Star-CCM+在商用飞机上的应用课件

1、STAR-CCM+在商用飞机上的应用使命让中国的大飞机翱翔蓝天愿景为客户提供更加安全、经济、舒适和环保的民用飞机目的把大型客机项目建设成为新时期改革开放的标志性工程和建设创新型国家的标志性工程把中国商飞公司建设成为国际一流航空企业COMAC: 中国商用飞机有限责任公司35年卓越的工程设计最大的私营CAE公司（现已加入西门子工业软件）2015年收入超过2亿美元全球896名员工全球28个办公室为客户进行支持、培训和工程服务最近三年持续18%的增长超过227家航空公司使用STAR-CCM+进行产品开发3应用模拟来验证设计的可行性，并且降低对实机测试和验证的依赖建立产品开发过程的常规的仿真流程和模块化

2、条件将仿真应用到最终设计，并且评估与旧设计之间的差异CAE仿真成熟度模型验证（软件）Ultimate Goal: Find best design in shortest time最终目标：用最短的时间找到最佳的设计组织的投资回报率All simulation starts off with validation. As the process matures, the return of investment is greater.所有的仿真都从验证开始。随着仿真的成熟，投资回报就越大仿真成熟度CAE仿真成熟度模型验证（软件）问题排除（设计）Ultimate Goal: Find best

3、design in shortest time最终目标：用最短的时间找到最佳的设计组织的投资回报率All simulation starts off with validation. As the process matures, the return of investment is greater.所有的仿真都从验证开始。随着仿真的成熟，投资回报就越大一般应用于已经经过验证的设计CFD应用最成熟的领域通常比实机测试快得多，在航空领域常常用来对已经取证的飞机进行虚拟测试 仿真成熟度CAE仿真成熟度模型验证（软件）问题排除（设计）Ultimate Goal: Find best design

4、in shortest time最终目标：用最短的时间找到最佳的设计组织的投资回报率All simulation starts off with validation. As the process matures, the return of investment is greater.所有的仿真都从验证开始。随着仿真的成熟，投资回报就越大仿真成熟度预测越来越多的主机厂开始在产品设计的早期使用仿真来驱动样机的设计通过模拟来取证，或者取证过程中应用模拟方法CAE仿真成熟度模型验证（软件）问题排除（设计）Ultimate Goal: Find best design in shortest ti

5、me最终目标：用最短的时间找到最佳的设计组织的投资回报率All simulation starts off with validation. As the process matures, the return of investment is greater.所有的仿真都从验证开始。随着仿真的成熟，投资回报就越大仿真成熟度预测自动探索利用脚本和自动化来实现模拟流程自动化提高工程师的生产效率使得工程师的宝贵时间聚焦在模拟结果的分析而不是模拟本身CAE仿真成熟度模型验证（软件）问题排除（设计）Ultimate Goal: Find best design in shortest time最终目标

6、：用最短的时间找到最佳的设计组织的投资回报率All simulation starts off with validation. As the process matures, the return of investment is greater.所有的仿真都从验证开始。随着仿真的成熟，投资回报就越大仿真成熟度 预测自动探索优化设计初期采用优化工具，以较低的代价获得更好的设计CAE仿真成熟度模型验证（软件）问题排除（设计）Ultimate Goal: Find best design in shortest time最终目标：用最短的时间找到最佳的设计组织的投资回报率仿真成熟度预测自动探索优

7、化临界转换点（从被动到主动的工程）数字探索物理确认All simulation starts off with validation. As the process matures, the return of investment is greater.所有的仿真都从验证开始。随着仿真的成熟，投资回报就越大CD-adapco得到了超过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+在航空领域的解决方案STAR-CCM+在航空领域的解决方案Aerodynamic Performance/Optimization 空气动力学 性能/优化Stability and Control 稳定性和控制Component Loads 载荷成分Engine Integration 发动机集成Store Release / Stage Separat

