HyperWorks在B/E Aerospace —— 提供更輕、更安全的航空座椅

技術支持

2019年10月30日 16:12

行業：航空航天

挑戰：如何實現飛機整體減重，同時達到更好的強度性能。

Altair 解決方案：利用 HyperMesh 和 OptiStruct 進行拓撲優化，改進座椅設計流程和建立虛擬驗證流程相關工作。

優點：減少產品設計周期；提高動態測試試驗效率；降低產品重量和成本

背景介紹

在北卡羅萊納州的研究所，B/EAerospace除了設計航空座椅之外，也設計很多其它的航天器內飾。其設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量、去除雜志架、取消機上烤爐設備、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，強度性能更好的設計能為乘客提供更好的安全保障。為此，B/EAerospace設計團隊朝著這兩個目標而努力。

挑戰

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

Altair派遣一位資深的工程師到研發現場工作三個月，幫助完成其最新的商業座椅產品的設計研發工作，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，負責結構和驗證方面的主管工程師YanbinLiu博士利用Altair HyperWorks開發了一套虛擬驗證流程，改進了B/E的設計流程。

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

“如果沒有CAE分析工具，我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，這是一個很大的節約。”

YanbinLiu博士

B/EAerospace結構和驗證主管工程師

解決方案

航空座椅的設計是完全通過市場導向的。航空公司希望為乘客提供舒適而有特色的座椅，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/EAerospace的設計師們在符合安全認證的約束范圍內努力去滿足這些要求。

為了滿足美國聯邦航空局（FAA）的適航要求，產品必須通過在美國聯邦航空局認證的指定工程代表（DER）監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受碰撞測試的動態慣性載荷。他們必須經受住至少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。

所以當設計工程團隊向CAE團隊發送一個原型樣機CAD模型的時候，就產生了一個問題：該設計能否通過驗證？這樣，CAE團隊就成了設計和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對模型進行調整，然后將修改后的模型發送回設計工程師。該過程的目標是減少用于驗證的物理測試的數量，從而減少初始測試的成本（減少了60%），并盡量縮短產品周期。

SteveKash和JacobValentine說：“利用有限元分析技術這個偉大的工程工具，我們減少了產品設計的周期，提高了動態測試試驗的效率，同時通過優化設計大大降低了產品的重量和成本。”