ansys 飛行器仿真的案例
飛行器系統仿真與驗證
1.概述
飛行器由動力系統、導航系統、機體、舵機伺服系統和推進系統等組成，不僅在整機級，即使在子系統級都涉及到多學科的交叉耦合，涉及到多個領域，在飛行器的研制過程中，不僅要分析不同子系統的設計性能，而且需要分析各子系統在整機級別的性能。
使用不同的專業領域模型，可以在同一個Simcenter Amesim軟件平臺下運行計算，其耦合特性較好，界面易讀，結果形象直觀，便于分析。面對航空航天多領域復雜系統，目前市面上能做到多系統耦合的軟件并不多，Simcenter Amesim是比較經典的多領域系統開發仿真分析平臺，針對汽車行業、航天航空、工程機械、兵器行業等都有著較為廣發的應用，其大量的數據庫模型都是通過試驗驗證的，并得到客戶的一致好評。
2.Simcenter Amesim系統仿真與驗證方案
2.1 總體設計與仿真
從設計仿真角度上來說，飛行器總體設計分為兩個大的過程：
設計過程：以飛行剖面為核心的總體設計過程，主要關注總體概念參數（直徑、長度、幾級等）、氣動布局的定義、飛行器在不同階段的姿態定義（姿態角、攻角）、軌跡計算等過程
驗證過程：軌跡、氣動、控制、動力學、發動機等專業或分系統集成在一起，對設計過程產生的總體設計方案、設計參數進行驗證。
下面進行說明：
總體設計過程主要針對幾何、氣動、推進、飛行剖面、熱、結構、穩定性與控制和費用指標等來展開設計過程，主要依靠工程計算程序來實現，有一定的流程及程序間先用的調用順序可以遵循，通過總體設計流程建設，定義、規劃流程動作，定義流程動作的輸入、輸出，定義、規劃數據模型，定義流程中的數據模型，實現分析流程的標準化、規范化和自動化，提高數據流的管理效率。
展開 基于實際工程的飛行器氣動設計與仿真
它不行，還是我不行
在飛行器氣動力/熱的仿真中，為什么有的工程師仿真結果與風洞試驗數據吻合較好，有的工程師差異較大？無非，就是它不行，還是自己不行的問題。
它不行，講的是，自己選擇的網格生成工具及求解器，本身就不適合自己需要仿真模擬的工況。
我不行，指的是，工具行，自己沒掌握。舉幾個例子，生成的網格，邊界層不合理（不同求解器及湍流模型，對Y+要求也不同）；計算激波/邊界層干擾的脈動，用DES......
圖34 采用DES模型的內埋彈艙渦系結構
圖35 采用LES模型的S彎進氣道擬序結構圖
CFD仿真的驗證，選用資料要慎重，最好有自己的實驗驗證。
6. CFD的展望
才疏學淺，此部分實在不敢多言。
NASA提出的未來研究的6個戰略方面中的“關鍵技術”的主要內容之一即流體力學（空氣動力學）。要求的目標是發展新的概念，提出新的理論、實驗及計算工具等，最終要保證飛行器的有效設計和運行。CFD則被美國國防部列為21項關鍵技術之一。這些均說明，空氣動力學的地位在21世紀，不但沒被削弱，反而進一步增強，沒有空氣動力學的新技術、新成果，就無法實現先進飛行器的高性能。
隨著CFD方法的不斷突破，及計算機技術的飛躍發展，多學科分析及優化設計手段的持續融入，機器學習的方興未艾，飛行器的設計必將迎來更大的革命。
圖36 280億網格的客機著陸構型
7. 幾點體會
上面的文字，大部分是我自己的工作體會，也有部分內容是從書上及網絡上“搬”過來的。大家可能會感到缺了點什么或者認為我是否有所保留。
展開 Ansys學習之飛行器氣動加熱（1）
高速飛行器鼻錐
/天線罩面臨著強烈的氣動生熱環境，需要一種抗氧化
/燒蝕的耐高溫材料制備部件。碳化硅、硼化鋯以及硅硼碳氮（非透波體系）和氮化硅、氮化硼（透波體系）等先進陶瓷材料可作為其備選材料。除了需要考慮外邊緣選材外，對部件的熱控制也是需要考慮的重要因素，因此需要對部件的熱
