3DEXPERIENCE 플랫폼을 기반으로 한 안전하고 조용하며 효율적인 eVTOL 항공기 설계

세계의 도시화 인구가 계속 증가하고 있는 가운데 향후 몇 년 동안 교통 혼잡이 점점 더 큰 문제로 떠오를 것입니다. 도시 항공 모빌리티는 미래 교통의 핵심 요소로 자리 잡을 것으로 기대됩니다. 탄소 배출량이 적은 안전하고 조용한 전기 수직 이착륙(eVTOL) 차량은 이 문제에 대해 효율적이고 환경 친화적인 해결책을 제시합니다.

여러 기업이 다양한 솔루션을 개발하기 시작했습니다. 첫 번째 제품이 출시되고 인증 절차가 개선됨에 따라 이 분야의 상업적 기회가 실현되기 시작했으며, 광범위한 도입을 위한 경쟁은 도시 항공 모빌리티의 새로운 시대를 열 것입니다.

eVTOL 시장은 요구 사항에서 아키텍처 및 개념 평가, 시스템 모델링, 엔지니어링, 테스트 및 인증에 이르기까지 모든 엔지니어링 단계에서 상당한 어려움이 있습니다. 각 제품의 목표 시장에 따라 이러한 이정표의 범위는 다양할 수 있습니다. 그러나 시장에 새로운 제품을 먼저 출시해야 하는 경쟁이 있습니다.

다쏘시스템은 40년 이상의 항공우주 기술 경험을 바탕으로 eVTOL 제조업체를 요구 사항의 모든 원천을 수집하는 것부터 인증을 위한 검증과 확인까지 지원하는 전문화된 솔루션을 제공합니다. 이러한 eVTOL 설계 및 시뮬레이션 솔루션은 단일 환경인 3DEXPERIENCE 플랫폼에서 비즈니스 운영의 모든 측면을 포착합니다.

다음 섹션에서는 다음 내용을 다룹니다.

MODSIM 접근 방식이 CAD를 시뮬레이션과 병합하여 예비 설계 단계에서 보다 나은 의사결정을 내리는 데 도움이 되는 방법
SIMULIA Fluids solver가 공기역학 및 공력음향 특성을 설계, 평가 및 최적화하는 도구를 제공하는 방법
화학 모델링, 배터리 셀 엔지니어링, 모듈 및 팩 엔지니어링을 위한 다양한 솔루션을 핵심적인 배터리 기술 개발에 활용하는 방법
마지막으로, 특정 인증 시나리오를 시뮬레이션할 수 있는 방법 및 시뮬레이션을 통해 테스트를 대체할 수 있는 방법 구조 및 전자기 기능은 실제 환경에서의 작동 가능성과 인증 타당성을 확보하기 위해 조류 충돌 및 낙뢰 시나리오에 대한 모델 검증에 활용됩니다.

eVTOL의 개념 설계 및 최적화

eVTOL 제조업체는 이러한 신흥 산업에서 앞서가기 위해 설계 프로세스를 간소화하고 가속화하기 위한 새로운 도구와 방법을 필요로 합니다. 중요한 측면은 팀이 협업하고, 설계 대안을 신속하게 탐색하고, 개발 초기 단계에서 실현 가능성을 검증할 수 있도록 하는 이러한 엔지니어링 도구의 효율성과 연결성입니다. 3DEXPERIENCE 플랫폼은 고급 파라메트릭 CAD 기능, 융합 모델링 및 시뮬레이션, 선도적인 최적화 기술을 갖춘 예비 설계 엔지니어를 지원하며, 이 모든 것들이 사용 간편한 단일 환경에 긴밀하게 통합됩니다.

도심 항공 모빌리티를 위한 컨셉 사이징 최적화
기체 구조의 개념 설계 및 평가

도심 항공 모빌리티를 위한 컨셉 사이징 최적화

도심 항공 모빌리티를 위한 컨셉 사이징 최적화 프레젠테이션은 3DEXPERIENCE 플랫폼을 활용한 eVTOL 설계에 대한 새로운 개념 사이징 최적화 워크플로를 소개합니다. 이 프로세스에는 파라메트릭 설계를 작성하고 동일한 인터페이스 내에서 다중 물리 시뮬레이션을 수행하는 과정이 포함됩니다. 파라메트릭 최적화와 비파라메트릭 최적화를 결합하면 가장 가벼우면서도 구조적으로 실현 가능한 설계가 결정됩니다.

도심 항공 모빌리티를 위한 컨셉 사이징 최적화

eVTOL 공기역학 및 추진체

대부분의 eVTOL 개념은 분산된 전기 추진 장치에 의존합니다. 다중 모터는 중복성을 줄이고, 안전 기능을 개선하며, 유지보수 요구 사항을 줄여줍니다. 추진 시스템을 양력 발생 표면 위에 전략적으로 배치하면, 복잡한 공기역학적 흐름 특성을 활용하여 양력을 증가시키고 항력을 감소시킬 수 있습니다. 일반적으로 로터 수가 많을수록 로터 끝부분의 속도와 원반 하중이 낮아져 소음 발생도 줄어듭니다. 이러한 분산형 추진체 패러다임에서 SIMULIA PowerFLOW는 핵심적인 역할을 수행하여 설계 초기 단계에서 전체 기체의 다양한 비행 및 작동 조건을 분석하여 업계 최고의 솔루션인 Winning Concept을 구현합니다.

