Star-CCM+在商用飛機(jī)上的應(yīng)用課件

1、STAR-CCM+在商用飛機(jī)上的應(yīng)用使命讓中國(guó)的大飛機(jī)翱翔藍(lán)天愿景為客戶(hù)提供更加安全、經(jīng)濟(jì)、舒適和環(huán)保的民用飛機(jī)目的把大型客機(jī)項(xiàng)目建設(shè)成為新時(shí)期改革開(kāi)放的標(biāo)志性工程和建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的標(biāo)志性工程把中國(guó)商飛公司建設(shè)成為國(guó)際一流航空企業(yè)COMAC: 中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司35年卓越的工程設(shè)計(jì)最大的私營(yíng)CAE公司（現(xiàn)已加入西門(mén)子工業(yè)軟件）2015年收入超過(guò)2億美元全球896名員工全球28個(gè)辦公室為客戶(hù)進(jìn)行支持、培訓(xùn)和工程服務(wù)最近三年持續(xù)18%的增長(zhǎng)超過(guò)227家航空公司使用STAR-CCM+進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)3應(yīng)用模擬來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性，并且降低對(duì)實(shí)機(jī)測(cè)試和驗(yàn)證的依賴(lài)建立產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的常規(guī)的仿真流程和模塊化

2、條件將仿真應(yīng)用到最終設(shè)計(jì)，并且評(píng)估與舊設(shè)計(jì)之間的差異CAE仿真成熟度模型驗(yàn)證（軟件）Ultimate Goal: Find best design in shortest time最終目標(biāo)：用最短的時(shí)間找到最佳的設(shè)計(jì)組織的投資回報(bào)率All simulation starts off with validation. As the process matures, the return of investment is greater.所有的仿真都從驗(yàn)證開(kāi)始。隨著仿真的成熟，投資回報(bào)就越大仿真成熟度CAE仿真成熟度模型驗(yàn)證（軟件）問(wèn)題排除（設(shè)計(jì)）Ultimate Goal: Find best

3、design in shortest time最終目標(biāo)：用最短的時(shí)間找到最佳的設(shè)計(jì)組織的投資回報(bào)率All simulation starts off with validation. As the process matures, the return of investment is greater.所有的仿真都從驗(yàn)證開(kāi)始。隨著仿真的成熟，投資回報(bào)就越大一般應(yīng)用于已經(jīng)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的設(shè)計(jì)CFD應(yīng)用最成熟的領(lǐng)域通常比實(shí)機(jī)測(cè)試快得多，在航空領(lǐng)域常常用來(lái)對(duì)已經(jīng)取證的飛機(jī)進(jìn)行虛擬測(cè)試 仿真成熟度CAE仿真成熟度模型驗(yàn)證（軟件）問(wèn)題排除（設(shè)計(jì)）Ultimate Goal: Find best design

4、in shortest time最終目標(biāo)：用最短的時(shí)間找到最佳的設(shè)計(jì)組織的投資回報(bào)率All simulation starts off with validation. As the process matures, the return of investment is greater.所有的仿真都從驗(yàn)證開(kāi)始。隨著仿真的成熟，投資回報(bào)就越大仿真成熟度預(yù)測(cè)越來(lái)越多的主機(jī)廠(chǎng)開(kāi)始在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的早期使用仿真來(lái)驅(qū)動(dòng)樣機(jī)的設(shè)計(jì)通過(guò)模擬來(lái)取證，或者取證過(guò)程中應(yīng)用模擬方法CAE仿真成熟度模型驗(yàn)證（軟件）問(wèn)題排除（設(shè)計(jì)）Ultimate Goal: Find best design in shortest ti

5、me最終目標(biāo)：用最短的時(shí)間找到最佳的設(shè)計(jì)組織的投資回報(bào)率All simulation starts off with validation. As the process matures, the return of investment is greater.所有的仿真都從驗(yàn)證開(kāi)始。隨著仿真的成熟，投資回報(bào)就越大仿真成熟度預(yù)測(cè)自動(dòng)探索利用腳本和自動(dòng)化來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬流程自動(dòng)化提高工程師的生產(chǎn)效率使得工程師的寶貴時(shí)間聚焦在模擬結(jié)果的分析而不是模擬本身CAE仿真成熟度模型驗(yàn)證（軟件）問(wèn)題排除（設(shè)計(jì)）Ultimate Goal: Find best design in shortest time最終目標(biāo)

