QinetiQ借助HyperWorks優化技術使軍用Kiowa直升機更輕,飛得更遠

技術支持

2019年10月29日 17:06

行業：航空與國防

挑戰：降低重量使傳統飛機能裝載更多的設備

Altair 解決方案：HyperMesh/HyperView/ OptiStruct多載荷工況復合材料鋪層優化

優點：機艙門37%的減重提高了飛機的性能或可以裝載更多的裝備

背景介紹

來自阿拉巴馬州亨茨維爾QinetiQ的生命周期研究中心的服務和解決方案團隊支持美國陸軍航空和導彈研究、發展和工程中心(AMRDEC)、以及航空工程指揮部（AED）和結構與材料部（SMD）。QinetiQ結構工程師MichaelChandler 描述到：AED是“美國聯邦航空局（FAA）的軍用版”，負責軍用飛機的適航管理。QinetiQ的主要任務是對即將成為軍用飛機新部件和系統的性能進行工程分析和檢驗。

挑戰

目前一大部分軍用飛機是基于傳統平臺設計的。這些飛機的規劃經理們面臨著如何將新的技術融入到這些舊平臺的巨大挑戰，使這些飛機滿足當前不斷擴展的任務需要。然而，這些新的設備和系統的加入通常會增加飛機的重量。為了在持續添加新技術組件的同時仍保持飛機的性能，飛機的一些部件就需要進行減重。

“從飛機上減掉的每一磅將轉化成性能的提高，”Chandler說，“有OEM廠商曾經確定1磅的減重為他們平臺節省的價值相當于1百萬美元——這就是為什么減重是那么重要的原因。”

“HyperWorks是幫助我們以前所未有的方式支持軍用航空制造的工具。”

JeffFinckenor

主任工程師

QinetiQ北美區技術部

解決方案

QinetiQ的生命周期解決方案商業團隊在對舊型飛機的新部件設計時采用優化技術解決重量問題。通過以前由 SMD（仿真數據管理）的合作，與部門主任MarkSmith和主管RobertVaughn博士建立了合作關系，從而與AED部門合作進行優化設計。利用HyperWorks，QinetiQ工程師可以通過仿真來建議需要采用優化的部件，實現減重。

QinetiQ的成功在軍用Kiowa直升機的改進中得到了見證。Kiowa偵察直升機的機身結構是在60年代早期設計的，但該型直升機仍是軍用航空機隊的主要部分。“Kiowa直升機已經服役了幾十年了，”Chandler說，“我們的任務就是通過減重，讓它們看起來及用起來都跟新的一樣，從而在執行任務時更高效。”

面對嚴峻的飛機重量及其相關的性能問題，由武裝偵察直升機（ArmedScoutHelicopter）PMO領導的綜合產品團隊（IPT）列出了許多可以優先使飛機整體重量減輕的部件，其中Kiowa的艙門位列榜首。

該直升機有兩個大的為后座乘客/航電設備使用的艙門及兩個小的為機組成員使用的艙門。IPT考慮使用復合材料來制造艙門，作為一種潛在的減重措施，并向QinetiQ尋求他們的工程審查。

QinetiQ結構團隊采用AltairHyperWorks中的OptiStruct優化工具通過復合材料優化的創新方式實現艙門減重。“首先，我們建立一個艙門模型并配置成實體鋪層形式來初步了解OptiStruct能給我們帶來什么，”QinetiQ主任工程師JeffFinckenor說，“然后我們決定采用泡沫芯層處理艙門的設計。”

采用OptiStruct，設計團隊在艙門中心使用半英寸厚的泡沫，在外部邊緣保留了實體鋪層。4層復合材料用來覆蓋艙門的兩邊。設計團隊進行了多次優化迭代并比較了各種各樣的構造，如實體艙門vs泡沫/薄板三明治式；玻璃纖維vs碳纖維（最終選擇）；蜂窩芯材vs結構泡沫（該泡沫較容易制造成形）。OptiStruct用來比較各種材料的使用效果，從而優化鋪層的厚度和疊層次序。