10、ion 蓄放/多级分离Aeroelasticity / FSI 气动弹性/FSIAeroacoustics 气动噪声High-Lift Devices 高升力设备Prop Wash / Plume Effects 旋翼/泵效率Polyhedral Mesh 多面体网格 Turbulence Models 湍流模型 Transition Models 转捩模型Tightly-Coupled FSI 松耦合 Mesh Morphing 网格变形 Solution Mapping 结果映射GSI / Solution Driver Overset Mesh 嵌套网格 Mesh Adaptation

11、网格自适应High-Speed Aerodynamics 空气动力学 高速度Fluid-Structure Interaction 流固耦合High-Lift Aerodynamics 空气动力学 高升力STAR-CCM+在航空领域的解决方案Mechanical Systems(APUs, undercowling, etc.) 机械系统（ APUs, undercowling, 等）Avionics / Electronics Systems 航空电子/电子系统Weapons bays 武器吊舱Weapons sensors/seekers 武器传感器/探索者Wheel wells 轮舱Br

12、aking Systems 制动系统Batteries 电池Aeroacoustics 气动噪声Hot Plates / Cold Plates 加热板/冷却板Surface Wrapping 包面 Robust Prism Layers 健壮的边界层 In-plane Conduction 平面传导Conjugate Heat Transfer 共轭传热 Automatic Imprinting 自动压印 Fan Models风扇模型Avionics Cooling 电子设备冷却Engine Thermal Management发动机热管理STAR-CCM+在航空领域的解决方案Human E

13、ffects / Passenger Comfort 人体效应 / 乘客舒适性Ducts / Nozzles / Junctions / Valves 风管 /喷嘴 / 连接 / 阀Heat Exchangers 热交换Other Conjugate Heat Transfer 其他共轭传热Aeroacoustics 气动噪声Water management (potable & waste) 水管理（饮用水和污水）Smoke detection / Fire suppression 烟雾探测 / 火灾STAR-CCM+在航空领域的解决方案Pumps 泵Rocket Motor, Ramjet

14、, & Scramjet 火箭发动机，冲压式喷气发动机，和超音速燃烧冲压喷气发动机Compressors, Fans, Turbines 压缩机，风扇，涡轮Combustion, sprays, chemistry 燃烧，喷雾，化学过程Inlets & nozzles 入口和喷嘴Fuel systems, sloshing, inerting, filling 燃油系统，晃动，惰化，填充Integration Effects 整合效应Automatic Conformal Meshes 自动共型网格 Motion Models运动模型 Harmonic Balance谐波平衡Gas, Part

15、icle, Surface Reactions 气体，粒子，表面反应 Erosion Models 腐蚀模型 Morphing Boundaries 表面变形Cartesian Trim-Cell Meshes 笛卡尔Trim网格 AUSM+ FVS Continuity Convergence Accelerator 连续性收敛加速器Turbomachinery 涡轮机械Supersonic Combustion 超音速燃烧Solid Rocket Motors 固体火箭发动机STAR-CCM+在航空领域的解决方案De/Anti-icing systems 除冰系统Bleed air (pi

16、ccolo tubes) 排气（ piccolo tubes ）Electrothermal 电热Conjugate heat transfer 共轭传热Collection Efficiency 收集效率Ice accretion 积冰防冰 /收集效率Eulerian Multiphase 欧拉多项流 Lagrangian Multiphase 拉格朗日多项流 Liquid Film 液膜飞机设计中常见的挑战：及时的交付产品并控制预算降低工程成本和周转时间运行多个虚拟试验灵活的license配置价格划算的HPC减少无效的/重复的工作扩大应用领域环境问题，防冰，气动噪声，优化，多项流，电池，推