6、：用最短的時(shí)間找到最佳的設(shè)計(jì)組織的投資回報(bào)率All simulation starts off with validation. As the process matures, the return of investment is greater.所有的仿真都從驗(yàn)證開(kāi)始。隨著仿真的成熟，投資回報(bào)就越大仿真成熟度 預(yù)測(cè)自動(dòng)探索優(yōu)化設(shè)計(jì)初期采用優(yōu)化工具，以較低的代價(jià)獲得更好的設(shè)計(jì)CAE仿真成熟度模型驗(yàn)證（軟件）問(wèn)題排除（設(shè)計(jì)）Ultimate Goal: Find best design in shortest time最終目標(biāo)：用最短的時(shí)間找到最佳的設(shè)計(jì)組織的投資回報(bào)率仿真成熟度預(yù)測(cè)自動(dòng)探索優(yōu)

7、化臨界轉(zhuǎn)換點(diǎn)（從被動(dòng)到主動(dòng)的工程）數(shù)字探索物理確認(rèn)All simulation starts off with validation. As the process matures, the return of investment is greater.所有的仿真都從驗(yàn)證開(kāi)始。隨著仿真的成熟，投資回報(bào)就越大CD-adapco得到了超過(guò)227家航空公司的信任ATKAAIInsituNordam GroupUAV EnginesSierra NevadaSaab AerospaceColeman AerospaceAmerican DynamicsAurora Flight SciencesRe

8、venge Adv CompositesHamilton SundstrandRaisbeck EngineeringOtto Aviation GroupRolls Royce AllisonLiebherr AerospacePicatinny ArsenalSpirit AeroSystemsUS Navy (NAWC)Lucas AerospaceGeneral DynamicsPropulsive WingCessna AircraftHoneywellSnecmaSulzerBOEINGBOMBARDIERAIRBUSGulfstream AerospaceForce Protec

9、tion Inc.Hawker BeechcraftAlenia AeronauticaPratt & WhitneyGeneral ElectricBAE SystemsGoodrichQinetiQNASAMBDAATA STAR-CCM+在航空領(lǐng)域的解決方案STAR-CCM+在航空領(lǐng)域的解決方案Aerodynamic Performance/Optimization 空氣動(dòng)力學(xué) 性能/優(yōu)化Stability and Control 穩(wěn)定性和控制Component Loads 載荷成分Engine Integration 發(fā)動(dòng)機(jī)集成Store Release / Stage Separat

10、ion 蓄放/多級(jí)分離Aeroelasticity / FSI 氣動(dòng)彈性/FSIAeroacoustics 氣動(dòng)噪聲High-Lift Devices 高升力設(shè)備Prop Wash / Plume Effects 旋翼/泵效率Polyhedral Mesh 多面體網(wǎng)格 Turbulence Models 湍流模型 Transition Models 轉(zhuǎn)捩模型Tightly-Coupled FSI 松耦合 Mesh Morphing 網(wǎng)格變形 Solution Mapping 結(jié)果映射GSI / Solution Driver Overset Mesh 嵌套網(wǎng)格 Mesh Adaptation

11、網(wǎng)格自適應(yīng)High-Speed Aerodynamics 空氣動(dòng)力學(xué) 高速度Fluid-Structure Interaction 流固耦合High-Lift Aerodynamics 空氣動(dòng)力學(xué) 高升力STAR-CCM+在航空領(lǐng)域的解決方案Mechanical Systems(APUs, undercowling, etc.) 機(jī)械系統(tǒng)（ APUs, undercowling, 等）Avionics / Electronics Systems 航空電子/電子系統(tǒng)Weapons bays 武器吊艙Weapons sensors/seekers 武器傳感器/探索者Wheel wells 輪艙Br

12、aking Systems 制動(dòng)系統(tǒng)Batteries 電池Aeroacoustics 氣動(dòng)噪聲Hot Plates / Cold Plates 加熱板/冷卻板Surface Wrapping 包面 Robust Prism Layers 健壯的邊界層 In-plane Conduction 平面?zhèn)鲗?dǎo)Conjugate Heat Transfer 共軛傳熱 Automatic Imprinting 自動(dòng)壓印 Fan Models風(fēng)扇模型Avionics Cooling 電子設(shè)備冷卻Engine Thermal Management發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理STAR-CCM+在航空領(lǐng)域的解決方案Human E

13、ffects / Passenger Comfort 人體效應(yīng) / 乘客舒適性Ducts / Nozzles / Junctions / Valves 風(fēng)管 /噴嘴 / 連接 / 閥Heat Exchangers 熱交換Other Conjugate Heat Transfer 其他共軛傳熱Aeroacoustics 氣動(dòng)噪聲Water management (potable & waste) 水管理（飲用水和污水）Smoke detection / Fire suppression 煙霧探測(cè) / 火災(zāi)STAR-CCM+在航空領(lǐng)域的解決方案Pumps 泵Rocket Motor, Ramjet

