ANSYS对航空工业解决方案发表时间：2009-1-25 作者: 安世亚太 来源: 安世亚太关键字: 航空航天 CAE 仿真 解决方案 ANSYS 安世亚太 中国航空工业在CAE应用方面也迈着坚实的步伐，各类 CAE技术在产品设计制造方面发挥着宏大作用，有效解决了本行业的诸多难题，为顺当研制新机型发挥了不行缺少的作用美国ANSYS公司致力于CAE技术的探讨和开展，专注于工程仿真解决方案，供给世界顶级的工程模拟技术，扶植企业优化设计流程，使企业在更短的时间内开发出高质量的产品以下是美国ANSYS公司对航空工业的解决方案,全文分九章ANSYS对航空工业解决方案（一）前言ANSYS对航空工业解决方案（二）航空工业期盼协同仿真环境ANSYS对航空工业解决方案（三）航空发动机仿真方案_1ANSYS对航空工业解决方案（三）航空发动机仿真方案_2ANSYS对航空工业解决方案（四）飞机仿真解决方案ANSYS对航空工业解决方案（五）ANSYS在导弹设计中的应用ANSYS对航空工业解决方案（六）航空气动解决方案 ANSYS对航空工业解决方案（七）航空器电子产品热设计ANSYS对航空工业解决方案（八）航空器电子产品天线及隐身设计解决方案ANSYS对航空工业解决方案（九）航空器电子产品电磁兼容及干扰解决方案第一章 前 言 1航空工业对CAE技术的需求 国际上早在60年头初就开始投入大量的人力和物力开发CAE软件，但真正的通用商品化软件是诞生于70年头初期，而最近10多年则是CAE软件的高速开展阶段。
美国于1998年成立了工程计算机模拟和仿真学会（CMSE: Computer Modeling and Simulation in Engineering），其它国家也成立了类似的学术组织，以推动CAE开发和应用技术的快速开展目前，CAE软件的功能、分析问题的深度和广度、用户界面和前后处理实力、计算精度和计算效率等都获得了大幅度的改进及扩大这使得目前市场上知名的CAE软件在功能、性能、易用性﹑牢靠性以及对运行环境的适应性方面，都能很好地满意用户的当前需求，从而扶植用户真正解决工程实际问题，为科学技术的开展和工程应用做出了不行磨灭的奉献 航空工业可以说是CAE技术开展的摇篮，各种CAE技术正是在以航空工业为主的实际工业应用的推动下在不到半个世纪时间里迅猛开展起来的以ANSYS、LS-DYNA、Nastran、CFX、Fluent等为代表的高端CAE软件早已活泼在全球航空工业中，将“基于物理样机试验的传统设计方法”带入“基于虚拟样机仿真的现代设计方法”大幅缩短产品开发周期，降低本钱，创新产品，带给产品高附加值，进步企业竞争力 在兴盛国家的航空企业里，CAE已经作为产品研发设计及制造流程中不行逾越的一种强迫性的工艺标准加以施行，在消费理论作为必备工具普遍应用。
绝大多数的航空构造零部件设计都必需经过多方面的计算机仿真分析，否则不能通过设计审查，更谈不上试制和投入消费 中国航空工业在CAE应用方面也迈着坚实的步伐，各类 CAE技术在产品设计制造方面发挥着宏大作用，有效解决了本行业的诸多难题，为顺当研制新机型发挥了不行缺少的作用 2航空工业CAE应用 及其他工业行业相比，航空工业对CAE技术具有最全面的需求这些需求包括以构造力学为核心的MCAE（Mechanical Computer Aided Engineering）分析、以计算流体动力学为核心的CFD（Computational Fluid Dynamics）分析、以计算电磁学为核心的CEM（Computational ElectroMagnetics）分析以及构造、热、流体、电磁多场耦合为核心的Multiphysics分析 2.1构造力学（MCAE）分析相关应用 构造力学分析是航空工业CAE分析中最重要的分析类型不管是军机还是民机，强度及寿命问题是关乎生命平安的大事构造力学分析解决的便是强度和寿命问题这两件大事此类分析所涉及的构造在飞机中无所不在，如机身、机翼、起落架、发动机等相关的零部件乃至整机构造。
