空気力学に数値流体力学(CFD)を使うのはなぜですか?

CFD シミュレーションを使えば、物理的な試作品を風洞で試験しなくても、自動車や飛行機といった物体の空気力学的挙動が明らかになります。空気の流れを 3D で視覚化し、KPI を瞬時に計算できます。設計変更の影響も簡単に計算でき、開発工程の短縮や、抗力を最小限に抑えるような設計の最適化に役立ちます。

空気力学に最適なソフトウェアはどれですか?

SIMULIA ポートフォリオでは、車両や航空機の空気力学的な流れのシミュレーションに最適なのは PowerFLOW ソリューションです。PowerFLOW は CFD シミュレーションに格子ボルツマン法(LBM)を使い、さまざまな流動様式、さまざまなマッハ数(亜音速から超音速まで)で、物体周囲の空気の流れを計算します。

空力シミュレーション | SIMULIA - ダッソー・システムズ

空力シミュレーションとは

空力設計は開発の初期段階から始まりますが、大型構造物からほんの小さなディテールまで、工程を通して変化するあらゆるものの影響を受けます。設計にシミュレーションを組み入れることで、エンジニアは風洞試験にコストをかけずに製品の性能を最適化し、潜在的な問題を解決できます。

空力シミュレーションで解決できる産業課題

空気力学は、さまざまな産業において大きな関心事となっています。この分野のパイオニアは自動車産業です。車両の周りの空気の流れを把握することで、抗力を減らし、低燃費で高速に走る車を開発してきました。言うまでもなく、航空宇宙産業も空力の把握は不可欠です。特に、燃料コストが高額で排出規制が厳格化する昨今においては、わずかでも抗力を減らすことに大きな価値があります。固定された構造物も、風荷重を減らしたり通気性を良くしたりできる空力設計にはメリットがあります。

シミュレーションで風洞試験を補い、物理的な試作品をバーチャル・ツインに置き換えることで、コストを削減できます。また、試験を受けるとなると製品を物理的に用意するために数週間かかりますが、シミュレーションに置き換えれば一日で済むため、時間も大幅に節約できます。設計の再初期段階で空力性能を解析できるということは、工程の途中で問題を修正するのにかかる時間とコストを削減できるということです。性能向上や競争力強化につながる新たな概念を実験しできるシミュレーションは、イノベーションを促進します。

空力設計＆シミュレーション・ソリューション

ダッソー・システムズの SIMULIA ブランドは、強力な流体シミュレーション・ポートフォリオを通して、次のような空気力学の幅広いシナリオや課題に対応します。

空力効率化と抗力低減
高揚力システムと飛行力学
車両操作
付着物(泥、雨、雪など)の管理
パネルの変形
風荷重

SIMULIA 空力シミュレーション・ツールは、格子ボルツマン法に基づく高性能の数値流体力学(CFD)シミュレーション・テクノロジーを用いて、大型構造物周辺の空気の流れ(乱流を含む)を正確にシミュレートします。雨や付着物の影響を解析するため、空気とその他の流体(水や泥など)の間の相互作用をシミュレートできます。空力研究の中では、路面や他の車両、環境に加えて稼働部品も考慮に入れることができます。

また、空力ソリューションを空力音響解析や、構造・運動シミュレーションツール、さらにはモデリングツールと接続することで、MODSIM（モデリングとシミュレーション）の統合的なワークフローを構築できます。

空力効率
高揚力システムと飛行力学
車両操作
ソイリング

空力効率

車両の空力設計は、風の抵抗を抑えたりエンジン・ルームの空気の流れを最適化したりできるため、燃料効率に重大な影響を与えます。シミュレーションは航空機や自動車の空力に関する洞察をもたらすとともに、風洞試験では見られない現実世界の問題を明らかにします。シミュレーションで、コストを削減し、最終設計を改善できます。

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POWERFLOW FOR AERODYNAMIC EFFICIENCY

The challenge faced by vehicle manufacturers in each design stage is the urgent need for information about how to improve the design. Aerodynamic information can be costly and difficult to obtain, traditionally involving building a detailed model or prototype of the vehicle and testing it in a wind tunnel. Design iterations at this late stage of product development are time-consuming and costly because it is difficult to make large-scale changes to a model, or to change any surface features of a fully detailed prototype during a wind tunnel test. Prototype testing for aerodynamics is a major contributor to vehicle development costs and design cycle time.

Solution Briefs

高揚力システムと飛行力学

翼や回転機械を設計するときは、性能、最大揚力、重量、コスト、騒音など、さまざまなトレードオフを考慮しなければなりません。シミュレーションを通して高揚力の表面設計を最適化することで、風洞試験では数ヵ月かかる工程を一日で済ませて結果を得ることができます。シミュレーションでは、マッハ数により異なる適切な流れの様子をすべて考慮に入れることができます。

POWERFLOW FOR HIGH-LIFT AERODYNAMICS SIMULATION

The development of high-lift systems is a major step in the design of modern aircraft and has a strong influence on the overall aircraft performance and cost. Many trade-offs must be considered, including performance, maximum lift, weight, cost, and noise. Today, the design and test of high-lift systems still requires many months of wind tunnel tests. Wind tunnel tests are costly and generally do not fully represent real flight conditions accurately — installation effects can influence the results, small-scale models cannot fully resolve all geometric details, and flight Reynolds and Mach numbers cannot be reproduced easily.

Solution Briefs

POWERFLOW FOR LOAD SIMULATION

Finding the right trade-off between drag and weight is a key challenge in wing design. A thinner transonic wing has lower drag but will also be much heavier, which adversely affects the airplane performance. And as any passenger can see through an airplane window, the wing will deform under aerodynamic loads.

Solution Briefs

POWERFLOW FOR PANEL DEFORMATION

To maximize fuel efficiency and performance, vehicles are designed with minimum weight, which can reduce the cost of parts and directly reduces the engine power required for vehicle acceleration. However, the reduction of material from structural parts and body panels leads to reduced stiffness and increases the susceptibility of the parts to vibration, which might transmit noise to the vehicle interior.

Solution Briefs

さあ、始めましょう

空力シミュレーションの世界は、テクノロジーの進歩、革新的な方法論、発展を続ける産業需要によって変わりつつあります。SIMULIA で一歩先を行きましょう。今すぐご確認ください。

Vehicle Aerodynamics for Improved Performance, Efficiency & Certification | Dassault Systèmes

This e-seminar will explain how SIMULIA simulation solutions can be used to accelerate innovation and reduce the risk involved in developing new vehicle designs.

E-seminar

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