14、, & Scramjet 火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，和超音速燃燒沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)Compressors, Fans, Turbines 壓縮機(jī)，風(fēng)扇，渦輪Combustion, sprays, chemistry 燃燒，噴霧，化學(xué)過(guò)程Inlets & nozzles 入口和噴嘴Fuel systems, sloshing, inerting, filling 燃油系統(tǒng)，晃動(dòng)，惰化，填充Integration Effects 整合效應(yīng)Automatic Conformal Meshes 自動(dòng)共型網(wǎng)格 Motion Models運(yùn)動(dòng)模型 Harmonic Balance諧波平衡Gas, Part

15、icle, Surface Reactions 氣體，粒子，表面反應(yīng) Erosion Models 腐蝕模型 Morphing Boundaries 表面變形Cartesian Trim-Cell Meshes 笛卡爾Trim網(wǎng)格 AUSM+ FVS Continuity Convergence Accelerator 連續(xù)性收斂加速器Turbomachinery 渦輪機(jī)械Supersonic Combustion 超音速燃燒Solid Rocket Motors 固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)STAR-CCM+在航空領(lǐng)域的解決方案De/Anti-icing systems 除冰系統(tǒng)Bleed air (pi

16、ccolo tubes) 排氣（ piccolo tubes ）Electrothermal 電熱Conjugate heat transfer 共軛傳熱Collection Efficiency 收集效率Ice accretion 積冰防冰 /收集效率Eulerian Multiphase 歐拉多項(xiàng)流 Lagrangian Multiphase 拉格朗日多項(xiàng)流 Liquid Film 液膜飛機(jī)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的挑戰(zhàn)：及時(shí)的交付產(chǎn)品并控制預(yù)算降低工程成本和周轉(zhuǎn)時(shí)間運(yùn)行多個(gè)虛擬試驗(yàn)靈活的license配置價(jià)格劃算的HPC減少無(wú)效的/重復(fù)的工作擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域環(huán)境問(wèn)題，防冰，氣動(dòng)噪聲，優(yōu)化，多項(xiàng)流，電池，推

17、力反向器部署，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)CFD工具能力，驗(yàn)證，專(zhuān)業(yè)應(yīng)用合作當(dāng)出問(wèn)題時(shí)會(huì)發(fā)生什么情況？當(dāng)?shù)刂С趾蛯?zhuān)業(yè)知識(shí)處理今日和明日的事物流體仿真在中國(guó)商飛飛機(jī)設(shè)計(jì)中能扮演的角色Vertical Tail and Aft Body Design垂直位移和尾部設(shè)計(jì)Wing-Tip Design 翼尖設(shè)計(jì)APU Inlet and DuctingAPU 進(jìn)口和管道High-Speed Wing Design高速機(jī)翼設(shè)計(jì)Platform Design 平臺(tái)設(shè)計(jì)Avionics Cooling電子冷卻Cabin Design 成員艙設(shè)計(jì)Wing-Body Faring Design機(jī)翼表面設(shè)計(jì)飛發(fā)一體化設(shè)計(jì)ECS In

18、letECS進(jìn)口進(jìn)氣設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)艙熱管理分析Air-Data System Location大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)的位置排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)反推裝置設(shè)計(jì)Icing 結(jié)冰STAR-CCM+在整個(gè)飛機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中使用High-Lift Wing Design高升力機(jī)翼設(shè)計(jì)Cabin Noise 乘員艙噪聲Cabin Ventilation 乘員艙通風(fēng)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)集成Belly Fairing Design腹部導(dǎo)流罩設(shè)計(jì)商用飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)應(yīng)用典型商用飛機(jī)空氣系統(tǒng)Cockpit VentilationCabin VentilationMixing and RecirculationCompartment Ventilati

19、onSTAR-CCM+ ECS仿真標(biāo)準(zhǔn)Airbus, Gulfstream, Bombardier, Cessna, Alenia Aeronautica,Hawker Beechcraft, Dassault Aviation, Liebherr Aerospace, Saab Aerospace, Raytheon Missile Systems空氣動(dòng)力學(xué)部門(mén)氣動(dòng)噪聲高升力設(shè)備防冰除冰系統(tǒng)ECS部門(mén)熱管理防冰乘員艙舒適性和HVAC 氣動(dòng)噪聲燃油系統(tǒng)部門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)空氣吸氣和掃氣飛機(jī)的尾部的小發(fā)動(dòng)機(jī)通風(fēng)燃油管路布置，熱傳導(dǎo)飛機(jī)防火CD-adapco解決方案在特定部門(mén)的應(yīng)用空氣動(dòng)力學(xué)部門(mén)案例研究Bo

