GT-SUITE、modeFRONTIER與CONVERGE在發動機開發上的應用

早在2002年的F1賽事前，CAE就已經被用于賽車發動機的開發。當時的硬件性能低，導致CAE不能完全運用在整個開發流程中。我在F1發動機開發上的經驗，要追溯到2005年的Motor Sports Division。

通過F1發動機\整車的開發，我們意識到將來CAE的必要和潛力。當時我們的部門相對較小，但設計、試驗、仿真的工作分工明確。我們的分析員不僅參與仿真計算，還通過進行試驗觀察物理現象，與設計工程師和試驗工程師進行深入討論，使仿真計算的精度得到提高。

開發周期顯著縮短，通過少量的試制提高初始的性能，CAE仿真，在還沒有實機的階段，是提高整車性能的必須技術，已經被完全利用在當前的設計過程中。

目前，WEC、 SUPER GT、SUPER FORMULA的比賽中，發動機可以分為面向WEC及SUPER GT?SUPER FORMULA的兩類，整車可以分為面向WEC及SUPER GT兩類。比賽用的車輛都是每年的新車，在這一年間的改進包括必須的車輛開發，以及賽季間的設計改進。除了對下一年使用的賽車的設計改進，對接下來的比賽也必須進行賽車設計的改進。同時每年一次對車輛模型進行更新。

根據仿真的用途來分，平均每輛車型將進行包括詳細的三維CFD分析，數千種發動機方案的仿真計算。進行優化計算時，解析的case數進一步增加。

發動機性能使用三維CFD與GT-POWER耦合計算，優化使用modeFRONTIER。我們近期開始使用CONVERGE進行進氣空氣流動以及噴霧的計算，進一步將使用它進行缸內燃燒計算。

 

使用三維CFD與GT-SUITE耦合進行性能計算

 

GT-POWER可以與三維CFD耦合進行性能計算。發動機缸內的三維CFD耦合一般可用于獲得充氣效率和扭矩，近年也用于燃油經濟性的計算。與量產的車輛相同，賽車也有關于燃油使用的限制，對有限的燃油必須提高燃燒速率及效率，因此，對比不同發動機方案的熱效率改進情況必須同時考慮發動機輸出與燃油消耗，達到一個最優的平衡。

 

                                                                     圖一 GT-SUITE模型圖

 

GT-SUITE可以進行包括驅動系、燃料系、傳動系、冷卻系等在內的整車系統建模，是進行整個系統仿真的最適合的工具。

 

CONVERGE操作簡便，與實機測試的對比結果較好，因此我們傾向于使用它。此前我們的工作是以仿真模型與實機測試的結果驗證為主，為實現模型用于改進優化，后續將進行更詳細的驗證。

 

進行大量的優化計算，modeFRONTIER是設計開發中必不可少的工具。

我們在使用modeFRONTIER時常常是多個license并行使用，多數時候是7~8個license。

與GT-POWER集成進行發動機性能的優化，還可以與三維網格變形軟件同時進行，包括包線形狀優化等。

利用夜間和假期的時間，可以完成數以千計的計算任務，而且不需要人工干預，通過對不同形狀和參數的探索，還可以進一步幫助我們了解各要素間的關系，這是一個非常有效的工具。此外，為了滿足“超”短開發周期的要求，在初期需明白設計開發的方向。使用參數的靈敏度、響應面分析等功能。操作簡便，后處理功能強大，自動完成最優探索，這也是我們選用modeFRONTIER來進行多目標優化的重要考量，現在已經成為我們設計開中必不可少的工具。

 

CONVERGE：

l  自適應網格功能：精度提高同時運算速度加快

l  網格自動生成，前處理花費時間大幅縮短

l  搭載了先進的SAGE、ECFM燃燒模型

 

此外，GT-SUITE內置了簡化版的CONVERGE，即“CONVERGE-Lite”，進行1D-3D耦合更加簡便。