-力狀態進行分析。計算流體力學
(CFD)是用于計算飛行器氣動加熱的重要工具，本文將初步介紹飛行器氣動加熱計算過程，后續可能將學習
/介紹流體
-固體耦合作用，為可能的工程設計提供參考。
本文首先簡
單介紹他國學者發表在《美陶》上的一篇文章，該文章是通過
CFD
計算了超高溫陶瓷
ZrB2-SiC
熱防護系統的熱
-
力設計。本文作為初步的學習嘗試，并不會直接完全復現其結果，主要是介紹思路。
本文所采用的計算軟件為
Ansys workbench，在
workbench中已經集成了流體力學軟件
Fluent。接下來讓我們一起來學習一下基本操作。以下是我建立的一個三維模型，但是由于個人筆記本電腦算力不足，作為學習，我采用簡化的二維模型進行了計算，計算結果如下圖所示。
（1）首先是建立模型，拖拽geometry模塊進入操作界面即可建模，模型建立可以通過軟件自帶的Design model模塊，或者其他建模軟件，如solidworks等。主要原則是建立一個為大流場所包圍的固體模型，這里不詳細介紹。一般認為所建立的流場尺寸大于固體模型尺寸的20倍，由于計算量的關系，本文所采用的模型較小。
（2）在建立模型后，將模型與Fluent模塊連接，即將模型導入fluent計算模塊，接下來點擊mesh，對模型進行網格劃分，需要注意的地方是在流體-固體壁面需要設置層流邊界層，具體設置和劃分結果如下圖所示。
展開 ABAQUS四旋翼無人飛行器仿真分析
旋翼無人飛行器具有垂直起降／著陸、可懸停、機動性好及結構簡單等多種優點，無論是在軍事領域還是民用領域，都有非常廣泛的應用價值。
作為垂直／短距起降飛行器，多旋翼無人飛行器不受起降場地的限制，具有很強的適應性，一直是各國軍方關注的焦點。多旋翼無人飛行器與常規的飛行器相比，具有垂直起降、著陸、懸停、縱飛和側飛等飛行特性。隨著近年來微電子、微機械、計算機技術及電池等技術的飛速發展，小型四旋翼無人機的體積、重量、靈活性和機動性等多個方面有了長足的進步。根據動力配置形式的不同，旋翼無人飛行器一般有四旋翼、六旋翼和八旋翼等。根據飛行器的飛行方式，一般分為自由型及系留型。目前的產品主要集中在自由型多旋翼，其載重量較小，主要面向航模愛好者，應用領域為航拍，單塊電池僅能支持飛行器滯空１５ｍｉｎ左右。而系留型多旋翼飛行器具有覆蓋面積大、留空時間長、機動性能強及效能費用比高等顯著的特點，無論是在軍事領域還是民用領域，都有非常廣泛的應用價值。四旋翼無人飛行器在結構上更為簡潔：四只旋翼相互抵消扭矩，不需要專門的反扭矩槳；具有更簡潔的控制方式，僅通過改變四只旋翼的轉速即可實現各種姿態控制。因此，系留型四旋翼無人飛行器備受國內外很多專家和學者的關注和研究。
本文以系留型四旋翼無人飛行器為研究對象，采用通用大型有限元分析軟件ABAQUS建立了對應的力學仿真模型。應用該仿真模型對該旋翼無人飛行器在旋翼升力、風載荷及降落沖擊等工況下的結構強度和剛度響應進行了仿真分析，得到了對應的安全裕度數據，為該無人機的結構設計提供了理論依據。
系留型四旋翼飛行器系統是一種有４個螺旋槳且螺旋槳呈十字交叉形式的飛行器，如圖１所示。整個飛行平臺結構包含中心架（設備艙）、支撐臂、起落架及其他系統的受力結構等。
圖１ 系留型四旋翼無人飛行器結構示意圖
在Ａｂａｑｕｓ軟件中建立的有限元模型如圖２所示。
展開 
飛行器流固相互作用（FSI）仿真賞析（僅3D模型） ￥2
使用 ANSYS Workbench 進行了飛機的流固耦合仿真。對于 CFD 分析，使用了 CFX，然后使用 Workbench 中的 ANSYS Mechanical 工具將 CFD 模擬（壓力載荷）的結果傳輸到結構分析。
模型格式
stp?
.CATProduct
?
