LMS航空发动机虚拟试验解决方案
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航空发动机自主研制的加速器虚拟仿真技术资料什么是虚拟仿真?虚拟仿真旨在提供一个强有力的数字建模与仿真环境,使产品的规划、设计、制造、装配、试验、维护等均可以通过计算机实现,为产品全生命周期的各个阶段提供支持,帮助企业能够在设计阶段就对产品制造的全过程进行虚拟集成,预测、评价产品性能和制造可行性,达到产品开发周期与成本最小化、产品设计质量最优化以及生产效率最大化。
虚拟现实技术的发展与融入,为数字化仿真补充完善了人机工程学分析、沉浸式交互操作等关键技术;物联网、云计算、高性能计算机的发展,为虚拟样机可行性、可信度分析验证和远程异地协同提供了有力支撑。
为什么航空领域对虚拟仿真如此关注?先看个例子波音777整机设计、部件测试、整机装配以及各种适航标准环境下的试飞,均得益于虚拟仿真相关技术的应用,其开发周期从过去的8年缩短到5年,波音787进一步实现了全球协同虚拟制造。
更重要的是,虚拟制造极大地促进了波音公司飞机设计能力的提升。
·虚拟样机替代物理样机,使设计方案修改更加便捷、灵活。
·在产品研制过程中,虚拟样机实现了整机规模的评审、跨系统干涉检查,改变了传统的交流模式,提高了不同学科、不同部门、不同供应商之间的协同设计、评审的效率。
·变“后实物验证”为“先虚拟体验”,避免将设计缺陷带入后续研制阶段,大大减少反复更改活动,使设计一次成功成为现实,有效地降低了成本、缩短了研制周期。
虚拟仿真为航空发动机研制加速我们来看看航空发动机研制的周期和成本问题:01、客观周期长每一代发动机都要一步一个脚印,走过论证、设计、仿真、样机、定型、批产、使用、维护等多个阶段,这是航空发动机产品自主研制的客观规律。
02、过程反复多产品设计中的许多装配、性能问题往往要到样机制作才能暴露出来。
传统模式下,人们被迫通过物理样机的反复试制来优化设计方案,每一次“反复”消耗的都是“真材实料”,不仅面临时间和成本的严峻考验,还给设计方案的最优化带来了重重阻力。
航空发动机维修虚拟训练系统
航空发动机价格昂贵、系统复杂,维修时面临部件多、维护步骤复杂等诸多问题,而且受制于价格、购买许可等因素,航空发动机的维修培训缺少实装件。
本项目开发的航空发动机维修虚拟训练系统旨在解决上述问题。
本项目涵盖四大功能模块:基于3D漫游技术的发动机基本结构和工作原理教学模块,该模块将三维模型与IETM数据库有机结合,可以实现基于装配关系或功能系统的两种漫游模式;基于混合现实技术的发动机拆装程序训练模块,该模块将简易、低成本的物理模型与纹理渲染模型运用混合现实技术进行整合,呈现给学员更具沉浸感、触觉感、视觉感和空间感的维修训练场景;基于虚拟仿真技术的发动机试车仿真模块,该模块建立完善的发动机动力学仿真模型和装配结果的完整数据描述,以装配结果驱动发动机试车仿真模型,输出发动机试车的转速、温度、噪声等仿真结果,一方面,对拆装结果进行定量评价,另一方面,逆向评估装配要素的敏感性,指导拆装训练过程;基于云服务的个人训练客户端模块,该模块主要应用于用户自我学习场景,以云端仿真模型和数据为基础,设置训练任务场景,增强用户训练的趣味性,激发其主动性。
航空发动机维修虚拟训练系统,按照循序渐进,从理论到实操,从课堂到课下的综合训练模式,可以有效地提升培训效率。
同时,其基于虚拟现实和混合现实技术,显著降低了发动机维修训练的经济成本,提高了其安全性。
在当前中国民用航空大发展的背景下,该项目具有良好的市场前景和重要的工程应用价值。
航空发动机仿真模拟手册航空发动机作为飞机的“心脏”,其性能和可靠性直接影响着飞行的安全与效率。
为了更好地设计、研发和优化航空发动机,仿真模拟技术发挥着至关重要的作用。
这本手册将带您走进航空发动机仿真模拟的世界,为您详细介绍相关的知识和技术。
一、航空发动机仿真模拟的重要性在航空领域,对发动机进行实际的物理测试和实验往往成本高昂、时间漫长,而且具有一定的风险性。
而仿真模拟技术则提供了一种高效、经济且安全的替代方案。
