飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計的案例
航空航天領(lǐng)域的飛行器氣動設(shè)計、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與疲勞、燃燒與傳熱、電磁散射（隱身）、軌道動力學(xué) 算法特點(diǎn)，及圖形工作站硬件配置推薦
飛行器氣動設(shè)計、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與疲勞、燃燒與傳熱、電磁散射（隱身）、軌道動力學(xué)直接觸及了航空航天領(lǐng)域仿真的技術(shù)核心。作為UltraLAB圖形工作站的廠商，精準(zhǔn)把握這些算法的計算特性，是為客戶提供最優(yōu)硬件解決方案的關(guān)鍵。
我將為您逐一解析這五大航空航天仿真領(lǐng)域。
核心結(jié)論速覽表
仿真領(lǐng)域核心算法/方法計算特點(diǎn)主要計算平臺備注飛行器氣動設(shè)計
計算流體力學(xué) (CFD)
求解大型稀疏矩陣、高內(nèi)存帶寬、網(wǎng)格規(guī)模巨大
CPU多核 ≈ GPU
GPU加速已成主流，尤其在RANS和LES中。CPU用于復(fù)雜前處理。
結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與疲勞
隱式有限元法
求解大型線性方程組、對內(nèi)存和CPU頻率敏感
CPU多核為主，CPU單核為輔
CPU是絕對主力，GPU加速正在興起，但成熟度不如CFD。
燃燒與傳熱
CFD + 化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)
計算密度極高、多物理場強(qiáng)耦合、極大規(guī)模
CPU多核集群 >> GPU
傳統(tǒng)上依賴CPU集群，GPU加速是前沿方向，潛力巨大。
展開 吸氣式高超聲速飛行器設(shè)計中的一些概念研究
當(dāng)然，到目前為止，超燃沖壓發(fā)動機(jī)技術(shù)的發(fā)展并不是很成熟，尚處于試驗階段，而且它有一定的使用范圍，不同的飛行速度下需要采用不同形式的吸氣式發(fā)動機(jī)。鑒于現(xiàn)今高超聲速飛行器所能提供的推力凈增益并不樂觀。為了保證飛行器具有足夠的推力以及持續(xù)的續(xù)航能力，這就需要從推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計角度對推進(jìn)系統(tǒng)的各個部件進(jìn)行精心
吸氣式高超聲速飛行器設(shè)計中的一些概念研究；的設(shè)計和匹配；研究成功與否的關(guān)鍵，并且隨著飛行器工作馬赫數(shù)越高；為此，本文將對飛行器與推進(jìn)系統(tǒng)一體化問題進(jìn)行研究；然而只對推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化是不夠的，同時還需要飛行器與推進(jìn)系統(tǒng)從根本上實(shí)現(xiàn)一體化，對高超聲速飛行器進(jìn)行飛行器機(jī)體/推進(jìn)系統(tǒng)的一體化（Propulsion Airframe Integration, PAI）設(shè)計。所謂一體化設(shè)計技術(shù)是指通過飛行器和推進(jìn)系統(tǒng)的相互作用，獲得盡可能高的氣動性能、推進(jìn)性能、穩(wěn)定性和控制特性[15]。一體化設(shè)計的主要優(yōu)點(diǎn)在于它充分利用了機(jī)體和推進(jìn)系統(tǒng)之間的相互作用，其前體作為進(jìn)氣道的預(yù)壓縮面有效的降低了發(fā)動機(jī)的尺寸和重量，后體作為推進(jìn)系統(tǒng)的噴管外膨脹段極大減小了發(fā)動機(jī)的迎風(fēng)面積，降低了阻力，同時機(jī)體與推進(jìn)系統(tǒng)共用壁面，減少了飛行器的濕潤面積，有利于飛行器熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計。一體化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)直接決定了整個高超聲速飛行器穩(wěn)定、安全以及高效的飛行特性，因而飛行器機(jī)體/推進(jìn)系統(tǒng)一體化設(shè)計是高超聲速飛行器
研究成功與否的關(guān)鍵，并且隨著飛行器工作馬赫數(shù)越高、范圍越寬，這個問題越突出[15]。
展開 免費(fèi)飛機(jī)設(shè)計：MAV微型飛行器研究進(jìn)展與總體設(shè)計
免費(fèi)飛機(jī)設(shè)計：MAV微型飛行器研究進(jìn)展與總體設(shè)計.pdf
