携手 3DEXPERIENCE 平台,打造安全、安静、高效的 eVTOL 飞行器

随着全球城市化人口的持续激增,交通拥堵这一迫在眉睫的难题在未来几年将变得越来越突出。城市空中交通有望成为未来交通运输领域不可或缺的一部分。集低排放、高安全、超安静等特性于一身的电动垂直起降 (eVTOL) 飞行器,为解决城市拥堵问题提供了高效且环保的理想方案。

多家公司已开始开发各种不同的解决方案。随着第一批产品进入市场及认证系统的日益成熟,这一细分市场的商业机会开始显现,竞相广泛采用则助力开启城市空中交通的新时代。

eVTOL 市场在所有工程阶段都面临着相当大的挑战,从需求到架构和概念评估、系统建模、工程、测试和认证,都是如此。根据每个产品的目标市场不同,这一里程碑的影响范围可能很大。然而,在市场上率先推出创新产品显然充满压力。

达索系统在航空航天技术领域拥有 40 多年的经验,可提供专业解决方案,从收集所有需求来源到验证和认证,在整个过程中为 eVTOL 制造商提供支持。这些先进的 eVTOL 设计与仿真解决方案,能够在 3DEXPERIENCE 这一统一平台上,全面捕获业务运营的方方面面。

在以下部分中,我们将介绍:

  • MODSIM 方法如何通过将 CAD 与仿真相结合,帮助在初步设计阶段做出更好的决策
  • SIMULIA 流体求解器如何提供用于设计、评估和优化空气动力学和空气声学特性的工具。
  • SIMULIA 全面的电池解决方案,涵盖化学建模、电芯工程、模组与电池包工程等,如何为这一关键技术的发展提供强大支持。
  • 最后,如何对特定的认证场景进行仿真,以及如何用仿真取代测试。结构与电磁仿真功能如何通过对鸟击、雷击等场景进行模型验证,确保飞行器在真实运营条件下的安全性与认证可行性。

eVTOL 的概念化设计与优化

为了在这一新兴行业中保持领先地位,eVTOL 制造商需要采用新的工具和方法来简化和加速设计流程。因此,高效且高度互联的工程工具至关重要,它们能赋能团队无缝协作、快速探索各种设计方案,并从开发早期就验证其可行性。3DEXPERIENCE 平台正是为此而生,它为初步设计阶段的工程师们提供了一个高度集成的易用环境,其中融合了高端参数化 CAD、跨学科建模与仿真以及前沿的优化技术。

城市空中交通概念化尺寸优化

城市空中交通概念化尺寸优化演示文稿介绍了使用 3DEXPERIENCE 平台为 eVTOL 设计进行新型概念化尺寸优化的工作流程。该流程涉及创建参数化设计并在同一界面内执行多物理场仿真。将参数化和非参数化优化相结合,可确定最轻且结构上可行的设计。

eVTOL 空气动力学与推进装置

大多数 eVTOL 概念依赖于分布式电力推进装置。多个电机可增加冗余、提高安全性能,并减少维护要求。通过战略性地将推进系统放置在升力表面上,可以利用复杂的空气动力学流动特性来增加升力并减少风阻。通常,旋翼数量越多,转头速度和盘式负载越小,因而产生的噪音也会越少。在这种分布式推进的新范式中,SIMULIA PowerFLOW 扮演着核心角色。它能够在设计早期对飞行器的多种飞行与运行工况进行深入分析,从而帮助客户打造出制胜概念

旋翼飞行器空气动力学和空气声学预测

如何在尽可能减少噪音产生的同时改善空气动力学特性?飞行路线与社区噪音之间有何关系?旋翼噪音产生的基本机制是什么,如何解决这些问题以提高空气声学性能?

阅读代尔夫特大学的这些论文,它们使用了基于 Lattice-Boltzmann 的求解器 SIMULIA PowerFLOW 来研究这些主题,并提供了对这些问题的洞察见解。

eVTOL 噪音分析

eVTOL 要想得到广泛使用,它们的噪音足迹必须能够与城市背景噪音相融合,这对于飞行器来说是一个相当低的噪音水平。因此,设计阶段必须从一开始就考虑噪音的产生和社区噪音水平。必须同时考虑宽带噪音和音调噪音,并检查多种噪音产生机制。eVTOL 的飞行过渡性质也为最大限度地减少叶尖涡旋相互作用产生的噪音带来了挑战。借助 SIMULIA PowerFLOW,瞬态流仿真使您能够在初步设计阶段就预测所有这些现象。

城市空中运营的声学分析

要开发和认证适合城市运营的 eVTOL 飞行器,必须确定低噪音的起降程序、最佳垂直起降机场位置和飞行航道。

我们对城市空中交通工具的社区噪音进行了大量研究,以便开发用于评估 eVTOL 航迹声学影响的计算工作流程。此外,我们还将高保真流仿真结果与候选航迹的远场噪音计算相结合。这使得地面感知噪音可以针对几个运营变量进行优化。

一项进一步的概念验证研究使用 LB/VLES 方法对城市空中运营进行了空气声学分析,结果表明了针对在人口稠密的城市地区运营的飞行器,数值评估方法的可行性。 该研究分析了由于建筑物的存在而引起的声散射影响。

eVTOL 电池仿真

电力存储是 eVTOL 细分市场的核心技术,因为大多数项目都采用电动发动机作为推进装置。电池是 eVTOL 飞行器最普遍的动力来源。电池面临的主要挑战是需要实现良好的比功率密度,以支持垂直飞行并提高飞机航程。电池优化、热管理、安全性、可靠性、老化以及各种规模和物理场的电池行为都是 eVTOL 制造商持续关注的工程问题。达索系统提供用于系统分析和仿真以及物理仿真的解决方案。电池仿真可提供对扩散、电气、化学、机械和热行为的数据洞见。仿真可以考虑从分子级到单个电池、电池组和模块的所有规模,以实现飞行器级最佳系统性能和安全性。

eVTOL 安全仿真

安全对于城市空中交通至关重要,乘客和社区安全必须得到保证。eVTOL 飞行器采用分布式电力推进装置、电传操纵、电池和碳纤维等新技术。这些新技术必须在单个零部件级别和整个系统中加以理解。通过仿真,可以对各类关键安全场景进行深入分析,例如:使用 Abaqus/Explicit 制定鸟击仿真策略,评估雷击和电磁脉冲 (EMP) 防护效果,以及应对紧急着陆、城市湍流、电芯热失控、电力中断和结冰条件等挑战。利用 3DEXPERIENCE 平台,可以用分析取代一些成本高昂的测试,从而加快流程速度。

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