通过建立数学模型和物理模型,我们可以在计算机上对发动机的工作过程进行模拟,预测其性能、分析潜在的问题,并为设计改进提供有力的支持。
例如,在发动机的研发阶段,仿真模拟可以帮助工程师在设计方案尚未实际制造之前,就对其性能进行评估,从而避免了不必要的制造和测试成本。
同时,对于已经投入使用的发动机,仿真模拟可以用于故障诊断和预测维护需求,提高发动机的可靠性和可用性。
二、航空发动机仿真模拟的基本原理航空发动机的仿真模拟基于一系列的物理和数学原理。
首先,需要对发动机的各个部件,如压气机、燃烧室、涡轮等,建立精确的数学模型。
这些模型通常基于流体力学、热力学、燃烧学等学科的理论。
例如,对于压气机的模拟,需要考虑气体的流动、压缩过程以及能量转换。
通过求解相应的流体力学方程,如纳维斯托克斯方程,结合边界条件和初始条件,可以得到压气机内部的流场分布和性能参数。
在建立部件模型的基础上,还需要将它们组合成一个完整的发动机系统模型。
这通常涉及到系统的耦合和协调,以确保各个部件之间的工作相互匹配。
三、仿真模拟的流程和方法(一)模型建立1、收集发动机的设计参数和性能数据,包括几何尺寸、材料特性、工作条件等。
2、选择合适的建模软件和工具,如 ANSYS、CFD 软件等。
3、建立各个部件的几何模型,并进行网格划分,以准备进行数值计算。
(二)边界条件和初始条件设定1、确定发动机的进口和出口条件,如进气温度、压力、流量等。
2、设定初始的工作状态,如转速、功率等。
虚拟仿真技术在航空发动机研发中的应用第一章虚拟仿真技术在航空发动机研发中的重要性虚拟仿真技术是一种以计算机技术为基础的模拟仿真方法,通过构建数字模型来模拟和预测物理系统的行为。
在航空发动机研发中,虚拟仿真技术具有重要的应用价值。
首先,虚拟仿真技术可以实现对航空发动机的整个生命周期进行全面细致的分析和优化,从设计阶段到制造、试验和运行阶段都可以使用虚拟仿真技术进行模拟。
其次,虚拟仿真技术可以大幅度缩短航空发动机研发周期和成本,提高研发效率和品质。
最后,虚拟仿真技术还可以降低研发过程中的风险,减少试验和测试的需求,提高安全性和可靠性。
第二章虚拟仿真技术在航空发动机设计中的应用虚拟仿真技术在航空发动机设计中发挥着重要作用。
首先,虚拟仿真技术可以对不同设计方案进行比较和评估,以确定最佳设计方案。
通过建立准确的数学模型和物理模型,可以模拟和预测航空发动机的性能指标,如燃烧效率、推力、燃料消耗和噪音等。
其次,虚拟仿真技术可以进行流动场和热场的分析和优化,以提高航空发动机的热效率和气动性能。
最后,虚拟仿真技术还可以进行结构分析和振动分析,优化航空发动机的结构设计,提高强度和寿命。
第三章虚拟仿真技术在航空发动机制造中的应用虚拟仿真技术在航空发动机制造中也具有重要应用。
首先,虚拟仿真技术可以实现数字化制造,提高制造过程的精度和效率。
通过虚拟仿真技术,可以对航空发动机的零部件进行数字建模和装配仿真,评估装配工艺和质量控制措施的合理性和有效性。
其次,虚拟仿真技术可以进行工艺优化,提高生产线的效率和自动化水平。
最后,虚拟仿真技术还可以进行制造仿真,分析制造过程中的各种不确定因素和制造误差对航空发动机性能的影响。
第四章虚拟仿真技术在航空发动机试验中的应用虚拟仿真技术在航空发动机试验中也能够发挥重要的作用。
首先,虚拟仿真技术可以辅助设计试验方案,减少实验次数和成本。
通过建立精确的数值模型,可以对试验方案进行仿真计算,预测试验结果,优化试验参数,提高试验效率和准确度。
起落装置虚拟试验及缓冲性能优化李晓霏许锋南京航空航天大学,南京,210000摘要:以某直升机起落架为例,基于LMS Virtual. Lab Motion和LMS Imagine. Lab AMESim建立起落架虚拟试验联合仿真平台,简化仿真步骤,实现快速、准确的起落架虚拟试验。
首先在VL Motion中建立参数化起落架虚拟试验模型,包括落震模型和摆振模型;再利用AMESim建立多种缓冲器模型,并通过两款软件实现联合仿真。