四旋翼無人飛行器仿真分析
四旋翼無人飛行器仿真分析
旋翼無人飛行器具有垂直起降／著陸、可懸停、機動性好及結構簡單等多種優點，無論是在軍事領域還是民用領域，都有非常廣泛的應用價值。
作為垂直／短距起降飛行器，多旋翼無人飛行器不受起降場地的限制，具有很強的適應性，一直是各國軍方關注的焦點。多旋翼無人飛行器與常規的飛行器相比，具有垂直起降、著陸、懸停、縱飛和側飛等飛行特性。隨著近年來微電子、微機械、計算機技術及電池等技術的飛速發展，小型四旋翼無人機的體積、重量、靈活性和機動性等多個方面有了長足的進步。根據動力配置形式的不同，旋翼無人飛行器一般有四旋翼、六旋翼和八旋翼等。根據飛行器的飛行方式，一般分為自由型及系留型。目前的產品主要集中在自由型多旋翼，其載重量較小，主要面向航模愛好者，應用領域為航拍，單塊電池僅能支持飛行器滯空１５ｍｉｎ左右。而系留型多旋翼飛行器具有覆蓋面積大、留空時間長、機動性能強及效能費用比高等顯著的特點，無論是在軍事領域還是民用領域，都有非常廣泛的應用價值。四旋翼無人飛行器在結構上更為簡潔：四只旋翼相互抵消扭矩，不需要專門的反扭矩槳；具有更簡潔的控制方式，僅通過改變四只旋翼的轉速即可實現各種姿態控制。因此，系留型四旋翼無人飛行器備受國內外很多專家和學者的關注和研究。
本文以系留型四旋翼無人飛行器為研究對象，采用通用大型有限元分析軟件Ａｂａｑｕｓ建立了對應的力學仿真模型。應用該仿真模型對該旋翼無人飛行器在旋翼升力、風載荷及降落沖擊等工況下的結構強度和剛度響應進行了仿真分析，得到了對應的安全裕度數據，為該無人機的結構設計提供了理論依據。
系留型四旋翼飛行器系統是一種有４個螺旋槳且螺旋槳呈十字交叉形式的飛行器，如圖１所示。整個飛行平臺結構包含中心架（設備艙）、支撐臂、起落架及其他系統的受力結構等。
展開 LS-DYNA-ICFD飛行器流場仿真 ￥39.99
飛行器流線及流速
飛行器流線及壓力
飛行器渦線及壓力
仿真為你揭秘飛行器陀螺儀的工作原理
在本例中，假設鏡子和分光器之間為真空空間。則拍頻的數量級為 1 Hz，當然比質子半徑的距離容易測量得多。
該模型利用幾何光學 接口來追蹤薩格納克干涉儀幾何中的光線。兩個鏡子被施加了專門產生鏡面反射的鏡像 邊界條件。分光器采用了材料不連續性 邊界條件，用戶定義的反射比為 0.5，所以兩個對向傳播光束具有相同的強度。
我們還利用了旋轉域 特征使裝置旋轉，如下圖所示：
所得繪圖顯示了鏡面光學系統中沿兩個方向傳播的光線，然而由于與光速相比，鏡子的移動速度非常慢，所以我們很難將兩個路徑區分開。如果放大一百億左右，才能辨別出兩個隔著微小距離的三角形。
在下方繪圖中，拍頻是干涉儀角速度的函數。二者函數關系是線性的，符合方程 (1)–(2)。繪圖左下角出現了一些數值噪聲。這是數值精度造成的，在模型文檔中將解釋更多細節。
姿態探測應用于航空航天導航
上文提到的薩格納克干涉儀和相關裝置——包括環形激光陀螺儀和光纖陀螺儀——都屬于慣性導航系統的現實應用；慣性導航系統以一個已知位置為起點，將平移速度和角速度隨時間的變化整合在一起，從而預測物體的位置和方向。現實中，慣性導航系統通常需要與以太空中其他物體為參照物的絕對位置和絕對方向測量相結合。絕對測量可以利用地球敏感器、太陽敏感器或恒星敏感器；利用地球表面已知位置上的射頻信標；利用地球磁場測量；或者利用以上任意組合來完成。
平移速度和角速度的微小測量誤差會導致慣性導航系統隨時間推移變得越來越不穩定。使用以上任意一種敏感器定期進行絕對測量，有利于將不確定性限制在一個更合理的數值內。下圖預測了不確定性隨時間的變化。
結論
我們成功地利用射線光學仿真演示了簡單干涉儀內的薩格納克效應。只要所有活動部件的速度遠遠小于光速，拍頻便符合基于廣義相對論的嚴密理論。
展開 傾轉旋翼飛行器旋翼傾轉過程氣動仿真
傾轉旋翼飛行器旋翼傾轉過程氣動仿真
基于CFX的四軸飛行器無人機進行 CFD 仿真 ￥10
<p><span style="color: rgb(85, 85, 85); background-color: rgb(255, 255, 255);">使用真實旋轉葉片和 ANSYS CFX 對四軸飛行器無人機進行 CFD 仿真。</span></p><p><span style="color: rgb(85, 85, 85); background-color: rgb(255, 255, 255);">附上了 CFX 定義文件（*.def文件）。</span></p><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202412/attachment/b1a66988d0904b019caf7aab351384c9.jpg" style="text-align: center">
<img src="https://img.jishulink.com/202412/attachment/b1a66988d0904b019caf7aab351384c9.jpg" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202412/attachment/b1a66988d0904b019caf7aab351384c9.jpg?image_process=/format,webp/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202412/attachment/b1a66988d0904b019caf7aab351384c9.jpg?
