案例分享 | Tyvak 納米衛星系統公司通過 MSC Apex 讓衛星減重 5 – 10%
Tyvak 納米衛星系統公司是 Terran Orbital 公司旗下的公司，專門從事航天器開發、發射服務以及在軌運行，提供用于重要的民事、國防及商業飛行任務的納米衛星和微小衛星，涵蓋近地軌道、地球同步軌道及地外軌道的各種飛行任務應用。自公司成立以來，Tyvak已開發出大量的納米衛星和微小衛星。Terran Orbital 品牌已完成超過 75 個全程飛行任務，并且在全球范圍內發射了超過 215 顆小型衛星。
圖.RainCube 飛行系統以及展開的太陽能電池板和雷達天線。
挑戰
設計、制造納米衛星是一個周密、復雜的過程。對 Tyvak 客戶來說，低廉的發射成本是主要的誘因。由于設計質量是發射成本的關鍵，Tyvak 工程師需要盡最大努力減輕衛星質量。在技術層面上，確保衛星結構能夠在大量的發射場景和環境中可靠地工作至關重要。為實現這一目標，Tyvak 采用虛擬樣機來開展其研發工作。然而，為能讓衛星減重，Tyvak 意識到需要在相同的時間里對更多的設計變量進行研究。因此，Tyvak 非常愿意采用新型、高效率的CAE工具來建立他們的有限元（FE）模型。
Tyvak的目標是縮短非常耗時的設計周期。這個過程從現有的幾何模型開始，通常包括簡化幾何，去除不必要的特征，并創建一個高質量的網格模型。在對新設計的性能進行驗證時，需要分配材料、施加約束和載荷并最終進行解算。在這個工作流程中，大部分的時間都花費在簡化 CAD 幾何體以及創建可提供準確仿真結果的網格上。這就需要充分利用 Tyvak 現有的工具和方法來建立可供使用的有限元模型。他們希望不僅要加快該工作流程，允許執行更多的設計迭代，還要在相同的時間里盡量減輕質量。
在選擇 CAE 工具的過程中，另一項要求是要與現有的仿真工具兼容。在結構的壽命期內，衛星及其分離系統在運輸、發射、分離及在軌運行過程中要經受多種加載場景。Tyvak 工程師采用最可靠的有限元解算器 MSC Nastran 來幫助他們研究數以百計（有時是數以千計）的加載情況下的結構響應。其中包括振動和沖擊試驗之類的分析。因此，Tyvak團隊要求所選的任何新的CAE工具都必須與MSC Nastran 100%兼容。
Tyvak 之所以對 MSC Apex予以考慮和評估，是因為它具有“智能化”的特點、易于使用，并且能與 MSC Nastran 無縫兼容。Tyvak 的目標是，通過在更短的工作時間內對更多的設計迭代進行評估來加快虛擬樣機研發過程，最終以卓有成效的方式盡量減輕衛星設計的結構質量。
解決方案
為實現上述目標，Tyvak 工程師針對 MSC Apex 在他們現有的 CAE 工作流程中的使用情況進行了評估。評估結果表明，Tyvak 選擇 MSC Apex 用于其有限元建模和分析具有良好的前景和充分的理由。
MSC Apex 的最大優勢之一是它的幾何體編輯和網格劃分功能。這使得分析師能夠以比傳統工具和方法更快的速度對現有的幾何模型進行編輯并構建FE模型。在對現有的有限元模型進行更改時，網格劃分功能特別有用。例如，在環境試驗期間，進行問題根源分析時可能會觀察到結構失效。在這種情況下，不僅要識別失效的根源所在，還要更新有限元模型，以免再次出現故障。同時還必須進行仿真，以驗證該問題已經解決。因此，要經過多次設計變更和仿真驗證來消除結構失效所需花費的時間，取決于對幾何體和網格進行更改的便利程度。
MSC Apex 的另一個有利之處是，它不僅具有集成的分析功能，而且與 MSC Nastran 兼容。在對衛星和分離系統進行應力和變形分析后，Tyvak 可以使用 MSC Apex 來研究各種應力和應變結果。MSC Apex強大的分析能力，加上網格模型基于幾何體實時更新的功能，讓 Tyvak 工程師能夠在相同的時間內更頻繁地更改設計并對其進行評估。隨著完成評估的設計迭代數量的增加，分析師還可以探查更多的設計變量，從而在以前的基礎上進一步減輕結構質量。與 MSC Nastran 兼容也意味著 MSC Apex 可以無縫地集成到現有的工作流程中，帶來的生產率增幅立竿見影。如果將 MSC Apex 用于有限元模型的預處理/后處理，工程師可以在 MSC Nastran 中輕松實現仿真過程一次運行成功。
Tyvak 還非常欣賞 MSC Apex 新穎時尚、用戶友好的使用環境。正如 Tyvak 資深結構分析師 Amir Damansouz 所說的：“MSC Apex 靈活的用戶界面環境能讓 Tyvak 在很短的時間內著手進行有限元分析的權衡研究，并且不必頻繁地制作樣機。”
“Tyvak 采用MSC Apex 提供的幾何修改工具對部件和系統質量進行優化。一般經過幾輪迭代就可以實現減重 5- 10%。”
--Amir Damansouz，Tyvak納米衛星系統公司資深結構分析師
結果
使用 MSC Apex 給 Tyvak 帶來了顯著的生產率增幅。Tyvak 工程師加快了虛擬產品的開發過程，不僅進一步減輕了設計質量，而且可以在設計過程初期避免出現失效問題。正如 Damansouz 所說的：“借助MSC Apex提供的實時動態的幾何修改工具，Tyvak 能夠對部件和系統質量進行優化。一般經過幾輪迭代就可以實現減重 5 - 10%。”
關于納米衛星系統公司（Terran Orbital 公司旗下公司）
Tyvak納米衛星系統公司成立于 2013 年，總部設在美國加州Irvine，是一家提供小衛星全程服務優化解決方案的行業領導者。公司充分運用專業知識、低成本運營基礎設施以及衛星小型化無限商機，準時、經濟、圓滿地完成了飛行任務，深得民用、國防及商業組織的信賴。依托遍布世界各地的地面站網絡，Tyvak為在軌運行提供全天不間斷、全球范圍的覆蓋。Terran Orbital 品牌已完成超過 75個全程飛行任務，并且在全球范圍內發射了超過215 顆小型衛星。如需了解更多信息，請訪問 www.Tyvak.com 或者通過@TyvakNanoSat 關注該公司。
關于海克斯康
海克斯康是傳感器、軟件及自動解決方案的全球領導者。公司致力于將數據應用到工作中，旨在提升工業、制造、基礎設施、安全及移動應用的效率、生產率和質量。公司的技術主要用于打造城市和生產生態系統，逐步提高其連通性和自主性——以確保可擴展、可持續的未來。MSC 軟件隸屬于海克斯康制造智能分公司，是十大自主原創軟件公司之一，也是通過仿真軟件和服務幫助產品制造商改進其工程方法的全球領軍者。如需了解更多信息請訪問mscsoftware.com。海克斯康的制造智能分公司提供各種解決方案，通過來自設計與工程、生產與計量方面的數據來提高制造的智能化水平。
如需了解海克斯康（斯德哥爾摩證券交易所納斯達克股票代碼：HEXA B）的更多信息，請訪問 hexagon.com 并通過 @HexagonAB 關注該公司。
工程師必備
- 項目客服
- 培訓客服
- 平臺客服
TOP