基于iSIGHT优化平台集成虚拟试验平台,以油针截面为设计变量,优化起落架缓冲性能,在降低缓冲器最大轴向力的同时,显著提高缓冲器效率。
关键词:虚拟试验; LMS;联合仿真;性能优化中图分类编号:V226Research on the virtual experiment and optimization of landing gearLi Xiaofei Xu FengNanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing,210000 Abstract: Based on LMS Virtual. Lab Motion and LMS Imagine. Lab AMESim, a virtual experiment platform was built to provide a fast and simple way to carry out the simulation of landing gear dropping and shimmy. First, it built the dynamical model of virtual experiment including both dropping and shimmy of landing gear by using VL Motion. Then the buffer model was built applying the AMESim. Based on the method of combined simulation of these two software, it analyzed both dropping and shimmy performance of landing gear. Based on optimization platform iSIGHT, the pin section radius is choosedto be the design variable to optimize the performance of dropping. While reduced the maximum force, it increased the efficiency of the buffer.Key words: virtual experiment; LMS; combined simulation; optimization0 引言起落架用于飞机的起降滑跑、机场滑行和在着陆及在地面是减缓撞击。
LMS b Acoustics发动机与车内振动噪声仿真分析技术方案LMS国际公司北京代表处致:潍柴动力股份有限公司对于发动机制造商来说,如何准确的预测发动机的辐射噪声,一直以来都是一个非常关键的技术问题。
如果具备了噪声预测技术,就可以有效地降低发动机开发的成本,缩短开发周期,并且可以有效的保证发动机的辐射噪声水平。
发动机辐射噪声很长时间以来都是LMS关注的一个焦点。
LMS已开发了很多专用技术,比如网格粗糙化和声学传递向量(A TVs),改进了分析结果的品质,并且加快了分析过程。
LMS b 数字发动机声学的激励力可以用LMS b Motion 进行多体动力学仿真分析得到,也可以从外部程序的仿真计算得出,还能从试验测量数据中获取。
利用多体动力学载荷数据和结构模型,可以对多工况下的结构表面振动进行评估,进而预测结构的辐射噪声。
发动机结构辐射噪声预测的整个过程被模块化地分为几个阶段,在每个阶段里客户都可以对发动机的设计进行评估或改进,从而有效的控制发动机的辐射噪声水平。
结合贵单位的技术需求,我们提供一套“发动机声学仿真分析技术方案”,请您们审阅。
目录1.前言 (4)2.方案综述 (4)2.1.LMS声学解决方案概述 (4)2.2.LMS发动机噪声解决方案的独特性 (5)3.系统功能与组成 (6)3.1.耦合声学边界元Coupled Harmonic BEM (7)3.2.声学有限元Harmonic Acoustic FEM (8)3.3.耦合声学有限元Coupled Harmonic FEM ..................................... 错误!未定义书签。