17、力反向器部署，实时动态CFD工具能力，验证，专业应用合作当出问题时会发生什么情况？当地支持和专业知识处理今日和明日的事物流体仿真在中国商飞飞机设计中能扮演的角色Vertical Tail and Aft Body Design垂直位移和尾部设计Wing-Tip Design 翼尖设计APU Inlet and DuctingAPU 进口和管道High-Speed Wing Design高速机翼设计Platform Design 平台设计Avionics Cooling电子冷却Cabin Design 成员舱设计Wing-Body Faring Design机翼表面设计飞发一体化设计ECS In

18、letECS进口进气设计发动机舱热管理分析Air-Data System Location大气数据系统的位置排气系统设计反推装置设计Icing 结冰STAR-CCM+在整个飞机设计过程中使用High-Lift Wing Design高升力机翼设计Cabin Noise 乘员舱噪声Cabin Ventilation 乘员舱通风飞机发动机集成Belly Fairing Design腹部导流罩设计商用飞机环境控制系统应用典型商用飞机空气系统Cockpit VentilationCabin VentilationMixing and RecirculationCompartment Ventilati

19、onSTAR-CCM+ ECS仿真标准Airbus, Gulfstream, Bombardier, Cessna, Alenia Aeronautica,Hawker Beechcraft, Dassault Aviation, Liebherr Aerospace, Saab Aerospace, Raytheon Missile Systems空气动力学部门气动噪声高升力设备防冰除冰系统ECS部门热管理防冰乘员舱舒适性和HVAC 气动噪声燃油系统部门发动机空气吸气和扫气飞机的尾部的小发动机通风燃油管路布置，热传导飞机防火CD-adapco解决方案在特定部门的应用空气动力学部门案例研究Bo

20、mbardier 起落架噪声空气动力学高升力要素飞机防冰Lockheed Martin反推力系统设计优化Bombardier 起落架噪声挑战以最小的影响和开发费用，降低起落架噪声收益改善设计详细的几何模型了解噪声源和频谱通过仿真进行设计降低总体开发成本快速的几何到网格减少风洞时间和成本解决方案表面包面Trim网格使用DES计算气动噪声Used with permission: AIAA 2012-2236空气动力学高升力要素挑战机翼高升力空气动力学计算的高精度要求高昂的风洞试验成本漫长的设计优化周期收益精确的空气动力学的高升力计算结果提升高升力设计能力降低昂贵的风洞试验花费，缩减研发周期解决方

21、案精确计算空气动力学的高升力正确的预测流场和转捩使用转捩模型飞机防冰挑战飞机结冰分析的精度和效率长开发周期和大量的测试成本收益减少仿真成本利用结冰分析工具进行多项分析，提高效率提高热量/结冰/空气动力学耦合精度Droplerian方法改善仿真的稳定性解决方案STAR-CCM+提供专业的结冰分析工具包含：冲击，回流，传热， 多相流和空气动力学发动机反推力系统设计收益 一周内对160个设计方案进行评估；反推力性能参数Cvx比提高了49%； Cd值大于0.8 ；将羽流角度从127提高到 150 (18%)。挑战早期的概念设计代价太大，时间上要超过6个月解决方案 利用设计探索来快速搜索设计空间，确认高

22、性能的概念设计Lockheed Martin空气动力学优化挑战优化滑翔机机翼的空气动力学性能，平衡升力/阻力和最小化最大弯矩包含机翼的扭转，横向稳定性和其他138个几何变量机身：21个变量机翼：44个变量水平尾翼：43个变量垂直尾翼：30个变量5-11 million cells635个评估351个可用284个不可用97结果个设计优于基准收益整个过程在几天内完成复杂的目标函数控制表面和结构的影响与遗传算法相比减少大量的计算时间使用Optimate+可以成功的加入到现在的设计过程中解决方案Optimate+识别351个设计变量环境控制和氧气系统部飞机发动机热管理飞机小翼设计探索ESC仿真飞机发动机热管理挑战上千零部件构成的复杂外部管路系统收益三维雷诺平均的计算从2个月减少到1周解决所有的边界层网格从而改善精度参数化优化仿