展開 戰機模擬器逼真的三維視景-飛行仿真技術研究所
飛行仿真小成本獲取大效益
對每臺模擬訓練器進行測試，確保送到部隊的產品100%合格。
上世紀80年代中期，外軍興起了第二次訓練革命，廣泛開展以計算機模擬為核心的模擬化訓練。從此，世界許多國家開始把模擬訓練納入軍事訓練體系，成為提高軍隊訓練質量和效益的重要途徑。
1974年，空軍某飛行學院仿真技術研究所成功研制出某型轟炸機儀表飛行模擬器，開創了我空軍飛行模擬訓練的先河。飛行是公認的高技術、高風險、高耗費的職業。一架飛機幾千萬甚至幾個億，訓練中稍有閃失就會機毀人亡。但模擬訓練不僅可以節約訓練成本，而且完全不受時間、地點和天氣的限制，安全系數較大、訓練效益高。
“仿真技術的發展對于飛行訓練的意義就是用最小的成本獲得最大的效益！”該院仿真技術研究所所長謝東來介紹說，近10年來，該所為陸海空部隊研制生產了涵蓋轟炸、運輸、殲擊、直升機等多種機型模擬器數十臺，覆蓋了三軍部隊80％的主戰機型，滿足了飛行部隊70％的模擬訓練需求。從2002年至今，已組織空軍飛行人員模擬訓練累計15000多個小時，節約了巨額經費。
模擬跨晝夜飛行，極大地提高了飛行員地面訓練的效果，為升空飛行奠定了良好的基礎。圖為飛行人員伴著“月亮”練習倒飛技術。（解放軍畫報圖片）
“實驗室”連著訓練場
“老謝，我們搞對抗完全是‘自己’打‘自己’，要研究你就研究真正的‘藍方’主戰飛機模擬器，這樣模擬訓練才能真正提高戰斗力！”在一次調研中，空軍航空兵某師師長的話讓謝東來眼前一亮。
3年臥薪嘗膽，該所終于研制成功某飛機飛行模擬器，為我軍飛行員戰術訓練中有針對性地進行戰術模擬對抗演練提供了可能。
隨著世界軍事變革步伐的加快，該所的科研人員認識到，大型聯網對抗系統雖然功能強大，逼真度高，但聯網對抗模擬系統需要數臺甚至數十臺模擬器組成，造價高、體積大，目前來講在航空兵團、飛行大隊難以普遍推廣。
展開 
CREO ANSYS Simulation 旋流分離器的穩態仿真和瞬態仿真的區別
旋流分離器，普遍使用在各行業各領域。對于流體在旋流分離器內的仿真工作，要根據實體工件設計目的而分別對待，制定不同的仿真模式。
如上圖，如果仿真目的是研究內部流體所表現出來的速度、壓力。仿真模塊選擇“流動”即可。如果還要涉及湍能，物理模塊要增加“湍流”。使用穩態較合適，穩態模式主要研究流體達到穩定的“常態”之后所表現出來的物理特性。不考慮流體達到穩定之前的過程，即與時間無關。如上圖，旋流分離器內的流體是穩定的流動狀態，無論何時，狀態一致。
如果仿真目的除了上述速度、壓力、湍能，還要考慮隨流體一同流動的“顆粒”，仿真模塊另外還要增加“粒子”，顆粒有多少種，粒子模塊就要增加多少個（注意，此粒子有具體質量（密度&體積），與“流線”中無質量的“粒子”有本質的區別）。穩態的仿真模式就不能勝任了，粒子（顆粒）在隨流體“流動”過程中，粒子或沉積或隨波逐流而去，粒子和流體域隨時產生變化（注意，“隨時”兩個字），時間延長則沉積越多，可供流體占用的空間越少，直到顆粒塞滿全部腔體。流體永遠達不到常態的穩定。所以仿真模式必須使用瞬態。瞬態仿真是建立在時間節點上的仿真，其仿真結果第一要素是時間。
瞬態仿真結果，假設，自0開始，第0.1秒結果、第0.2秒結果，第0.3秒結果... ..第1秒......第3秒，共計30個結果連續在一起，形成時間連續的動畫，如上圖，就是30個粒子瞬態仿真結果。
那么，請問，如果我想獲得一個表達3秒種的，相對質量高的動畫，應該如何調整瞬態仿真呢？
播放時長=仿真時長，幀頻=24幀。格式MP4或者GIF。有興趣的朋友可以一試，本文附件為模型文件。
剛才出去吃飯，五個籠包飽了。想起一件事，一個朋友說，能否在穩態下仿真粒子的運動呢？手拿第六個籠包糾結了。五個籠包填飲肚皮，是我飯量的穩定狀態。