3.4.声学无限元Acoustic I-FEM........................................................... 错误!未定义书签。
3.5.传递损失Transmission Loss ........................................................... 错误!未定义书签。
CAD/CAM与制造业信息化・www.icad.com.cn
功能。
求解器不包括在该平台中,但输入文件/结果文件可以导入/导出求解器。
LMS b多体前后处理适用于对前后处理的需要超过对求解器资源的需要的部门。
利用动画显示功能可以看到柔性体中零件的变形、进行动力学运动过中所有载荷结果(包括内部、外部的力/
力矩以及零件的内应力等),都能进行
图表显示。
为方便分析者工作,还提供
了悬架和汽车的专用后处理器及其他用
户自定义模板的画图功能。
高级用户界
面支持VB日志及脚本,可以让用户将精
力集中在工作的设计分析和优化部分,
53 CAD/CAM与制造业信息化·2008年第12期
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图4
图5
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五、总结
LMS b Motion很好地为现今多体动力学仿真中所面对的问题(如刚柔混合问题、参数化/流程化设计、多学科系统级仿真以及如何利用试验数据进行仿真模型验证)提供了专业的解决方案。
特别是利用试验数据验证
有限元模型、与复杂机电/液压控制设计
图7
图8
系统的融合以及多学科系统级仿真,更是满足了更真实、更系统、更精准的现实需求,代表了多体动力学仿真技术的发展趋势。
CAD/CAM与制造业信息化・www.icad.com.cn。
旗开得胜
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1 解决方案摘要 1
2 LMS航空发动机虚拟试验解决方案 9
2.1 发动机燃油及其控制系统性能虚拟试验 9
2.2 发动机引气及相关气体循环系统性能虚拟试验 16
2.3 发动机润滑系统性能虚拟试验 19
2.4 发动机转子动力学性能虚拟试验 23
2.5 发动机调节机构性能虚拟试验 30
2.6 发动机疲劳耐久性虚拟试验 32
2.7 发动机振动与噪声虚拟试验 35
2.8 虚拟试验与物理试验的结合 41
3 LMS航空发动机虚拟试验软件配置方案 45
旗开得胜
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1 解决方案摘要
航空发动机是航空器最关键的组成部分,是航空器飞行的动力,也是整个
航空工业发展的推动力,航空发动机的研制水准对航空器的性能和整个航空工业
的发展水平有着决定性的影响。
航空发动机具有高温、高压、高速的工作特点,在航空发动机中流体、燃
烧、热、电磁、机械、噪声等多物理现象和物理场耦合,同时由于航空发动机具
有极高的可靠性要求和堪称工业界最为复杂的组成结构,使航空发动机的研发和
制造的难度极大。在过去相当长的一段时间,航空发动机的设计主要是依赖于各
种物理试验,使得航空发动机的研制周期长、耗资多、风险高。20世纪90年代
以来,由于信息技术特别是计算机辅助工程仿真技术(CAE)的发展以及大量试
验数据的积累,在西方航空发达国家引发了一场设计技术的革命,初步实现了从
传统设计向依靠计算机数学模型进行虚拟现实仿真并进行“预测设计”和优化的
转变,从而大大减少了试验工作量,提高了设计的成功率,既节约了经费,又缩
短了研制周期。虚拟仿真技术的成功应用,使航空发动机的研制周期从过去的
10~15年缩短到6~8年甚至4~5年,试验机也从过去的40~50台减少到
10台左右。
