к более высоким нагрузкам с точки зрения структурной динамики. Вес фюзеляжа также увеличивается, в том числе благодаря усовершенствованной кабине, оптимизированной для столкновений, дополнительному оснащению или дополнительному двигателю, которого хотят некоторые пилоты. Все должно нести крылья. И это при общей высоте крыла, которая впервые составляет менее десяти сантиметров.
«Мы справились с повышенными требованиями, оптимизировав структуру крыла FEM», - объясняет Ульрих Саймон. Это включает в себя проверку аналитической конструкции конструкции, усилений в зонах повышенного напряжения и расчет резервных факторов для общей конструкции конструкции крыла. Модальные анализы для подавления вибраций в полете предотвращают опасение трепетания. «С помощью программного обеспечения ACP я могу, например, быстро анализировать и улучшать размеры слоев армирования. Я также могу изучить различные варианты и сравнить их очень легко, чтобы оценить их и выбрать наиболее подходящий », - добавляет инженер по расчетам.
Встреча пользователей облегченной конструкции 2017
Правильный дизайн волоконно-композитных компонентов
3D моделирование изгибающей балки оптимизирует структуру крыла
Лонжероны крыльев, а также поверхности крыльев изготовлены из волокнистых композиционных материалов. Они рассчитаны как изгибная связь и разработаны таким образом, чтобы прочность на сжатие или растяжение углеродных волокон использовалась максимально полно. Для этого важно уменьшить пики натяжения в соединении между лонжеронными ремнями и лонжеронными полотнами. Это было достигнуто впервые целенаправленным способом посредством полного трехмерного моделирования изгибающего луча с помощью программного обеспечения Ansys.
Оптимизированная таким образом конструкция крыла может легко нести высокие и стройные крылышки. Для уменьшения сопротивления распределение подъема было оптимизировано на основе настроек и изменений профиля в радиусе перехода на основе результатов CFD. Область можно сделать более однородной, изменив контур обрезки и повернув его соответствующим образом. Было проведено около 30 расчетов для лучшего анализа конкретного поведения.
СОВЕТ ПО СЕМИНАРУ Семинар «Мощный дизайн» дает обзор того, как можно конструировать конструктивные элементы в соответствии с нагрузкой и экономить материал, и показывает, как этот процесс может быть ускорен. Участники учатся проектировать структурные рамки. Таким образом, они определяют около 80% производительности компонентов и создают прочную основу для дальнейшей оптимизации деталей.
Следующая информация
Внутренний инженер по расчетам усиливает ноу-хау
«Благодаря использованию симуляций мы охватили новую область в команде разработчиков, приобрели навыки и получили важную информацию благодаря вычислениям, которых у нас ранее не было», - подчеркивает Йошка Шмейсл. «Мы смогли добиться дальнейших улучшений в разработке AS 33 и создали очень хорошую основу для будущих новых и дальнейших разработок. Мы больше не зависим от университетских институтов или поставщиков услуг, поскольку мы можем работать более независимо и испытывать больше идей. Особенно на ранней стадии разработки, моделирование позволяет нам напрямую сравнивать различные идеи, основанные на расчетах, чтобы получить лучшую основу для принятия решений ».
Специалисты по планерному планированию не ожидают сенсационных улучшений, но имеют важное значение при исследовании конкретных деталей, чтобы предложить своим клиентам дополнительную добавленную стоимость. Вся команда разработчиков - и, следовательно, компания - получает выгоду от инвестиций в программное обеспечение для моделирования и соответствующего инженера по расчетам. Это отражается на многих мелочах, которые улучшают качество самолета AS в целом. И кривая обучения продолжает расти.
Проект Bionic Aircraft
Согласованная технологическая цепочка для аддитивного производства
* Дипл.-инж. (FH), М. А. Герхард Фридеричи, маркетинг, Cadfem GmbH