회전익 공기역학 및 공력음향 예측

공기역학적 특성을 개선하는 동시에 발생하는 소음을 최소화하는 방법은 무엇입니까? 비행 경로와 지역 사회에 발생하는 소음 사이의 관계는 무엇입니까? 로터 소음 발생의 기본 메커니즘은 무엇이며, 이를 어떻게 해결하여 공기음향 성능을 향상시킬 수 있습니까?

라티스 볼츠만(Lattice Boltzmann) 기반 솔버 SIMULIA PowerFLOW를 사용하여 이러한 주제를 연구하고 관련 질문에 대한 인사이트를 제공하는 Delft University의 논문을 읽어 보세요.

회전익 공기역학 및 공력음향

eVTOL 소음 분석

eVTOL이 널리 사용되려면 소음의 영향 범위가 도시의 배경 소음과 조화를 이룰 필요가 있는데, 이는 항공기 기준으로는 상당히 낮은 수준입니다. 따라서 설계 단계에서는 초기에 소음 발생 및 지역 사회 소음 수준을 고려해야 합니다. 광대역 소음과 톤 소음 모두 고려되어야 하며, 여러 소음 발생 메커니즘을 검토해야 합니다. eVTOL 비행 전환의 특성상 블레이드 끝의 소용돌이 발생으로 인한 소음을 최소화하는 데도 어려움이 있습니다. SIMULIA PowerFLOW를 사용하면 과도 유동 시뮬레이션을 통해 이러한 모든 현상을 초기 설계 단계까지 예측할 수 있습니다.

도심 항공 운영을 위한 음향 분석
유체 흐름 제한이 UAV 로터 소음에 미치는 영향

도심 항공 운영을 위한 음향 분석

도심 운항을 위한 eVTOL 항공기를 개발하고 인증하려면 저소음 이착륙 절차와 최적의 수직 이착륙 비행장 위치, 그리고 비행 경로를 파악해야 합니다.

도시 항공 운송 차량의 커뮤니티 소음에 대한 연구는 eVTOL 비행 경로의 음향 영향을 평가하기 위한 계산 워크플로를 개발하기 위해 수행되었습니다. 고성능 유동 시뮬레이션 결과는 원거리 소음 계산과 결합되어 후보 비행 경로를 도출합니다. 이를 통해 지면에서 인지되는 소음이 여러 가지 작동 변수에 맞게 최적화됩니다.

심층적인 개념 증명(Proof-of-concept) 연구인 LB/VLES 방법을 사용하는 도심 항공 운영의 공력음향 해석은 인구 밀집도가 높은 도시 지역에서 운용되는 비행체에 대한 수치 평가 방법의 타당성을 보여줍니다. 건물 존재로 인한 음향 산란 효과를 분석합니다.

도심 항공 운송 차량의 지역사회 소음

LB/VLES 방법을 사용하는 도심 항공 운영의 공기음향학적 해석

eVTOL 배터리 시뮬레이션

eVTOL 부문에서는 전기 엔진을 추진력으로 사용하는 대부분의 프로그램에서 전기 전력 저장소가 핵심 기술로 간주됩니다. 배터리는 eVTOL 차량에 가장 많이 사용되는 전력 공급원입니다. 배터리의 주요 과제는 수직 비행을 지원하고 항공기 범위를 늘리기 위해 우수한 특정 전력 밀도를 달성하는 것입니다. 배터리 최적화, 열 관리, 안전성, 신뢰성, 노화, 그리고 모든 규모와 물리적 특성 전반의 배터리 동작은 eVTOL 제조업체들이 끊임없이 고민하는 엔지니어링 과제입니다. 다쏘시스템은 시스템 및 물리 시뮬레이션의 분석 및 시뮬레이션을 위한 솔루션을 제공합니다. 배터리 시뮬레이션은 확산, 전기, 화학, 기계 및 열적 동작에 대한 통찰력을 제공합니다. 시뮬레이션은 분자 수준부터 개별 셀, 팩, 모듈에 이르는 모든 규모를 고려하여 비행체 수준에서 최상의 시스템 성능과 안전성을 확보할 수 있습니다.

eVTOL 안전 시뮬레이션

안전은 도심 항공 모빌리티에 있어 가장 중요한 요소이며, 승객과 지역 사회의 안전이 반드시 보장되어야 합니다. eVTOL 비행체는 분산형 전기 추진, 플라이 바이 와이어(fly-by-wire), 배터리, 탄소 섬유 등 새로운 기술을 활용합니다. 이러한 새로운 기술은 단일 구성 요소 수준에서 전체 시스템으로 이해해야 합니다. 전략적 시나리오 'Abaqus/Explicit을 활용한 조류 충돌 시뮬레이션 전략', '낙뢰 및 EMP로부터 건물 보호: 전자기 시뮬레이션 활용', 비상 착륙, 도시 상공에서의 난기류, 원통형 배터리에서의 열 폭주, 전력 중단 및 결빙 조건 등은 시뮬레이션을 통해 완화될 수 있습니다. 3DEXPERIENCE 플랫폼을 사용하면 분석을 통해 일부 비용이 많이 드는 테스트를 대체할 수 있어 프로세스 속도를 높일 수 있습니다.

eVTOL 안전 시뮬레이션 문서

지금 바로 시작하기

eVTOL 설계 및 시뮬레이션의 세계가 변화하고 있습니다. SIMULIA를 통해 한발 앞서 나가는 방법을 알아보세요.