HyperWorks在B/EAerospace：提供更輕、更安全的航空座椅

2016-10-05 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

您知道嗎?當您搭乘飛機旅行時,您的座椅及安全帶等設(shè)備很有可能就是由B/E Aerospace設(shè)計并制造的。B/E Aerospace是全球領(lǐng)先的商業(yè)客機和私人客機機艙內(nèi)飾產(chǎn)品的主要設(shè)計者和制造商。其中的主要業(yè)務模塊是為各大飛機制造商提供航空座椅,這些座椅的設(shè)計和測試都是在位于北卡羅萊納州的溫斯頓-塞勒姆的商務機產(chǎn)品集團(Commercial Airplane Products Group)進行的。

更輕、更安全的航空座椅

在北卡羅萊納州的研究所,B/E Aerospace除了設(shè)計航空座椅之外,也設(shè)計很多其它的航天器內(nèi)飾。其設(shè)計團隊和有限元分析團隊的共同座右銘:“更便宜的機票,更安全的旅行。”

如今日漸激增的油價迫使航空公司期望真正“變得更輕”。為了實現(xiàn)飛機整體減重,他們不斷嘗試各種新的方法。例如減少機上閱讀期刊數(shù)量、去除雜志架、取消機上烤爐設(shè)備、用窗簾取代隔板、減輕過道車的重量等等,通過這些辦法來節(jié)省燃料。更輕的重量意味著更低的燃油消耗從而也意味著更低的票價。同時在緊急情況下,強度性能更好的設(shè)計能為乘客提供更好的安全保障。為此,B/E Aerospace設(shè)計團隊朝著這兩個目標而努力。

在產(chǎn)品設(shè)計周期中增加HyperWorks和CAE技術(shù)

B/EAerospace邁阿密研究之前利用HyperWorks對一流的私人飛機座椅進行了成功設(shè)計,溫斯頓-塞勒姆研究所對其印象深刻,于是求助于Altair公司。

Altair派遣一位資深的工程師到研發(fā)現(xiàn)場工作三個月,幫助完成其最新的商業(yè)座椅產(chǎn)品的設(shè)計研發(fā)工作,在這三個月中該工程師展示了HyperWorks 這一先進的CAE工具所帶來的無與倫比的效益。其中,負責結(jié)構(gòu)和驗證方面的主管工程師Yanbin Liu博士利用 Altair HyperWorks開發(fā)了一套虛擬驗證流程,改進了B/E的設(shè)計流程。

在B/E新型座椅開發(fā)的早期,Liu博士就做過座椅的典型結(jié)構(gòu)分析工作。在產(chǎn)品設(shè)計早期利用Altair HyperMesh和Altair OptiStruct的拓撲優(yōu)化能力使零件的重量減少了32%。該設(shè)計雖然目前還沒有進入生產(chǎn)階段,但在減重和節(jié)約燃油方面已經(jīng)取得了巨大的成功,特別是考慮了波音787和空客A380等大飛機上需設(shè)置大量座椅的情況。

“2007年7月我嘗試聯(lián)系了Altair客戶經(jīng)理Stephen Aljets,請他進行相關(guān)評估。在評估過程中Altair團隊提供了非常專業(yè)的技術(shù)支持。10月份我們拿到了HyperWorks的正式許可證。”

Yanbin Liu博士 B/E Aerospace結(jié)構(gòu)和驗證主管工程師

Liu博士說:“OptiStruct提供了一個很好的思路,而且這種通過優(yōu)化后的結(jié)果是非常準確的。即使我們的設(shè)計是從一個猜想開始,通過OptiStruct,我們也能夠在獲得更為理想的設(shè)計方案。”

降低驗證費用

航空座椅的設(shè)計是完全通過市場導向的。

航空公司希望為乘客提供舒服而有特色的座椅,同時他們也迫切要求把座椅做得更輕以減少燃油費用支出。B/E Aerospace的設(shè)計師們在符合安全認證的約束范圍內(nèi)努力去滿足這些要求。

為了滿足美國聯(lián)邦航空局(FAA)的適航要求,產(chǎn)品必須通過在美國聯(lián)邦航空局認證的指定工程代表(DER)監(jiān)督下進行破壞性物理測試。首先,一套帶有系安全帶的碰撞假人的座椅必須通過靜壓測試,然后再將其安裝到一個滑槽上經(jīng)受碰撞測試的動態(tài)慣性載荷。他們必須經(jīng)受住至少16G的水平載荷和14G的垂向載荷,還要通過頭部損傷值(HIC)測試。

所以當設(shè)計工程團隊向CAE團隊發(fā)送一個原型樣機CAD模型的時候,就產(chǎn)生了一個問題:該設(shè)計能否通過驗證?

這樣,CAE團隊就成了設(shè)計和FAA批準部門之間的紐帶。他們先將模型導入HyperMesh,進行若干碰撞仿真,并使用OptiStruct對模型進行調(diào)整,然后將修改后的模型發(fā)送回設(shè)計工程師。該過程的目標是減少用于驗證的物理測試的數(shù)量,從而減少初始測試的成本(減少了60%),并盡量縮短產(chǎn)品周期。

SteveKash和Jacob Valentine說:“利用有限元分析技術(shù)這個偉大的工程工具,我們減少了產(chǎn)品設(shè)計的周期,提高了動態(tài)測試試驗的效率,同時通過優(yōu)化設(shè)計大大降低了產(chǎn)品的重量和成本。”

Liu博士說:“如果沒有CAE分析工具,他們不得不做三次或更多的物理測試。CAE分析工具使我們能夠進行虛擬驗證從而消除初始失效,這是一個很大的節(jié)約。”

幫助驅(qū)動和加速設(shè)計

Liu 博士和他的同事目前正使用Altair HyperWorks進行改進座椅設(shè)計流程和建立虛擬驗證流程相關(guān)工作。除了利用仿真技術(shù)來進行驗證之外,他們也使用OptiStruct和MotionView尋找更高效、更好的座椅結(jié)構(gòu)設(shè)計方法,不斷滿足市場日益縮短的產(chǎn)品周期的要求。