20、mbardier 起落架噪聲空氣動(dòng)力學(xué)高升力要素飛機(jī)防冰Lockheed Martin反推力系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化Bombardier 起落架噪聲挑戰(zhàn)以最小的影響和開(kāi)發(fā)費(fèi)用，降低起落架噪聲收益改善設(shè)計(jì)詳細(xì)的幾何模型了解噪聲源和頻譜通過(guò)仿真進(jìn)行設(shè)計(jì)降低總體開(kāi)發(fā)成本快速的幾何到網(wǎng)格減少風(fēng)洞時(shí)間和成本解決方案表面包面Trim網(wǎng)格使用DES計(jì)算氣動(dòng)噪聲Used with permission: AIAA 2012-2236空氣動(dòng)力學(xué)高升力要素挑戰(zhàn)機(jī)翼高升力空氣動(dòng)力學(xué)計(jì)算的高精度要求高昂的風(fēng)洞試驗(yàn)成本漫長(zhǎng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化周期收益精確的空氣動(dòng)力學(xué)的高升力計(jì)算結(jié)果提升高升力設(shè)計(jì)能力降低昂貴的風(fēng)洞試驗(yàn)花費(fèi)，縮減研發(fā)周期解決方

21、案精確計(jì)算空氣動(dòng)力學(xué)的高升力正確的預(yù)測(cè)流場(chǎng)和轉(zhuǎn)捩使用轉(zhuǎn)捩模型飛機(jī)防冰挑戰(zhàn)飛機(jī)結(jié)冰分析的精度和效率長(zhǎng)開(kāi)發(fā)周期和大量的測(cè)試成本收益減少仿真成本利用結(jié)冰分析工具進(jìn)行多項(xiàng)分析，提高效率提高熱量/結(jié)冰/空氣動(dòng)力學(xué)耦合精度Droplerian方法改善仿真的穩(wěn)定性解決方案STAR-CCM+提供專(zhuān)業(yè)的結(jié)冰分析工具包含：沖擊，回流，傳熱， 多相流和空氣動(dòng)力學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)反推力系統(tǒng)設(shè)計(jì)收益 一周內(nèi)對(duì)160個(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)估；反推力性能參數(shù)Cvx比提高了49%； Cd值大于0.8 ；將羽流角度從127提高到 150 (18%)。挑戰(zhàn)早期的概念設(shè)計(jì)代價(jià)太大，時(shí)間上要超過(guò)6個(gè)月解決方案 利用設(shè)計(jì)探索來(lái)快速搜索設(shè)計(jì)空間，確認(rèn)高

22、性能的概念設(shè)計(jì)Lockheed Martin空氣動(dòng)力學(xué)優(yōu)化挑戰(zhàn)優(yōu)化滑翔機(jī)機(jī)翼的空氣動(dòng)力學(xué)性能，平衡升力/阻力和最小化最大彎矩包含機(jī)翼的扭轉(zhuǎn)，橫向穩(wěn)定性和其他138個(gè)幾何變量機(jī)身：21個(gè)變量機(jī)翼：44個(gè)變量水平尾翼：43個(gè)變量垂直尾翼：30個(gè)變量5-11 million cells635個(gè)評(píng)估351個(gè)可用284個(gè)不可用97結(jié)果個(gè)設(shè)計(jì)優(yōu)于基準(zhǔn)收益整個(gè)過(guò)程在幾天內(nèi)完成復(fù)雜的目標(biāo)函數(shù)控制表面和結(jié)構(gòu)的影響與遺傳算法相比減少大量的計(jì)算時(shí)間使用Optimate+可以成功的加入到現(xiàn)在的設(shè)計(jì)過(guò)程中解決方案Optimate+識(shí)別351個(gè)設(shè)計(jì)變量環(huán)境控制和氧氣系統(tǒng)部飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理飛機(jī)小翼設(shè)計(jì)探索ESC仿真飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理挑戰(zhàn)上千零部件構(gòu)成的復(fù)雜外部管路系統(tǒng)收益三維雷諾平均的計(jì)算從2個(gè)月減少到1周解決所有的邊界層網(wǎng)格從而改善精度參數(shù)化優(yōu)化仿