飛行器總體設(shè)計
飛行器總體設(shè)計.pdf
旋翼飛行器結(jié)構(gòu)模態(tài)分析與調(diào)整
對超小型無人旋翼機(jī)的機(jī)體進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析．先利用了catia的有限元分析軟件包對結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性進(jìn)行分析,計算出了旋翼機(jī)的各階頻率與振型。其后通過結(jié)構(gòu)試驗對其計算的結(jié)果進(jìn)行驗證,并且根據(jù)計算和實(shí)驗的結(jié)果進(jìn)行了結(jié)構(gòu)修正。通過結(jié)構(gòu)的調(diào)整和強(qiáng)化,超小型無人旋翼機(jī)的機(jī)體振幅有所減小,并根據(jù)機(jī)體的振型模態(tài),飛行控制系統(tǒng)的各類傳感器均安裝在機(jī)體振幅較小的位置,改善了傳感器的工作性能。
旋翼飛行器結(jié)構(gòu)模態(tài)分析與調(diào)整.PDF
四旋翼微型飛行器設(shè)計
四旋翼微型飛行器設(shè)計.pdf
你們喜歡的飛行器設(shè)計
充氣四旋翼飛行器Airvada Diadon
來自法國的初創(chuàng)公司Airvada設(shè)計了 Airvada Diadon ，
可能是世界上第一款充氣無人機(jī)，它的旋翼支架為柔軟真空，
不怕磕碰也不懼遇水，收納狀態(tài)下占用的空間甚至不到20厘米，重不到0.4kg，很輕便。
共享汽車與飛行器系統(tǒng)Pop.up
這套名為Pop.up的無人機(jī)飛行汽車系統(tǒng)。
首先來說，這套系統(tǒng)最主要的組成部分，
仍然是一輛4個輪子的汽車。
只是，這汽車更像是一種電動的共享汽車，
人們可以開著它在市內(nèi)出行，但需要的時候，
可以將之開往指定的“換乘點(diǎn)”，然后預(yù)約無人飛行器過來，
與這汽車的駕駛艙對接，變成一輛“飛行汽車”！
此時，汽車的整個底盤（包括輪子）會脫落，在“換乘點(diǎn)”充電啥的，
等待下一個無人飛行器送來的駕駛艙，對接上就又變成一輛汽車。
而你，已經(jīng)在駕駛艙中，由無人飛行器帶著，飛向另一個“換乘點(diǎn)”，那里，也將有一個沒有駕駛艙的底盤，等著與你對接。
摔不壞的四旋翼飛行器
為了輕便堅固，四旋翼機(jī)基本都采用塑料或碳纖維材質(zhì)，
可這就增加他們從高空墜落瞬間粉身碎骨的幾率。EPFL從大自然獲取啟發(fā)，
設(shè)計了一套碰撞也壞不掉的結(jié)構(gòu)，四旋翼機(jī)的羽翼部分為有韌性的塑料材質(zhì)，
而與中間主體連接處使用磁性連接而非螺絲鎖死，因此受到?jīng)_擊時就會立即“散架”，
吸收一部分沖擊力，減少對主體部件的損壞。
隨行攝影飛行器Lily
可愛的Lily號稱世界上第一款即拋即用的GPS跟蹤攝影飛行器，
無需任何后臺編程或設(shè)定，只要把它向空中一扔，Lily便自動開啟。
其記載相機(jī)可拍攝1080/60p, 720/120p慢動作或靜態(tài)影像，單次充電續(xù)航時間20分鐘，
足夠記錄一次精彩刺激的戶外運(yùn)動！
展開 基于實(shí)際工程的飛行器氣動設(shè)計與仿真
結(jié)構(gòu)網(wǎng)格還是非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格
網(wǎng)格是影響計算結(jié)果的最大因素，不同的網(wǎng)格，同一求解器的結(jié)果差異要大于同一網(wǎng)格，不同求解器的差異。不管結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，還是非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，均需要有良好的節(jié)點(diǎn)（物面及空間）分布，這依賴于我們對求解區(qū)域流動的理解，這就是用同一軟件即使生成非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，計算結(jié)果有時差異很大的原因。
圖31 典型的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格與非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格
好的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，費(fèi)時費(fèi)力效果好，但非常依賴于經(jīng)驗，在絕大部分應(yīng)用場景下，逐漸被非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格取代。但結(jié)構(gòu)網(wǎng)格在物面黏性精確度高的特性，使得氣動熱仿真仍然依賴結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。