作为全球工程试验和虚拟仿真技术的翘楚,LMS国际公司一直致力于为航
空发动机工业提供最先进的产品开发技术,包括物理试验技术和虚拟试验技术。
随着虚拟仿真技术在航空发动机开发过程中广泛深入的引用,为满足航空发动机
制造商对于虚拟仿真技术越来越高的需求,LMS公司不断整合其仿真分析软件
产品和世界范围内的技术资源,并通过与航空发动机厂商的紧密合作,推出了全
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新的“航空发动机虚拟试验”平台。该平台的推出,旨在为航空发动机制造商提
供最完整的发动机研发虚拟仿真环境,基于此虚拟仿真环境,可以在发动机研发
过程中对主要性能关注点进行“虚拟试验”,从而在实际产品制造之前就能够预
测性能、优化设计,达到降低试验经费、缩短研发周期、提高设计成功率的作用。
LMS公司的主要仿真分析软件平台包括适用于整体方案设计和系统级性
能分析的多领域系统仿真系统Imagine.Lab AMESim,以及适用于动力学、振
动噪声和疲劳耐久性等详细性能分析的三维多学科仿真系统Virtual.Lab。LMS
公司的航空发动机虚拟试验平台即通过这两大仿真分析系统的整合和集成而成。
基于LMS公司航空行业的标准仿真平台Virtual.Lab和Imagine.Lab
AMESim,LMS公司的航空发动机虚拟试验系统为发动机制造商提供了广泛的
“虚拟试验”能力,包括发动机引气系统性能试验、燃油调节系统性能试验、发
动机振动与噪声特性试验、结构疲劳耐久性试验,等等。
▪ 发动机燃油及其控制系统性能虚拟试验
Imagine.Lab AMESim基于动态建模方法建立物理元件的数学模型,提供
了面向众多学科领域的专业应用库,包括控制、流体、电磁、热、机械等。基于
这些专业应用库和物理元件,可以组合形成航空发动机的系统模型并通过虚拟试
验预测系统性能。
基于Imagine.Lab AMESim热与流体相关专业库所提供的元件,AMESim
航空发动机装置解决方案为燃油系统(计量单元、泵、喷嘴、起动机及换热器等)
及其控制系统、滑油系统的设计和虚拟试验提供支持,同样也适用于发动机控制
系统的设计和优化。该方案帮助工程师设计航空发动机燃油及其控制系统,进行
燃油系统的热负荷分析,精确地预测在瞬态压力和温度变化条件下燃油系统的动
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态特性、分析压力脉动和部件稳定性与可靠性、分析系统整体效率和整体可靠性,
以提高燃油系统的可靠性。
▪ 发动机引气及相关气体循环系统性能虚拟试验
发动机引气系统为飞机气源系统提供压力和温度调节的压缩空气,供给气
源用户系统,包括发动机起动系统、空调和增压系统、发动机进口整流罩防冰系
统、机翼热防冰系统和水箱增压系统、大气总温探头加热、液压油箱增压系统等。
在通常情况下,发动机引气系统增加了燃油消耗,并降低发动机性能。
通过Imagine.Lab AMESim气动库和热气动库,可以建立航空发动机引
气系统模型,对发动机引气管理系统进行方案设计分析和优化、失效模式与故障
分析、发动机与引气系统需求匹配、发动机工作循环中的引气系统气体消耗分析、
发动机起动循环分析等。
▪ 发动机润滑系统性能虚拟试验
航空发动机润滑系统用于对发动机在运行过程中提供润滑,航空发动机润
滑系统属于高速高温低压流体循环系统,高速低压流体对整个循环回路的管网及
相应的液阻非常敏感,通过仿真分析和虚拟试验的最主要目的是分析低压高速流
体流经润滑系统各环节时的流速变化、温度变化和压力分布,因此,精确的计算
整个流体管网各处的局部压力损失和液阻以及热交换就尤为重要。通过
Imagine.Lab AMESim的液压库、液阻库和热液压库结合可以方便地建立航空
发动机滑油系统模型,全面考虑润滑系统分析中的各个重要因素,预测润滑系统
中的压力和流动分布、温度瞬变、工作循环、冷起动等,并分析不同种类润滑油
属性的影响,从而提高润滑系统的整体性能。
▪ 发动机转子动力学性能虚拟试验