分析类型通常是： 线性和非线性静强度分析 模态振动分析 乏累寿命计算 复合材料设计和强度计算 鸟撞、迫降等事故状态下的冲击力学计算 乘员平安性分析 制造工艺设计（冲压、焊接、锻造等） 目前活泼于世界航空领域的MCAE软件有：ANSYS Mechanical、LS-DYNA、NASTRAN、MARC、ABAQUS等；2.2计算流体力学（CFD）分析相关应用 气动分析是飞机设计CFD分析中最重要的分析类型，是数字化风洞的核心技术飞机在空气中高速运动，飞行效率的确定由气动分析给出此类分析须要解决稳态和非稳定状态下（扰动气流、低空阵风、机动飞行等）的气动响应，升/阻比气动分析中关切的要点此外，飞机设计中还存在其他流体分析需求： 飞机－发动机匹配特性计算（进气道设计） 导弹放射、副油箱抛撒等对飞机的影响 气动构造载荷和气动温度载荷计算 发动机效率（气动效率和燃烧效率） 舱内空气循环 目前活泼于世界航空领域的CFD软件有： ANSYS CFX、FLUENT、STAR-CD等；2.3计算电磁学（CEM）分析相关应用 CEM分析对于军机设计特殊重要。
现代斗争是电子斗争，雷达及反雷达技术是这种斗争中的关键技术电磁波分析是这些技术探讨的重要手段这种分析包括： 机载天线安装及布局设计 军用飞机雷达散射截面（RCS）计算 机载天线、雷达、电子器件间的电磁兼容和电磁干扰分析 电气设备效率和平安性分析 目前活泼于世界航空领域的CEM软件：ANSYS EMAG、FEKO、ANSOFT、CST MAFIA、EMC2000等2.4 多场耦合（Multiphysics）分析相关应用 各CAE应用领域之间不是相互独立的，在构造、气动、电磁等特性之间，为满意某一方面的需求而对设计进展的修改都会影响到其它方面的性能，因此耦合分析的需求随处可见比方， 在高温环境中工作的发动机部件的热应力分析是典型的热-构造耦合分析 要进展精确的发动机叶片应力分析，必需通过流体分析得到叶片间的流淌产生的压力载荷 要精确进展整机构造力学响应计算，就必需耦合气动分析以获得精确的构造气动载荷 气弹颤振分析是飞机构造和气动计算之间的猛烈耦合 目前活泼于世界航空领域的多场耦合软件是ANSYS Multiphysics.3ANSYS反映现代CAE技术的开展特点 现代CAE技术的旺盛兴盛带来了CAE软件的百家争鸣。
上文指出了活泼在世界航空领域的各类CAE软件这些软件各有特点，但总体来说，他们有一些共同追求的目的，也是现代设计方法对CAE技术提出的需求，同时也用来衡量CAE软件技术先进及否的重要标记 美国ANSYS公司致力于CAE技术的探讨和开展，专注于工程仿真解决方案，供给世界顶级的工程模拟技术，扶植企业优化设计流程，使企业在更短的时间内开发出高质量的产品ANSYS公司连续多年以销售额20%以上的经费投入研发，先进的技术及高质量的产品屡次赢得业界各种荣誉，被世界各工业领域广泛承受，成为ASME、NQA等二十多个专业技术协会所认可的标准分析软件 ANSYS软件作为世界CAE软件中的佼佼者，她所拥有的技术反映着现代CAE技术的开展趋势该软件针对现代设计方法对CAE技术提出的需求，开展出大量其它软件所不具有的特色本文将这些特色以ANSYS软件产品关键词的方式及读者共享 词汇一：协同仿真环境 现代CAE技术的旺盛兴盛为用户带来宽广选择余地的同时也带来了产品仿真的协同需求各种CAE程序单打独斗的时代即将过去，这些程序之间的合作将是今后CAE开展的主要方向如今CAE世界期盼一个可以整合全部CAE技术资源和数据的协同仿真环境。