圖32 各種網(wǎng)格方法適用性比較圖
5.2. 選用何種求解器
根據(jù)本人的經(jīng)驗，各種開源程序及商用軟件，均有不同的最佳應(yīng)用場景。用一種求解器可以不可以，當(dāng)然可以。但是在自己不明白，自己仿真工況對應(yīng)最佳求解器的前提下，對求解器的要求僅僅是能算出結(jié)果，對比得還行，其實(shí)就氣動布局設(shè)計工程師而言，永遠(yuǎn)成為不了布局設(shè)計高手。
這部分內(nèi)容更多需要的是咱們自己多用，多算，多思考，得出自己的結(jié)論。拋出一個問題，大家一起思考一下，為什么跟風(fēng)洞試驗值對比最好的是湍流模型？
很多CFD工程師往往會質(zhì)疑風(fēng)洞試驗結(jié)果，事實(shí)的確是，試驗過程中因為諸多原因，結(jié)果往往不可信。復(fù)雜構(gòu)型跨速域飛行器，不真實(shí)的試驗結(jié)果往往對整個項目是災(zāi)難性的，因此，試驗數(shù)據(jù)必須精準(zhǔn)。按風(fēng)洞試驗流程，風(fēng)洞需要定期維護(hù)，保證流場品質(zhì)，每次試驗前也應(yīng)進(jìn)行對應(yīng)的標(biāo)模驗證，但是工程中往往做不到。那型號設(shè)計單位如何保證自己拿到的數(shù)據(jù)的精確性？一是，選取某工況，在試驗進(jìn)行中，不斷進(jìn)行重復(fù)性試驗，這時風(fēng)洞需要不斷更換風(fēng)洞試驗段，拆裝試驗?zāi)Ｐ停绻貜?fù)性非常好，就表明此次試驗，風(fēng)洞流場穩(wěn)定，并排除模型安裝的影響。
展開 使用 SolidWorks 設(shè)計的無人機(jī)（四軸飛行器） ￥10
無人機(jī)（四軸飛行器）
這是使用 SolidWorks 設(shè)計的四軸飛行器的詳細(xì) 3D CAD 模型。該組件采用三臂結(jié)構(gòu)，包含無刷電機(jī)、螺旋槳、中央框架和已安裝的電池組。該結(jié)構(gòu)針對輕量化性能進(jìn)行了優(yōu)化，展示了逼真的機(jī)械組件，例如電機(jī)支架、支撐架和模塊化框架。非常適合無人機(jī)設(shè)計演示和原型設(shè)計。
Xflow助力飛行器氣動設(shè)計優(yōu)化的優(yōu)勢
基于OptiStruct的縮比飛行器艙段設(shè)計
基于OptiStruct的縮比飛行器艙段設(shè)計.pptx
eVTOL飛行器螺旋槳多學(xué)科設(shè)計分析與優(yōu)化
在任何復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計中，設(shè)計優(yōu)化都是提高產(chǎn)品性能、滿足各種利益相關(guān)者要求、減少成本和上市時間的關(guān)鍵活動。在設(shè)計空間的自動搜索中，設(shè)計優(yōu)化廣泛使用了計算機(jī)輔助工程（CAE）仿真。工程系統(tǒng)結(jié)合了子系統(tǒng)和組件；每個部件都由不同的物理建模，性能評估涵蓋了一系列工程學(xué)科，包括：流體動力學(xué)、結(jié)構(gòu)、熱學(xué)、電磁和許多其他學(xué)科。這種組合被稱為多學(xué)科設(shè)計分析與優(yōu)化（MDAO）。使用MDAO框架的動機(jī)是尋求一種行之有效的方法，以滿足不斷變化和日益復(fù)雜的環(huán)境的需求。
為什么要在eVTOL飛行器開發(fā)中進(jìn)行多學(xué)科設(shè)計分析與優(yōu)化（MDAO）
在過去的十年里，分布式電力推進(jìn)（DEP）在航空領(lǐng)域的興起為飛行器設(shè)計問題增添了一種新的范式。電動垂直起降（eVTOL）飛行器在獨(dú)特的多學(xué)科環(huán)境中工作。這類飛行器的螺旋槳必須在巡航以及垂直和過渡飛行模式下運(yùn)行。一些設(shè)計使用一組電動高升力螺旋槳（HLP）來增加流量，以在低速飛行條件下增加升力，而其他設(shè)計可以為垂直或短距起飛和著陸（V/STOL）提供額外的推力。幾個概念旨在實(shí)現(xiàn)機(jī)身空氣動力學(xué)和戰(zhàn)略集成推進(jìn)器之間的良好相互作用，實(shí)現(xiàn)迄今為止無法實(shí)現(xiàn)的性能優(yōu)勢。這些螺旋槳必須結(jié)構(gòu)良好，以應(yīng)對復(fù)雜的飛行器過渡。
展開 《賽博朋克2077》里飛行器和武器是如何設(shè)計出來的？