展開 【Ansys線上直播回看】Ansys SPEOS光學傳感器成像仿真解析
『點擊觀看直播回放』
光學傳感器包括Lidar、Radar、可見光和紅外Camera，這些光學傳感器在先進的高級駕駛輔助系統(ADAS)中發揮著關鍵作用，對推動自動駕駛車輛穩健和安全地走向完全自主至關重要，同時設計工程師需要確保光學傳感器能在各種外界環境中工作，光學仿真能夠使設計師快速準確地測試、驗證和重復他們的光學設計。Zemax和Ansys正在進行一項新的戰略合作，以優化光學傳感器的測試和驗證，并通過Ansys SPEOS系統導入器將光學傳感器集成到自動駕駛和ADAS中。光學工程師現在可以更快、更準確地驗證他們的設計，優化光學傳感器在黑暗或危險環境條件下的有效性，并盡量縮短上市時間。
此次網絡直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會后我們也陸續收到在線觀眾以及其他用戶前來詢問，在此附上本場網絡直播錄播內容，供大家回看學習。
▼▼▼2020 Ansys網絡研討會有獎反饋 - 可免費獲取本場錄播和講解資料，參與者均可獲得千元培訓券及技術鄰金幣獎勵！
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立即提交作品參加Ansys“仿真的藝術”圖片作品大賽
為紀念公司成立50周年，Ansys于近期推出全新“仿真的藝術”圖片作品大賽，讓您有機會充分發揮自身超強的建模能力，開展巧奪天工的設計，并展示您精彩的作品。歡迎提交采用Ansys仿真解決方案制作的設計作品，可選擇的參賽仿真設計主題有16類，涵蓋主要物理領域和新興技術。
『或點擊此處進入報名通道』
展開 基于ANSYS的水冷電機控制器散熱仿真分析
摘 要：
電機控制器中的主要散熱器件有電容和IGBT等,其散熱性能直接關系到電機的輸出。以控制器中的8個電容及3個IGBT為主要熱源,采用有限元分析的穩態熱模塊及流體模塊,分別對其進行溫度仿真分析,分析對比在使用水冷散熱前后主要發熱器件的散熱狀態,得出水冷散熱的仿真效果比常態下的溫度降低約27℃,為實際產品的設計生產提供支撐。
關鍵詞：控制器;水冷;熱仿真;
0 引言
隨著電子產品小型化的發展，控制器的尺寸隨著元器件的小型化逐漸減小，但元器件的熱功率密度越來越大，其運行時會產生大量的熱，為此研究主要元器件在狹窄結構空間的散熱，保證其不超過耐熱極限[1,2]。水的比熱容是空氣的4倍，選用水冷板對其進行散熱處理，可以提高散熱效率[3,4]。以5.5 k W控制器為例，對其主要發熱器件電容及IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵極型晶體管）進行熱仿真分析。
1 控制器的前處理
1.1 控制器結構降階處理
對5.5 k W控制器進行3D建模，顯示控制器有1215個部件，控制器模型如圖1所示。若全部仿真會使模擬計算量和時間增加，一般需要進行模型降階處理[5]。
圖1 控制器模型
保留控制器的主要發熱器件為8個電容及3個IGBT，保留殼體及水冷板。將殼體外部的航空插頭、發熱不嚴重的電路板及控制器外殼的螺紋孔全部填補完整。將水冷板的殼體與水道使用布爾減的方法進行分離，防止后期網格劃分時，將殼體和水道劃為整體，導致網格劃分不合適，計算失敗。模型降階情況如圖2所示。
1.2 控制器網格設置
網格劃分的好壞直接關系到計算的結果和計算時間的長短，所以在進行網格劃分的時候，優先選擇曲面狀的物體進行網格劃分，這樣在網格劃分的時候就可以保證曲面的完整性。
展開 Ansys Lumerical | 行波 Mach-Zehnder 調制器仿真分析
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