ANSYS Workbench作为世界唯一一款协同仿真平台，旨在搭建基于网络的仿真工作统一环境，将百家争鸣的仿真技术和纷繁困难的仿真数据完备整合，及仿真相关的人、部门、技术及数据在统一环境中协同工作 协同是现代产品设计流程开展的必定需求时下流行的PDM满意了产品的协同设计需求，Workbench满意了产品协同仿真需求词汇二：多物理场仿真 CAE技术涵盖了计算构造力学、计算流体力学、计算电磁学等诸多学科专业，而象飞机、船舶等大型工业产品的设计对这几个学科专业都有猛烈的耦合场分析需求一般的CAE软件通常都只能解决某个学科的问题，用户须要配置一系列由不同公司开发的、具有不同应用领域的软件组合起来以解决其实际工程问题这不但增加了用户投资，而且许多耦合场问题会由于不同软件间不能有效精确地传递数据而无法真正实现耦合仿真计算能否真正完成全面耦合场分析，已经成为现代CAE软件所追求的目的 ANSYS软件作为融构造、电磁、热、流体分析技术于一身的强大仿真系统，不但拥有为业界认可的强大的单场分析模块，而且由于出自同一家公司的模块，数据传输不存在瓶颈，各场之间的耦合分析实力为精确意料航空工业产品的性能供给保障。
词汇三：双向参数互动 CAE软件必需可以干脆运用CAD生成的模型已经成为业界共识目前，其他CAE软件始终在持续运用“模型数据单向传递”方式为了满意现代并行设计、快速设计的要求，ANSYS引入“双向参数互动”技术 双向参数互动是指：CAD模型传到CAE软件后，CAE软件继承CAD模型的原有参数；CAD修改模型参数之后，CAE软件只需刷新即可得到来自CAD模型的新参数，从而更新模型，但CAE软件中的网格和载荷设置不发生变更，可干脆求解；CAE软件可干脆依据分析结果对设计参数干脆进展必要的修改，或利用优化设计功能得到最优设计参数后，在CAD中只需刷新操作便更新模型 ANSYS运用CAD模型时，是在ANSYS环境中建立CAD模型的“链接”或“影射”，本质上讲是及CAD系统资源共用，运用同一个CAD模型，因此不存在其他CAE软件的CAD接口经常发生的“丢失信息”的现象，而“双向参数互动”在此形式下则成为自然而然的事情词汇四：自动探测装配 现代CAE技术可以对相当大规模的问题进展分析，而且这种分析可以是困难的接触问题（在CAD中称为“装配”）利用仿真手段可以对具有大量零部件的虚拟样机整机进展虚拟试验。
但是由于零部件的装配在CAE中须要进展“接触”分析，而接触分析须要建立接触单元此过程在其他CAE软件中接受手工方式完成，一个虚拟整机的建立所须要的时间令人不行承受因此，CAE软件的自动探测装配关系的实力确定了能否进展虚拟样机性能仿真，是我们真正发挥CAE软件的优势的关键技术之一 ANSYS公司供给的CAD模型“链接”技术，在建立装配模型“链接”的过程中，自动探测装配关系，同时完成“接触”单元的建立，无需人工干预 词汇五：变分优化技术 CAE分析的最终目的是对设计提出满意工作要求的修改意见大多数CAE软件都供给优化设计功能以满意这样的需求程序自动依据分析结果和设计要求、在特定的优化算法的扶植下自动修正设计，经过屡次循环而获得优化的设计结果这种技术称为试验设计（DOE）技术 基于DOE技术的经典优化方法的共同特点是须要对模型进展大量的迭代计算设计自变量越多，须要的迭代次数越多对于飞机或船舶整机这样的大型问题，设计自变量特殊之多，这种经典优化设计方法由于须要大量迭代，其实就已经失去了。