我研究了F-35B(美國垂直/短距起降戰(zhàn)斗機(jī))的垂直起降跳躍噴射系統(tǒng)，以此作為引擎功能的靈感來源，這會給坦克一些堅實(shí)的、現(xiàn)實(shí)世界的可信度，所以我給它安裝了巨大的向下推進(jìn)器，安裝在寬大的“機(jī)翼”上，還有后向噴射器，這樣的話可以讓它快速的在地形中穿梭。
其防御能力的靈感是來自以色列梅卡瓦主戰(zhàn)坦克，如裝甲的形狀，偏轉(zhuǎn)的傾斜表面，低矮的整體輪廓。我希望坦克看起來有侵略性且實(shí)用。這里需要平衡未來世界的設(shè)計思路，一個懸停坦克的功能和細(xì)節(jié)。
深入的了解現(xiàn)實(shí)設(shè)計的知識，可以讓你的設(shè)計有個良好的開始。不僅僅是為了復(fù)制形狀、情緒或感覺，還有就是為了透徹的理解為什么事物看起來是這樣的。許多問題都被前輩解決了，那我們可以利用這些知識做出更明智的決定，了解哪些要素可以修改、組合、借用，以便在保持可信度的同時創(chuàng)造新東西。這方面一個很好的例子是Basilisk的設(shè)計過程——跟我從研究中了解的一樣，坦克的前部是有個很厚實(shí)的裝甲，且裝甲板是傾斜的，不僅可以偏轉(zhuǎn)撞擊，而且可以最大限度地增加射彈穿過裝甲船體的距離。
這個設(shè)計的另一個關(guān)鍵部分是考慮它的駕駛模型和動畫。我使用3D制作了動畫并測試哪個部分可以移動，方便玩家在控制的時候向玩家提供反饋。我決定將船體分成三個部分，每個部分都有“翅膀”，可以獨(dú)立移動，就像飛機(jī)上的小機(jī)翼一樣，這樣可以給飛船增加動力，幫助玩家更好地理解它的運(yùn)動。此外，我還利用后置發(fā)動機(jī)周圍的襟翼作為空氣制動器，對飛行器的運(yùn)動做出反應(yīng)，并從第三人稱視角提供視覺推力反饋。
還有，在設(shè)計時與游戲任務(wù)相關(guān)的要求也需要仔細(xì)考慮。我為玩家和副駕設(shè)計了個狹窄的、像棺材一樣的駕駛艙“吊艙”。
展開 四軸飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計
四軸飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計_劉峰.pdf
分布式電推進(jìn)飛行器高性能螺旋槳設(shè)計
與常規(guī)飛行器相比較，分布式電推進(jìn)飛行器全機(jī)性能主要由分布式動力系統(tǒng)與機(jī)翼之間的耦合特性所決定，因此其氣動設(shè)計問題已由傳統(tǒng)機(jī)翼的干凈外形設(shè)計問題轉(zhuǎn)變?yōu)榉植际絼恿εc機(jī)翼強(qiáng)耦合下的最優(yōu)特性設(shè)計問題，這對分布式電推進(jìn)飛行器的動力系統(tǒng)和機(jī)翼等均提出了不同的要求。如美國X-57全電飛機(jī)所采用的分布式螺旋槳就與傳統(tǒng)螺旋槳不同，它是作為一種特殊的增升裝置，以改善飛機(jī)滑跑起降狀態(tài)下的升力特性為目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計，被稱為“高升力螺旋槳”。因此，需要進(jìn)一步結(jié)合分布式電推進(jìn)飛行器發(fā)展，探討新型高性能動力單元和分布式動力系統(tǒng)的設(shè)計思想和設(shè)計方法，為下一步開展創(chuàng)新性研究提供建議和指引。
圖1 X-57分布式電推進(jìn)飛行器
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主要內(nèi)容
以類X-57分布式電推進(jìn)飛行器為研究對象，脫離了傳統(tǒng)螺旋槳僅僅追求高推進(jìn)效率的思路，提出并發(fā)展了以單位能量下獲得螺旋槳/機(jī)翼綜合氣動效率最優(yōu)為目標(biāo)的高性能螺旋槳優(yōu)化設(shè)計思路和方法。
文章首先對模擬螺旋槳旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的數(shù)值方法進(jìn)行介紹和算例驗證，包括多重參考坐標(biāo)系方法、面源法和葉素動量理論方法3種，保證螺旋槳數(shù)值模擬和數(shù)值設(shè)計的準(zhǔn)確性和可靠性。其次，對所發(fā)展的如下圖所示高性能螺旋槳優(yōu)化設(shè)計方法框架和設(shè)計步驟進(jìn)行介紹和分析，設(shè)計過程主要包括螺旋槳槳葉氣動載荷分布獲取，螺旋槳槳葉氣動載荷分布優(yōu)化設(shè)計，以及任意環(huán)量分布下的高性能螺旋槳槳葉快速反設(shè)計。
展開 飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
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