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

2016-12-09  by:CAE仿真在線  來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

您知道嗎?當(dāng)您搭乘飛機(jī)旅行時(shí),您的座椅及安全帶等設(shè)備很有可能就是由B/E Aerospace設(shè)計(jì)并制造的。B/E Aerospace是全球領(lǐng)先的商業(yè)客機(jī)和私人客機(jī)機(jī)艙內(nèi)飾產(chǎn)品的主要設(shè)計(jì)者和制造商。其中的主要業(yè)務(wù)模塊是為各大飛機(jī)制造商提供航空座椅,這些座椅的設(shè)計(jì)和測(cè)試都是在位于北卡羅萊納州的溫斯頓-塞勒姆的商務(wù)機(jī)產(chǎn)品集團(tuán)(Commercial Airplane Products Group)進(jìn)行的。

更輕、更安全的航空座椅

在北卡羅萊納州的研究所,B/E Aerospace除了設(shè)計(jì)航空座椅之外,也設(shè)計(jì)很多其它的航天器內(nèi)飾。其設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和有限元分析團(tuán)隊(duì)的共同座右銘:“更便宜的機(jī)票,更安全的旅行。”

如今日漸激增的油價(jià)迫使航空公司期望真正“變得更輕”。為了實(shí)現(xiàn)飛機(jī)整體減重,他們不斷嘗試各種新的方法。例如減少機(jī)上閱讀期刊數(shù)量、去除雜志架、取消機(jī)上烤爐設(shè)備、用窗簾取代隔板、減輕過(guò)道車的重量等等,通過(guò)這些辦法來(lái)節(jié)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(jià)。同時(shí)在緊急情況下,強(qiáng)度性能更好的設(shè)計(jì)能為乘客提供更好的安全保障。為此,B/E Aerospace設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)朝著這兩個(gè)目標(biāo)而努力。

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期中增加HyperWorks和CAE技術(shù)

B/E Aerospace邁阿密研究之前利用HyperWorks對(duì)一流的私人飛機(jī)座椅進(jìn)行了成功設(shè)計(jì),溫斯頓-塞勒姆研究所對(duì)其印象深刻,于是求助于Altair公司。

Altair派遣一位資深的工程師到研發(fā)現(xiàn)場(chǎng)工作三個(gè)月,幫助完成其最新的商業(yè)座椅產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)工作,在這三個(gè)月中該工程師展示了HyperWorks 這一先進(jìn)的CAE工具所帶來(lái)的無(wú)與倫比的效益。其中,負(fù)責(zé)結(jié)構(gòu)和驗(yàn)證方面的主管工程師Yanbin Liu博士利用 Altair HyperWorks開(kāi)發(fā)了一套虛擬驗(yàn)證流程,改進(jìn)了B/E的設(shè)計(jì)流程。

在B/E新型座椅開(kāi)發(fā)的早期,Liu博士就做過(guò)座椅的典型結(jié)構(gòu)分析工作。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)早期利用Altair HyperMesh和Altair OptiStruct的拓?fù)鋬?yōu)化能力使零件的重量減少了32%。該設(shè)計(jì)雖然目前還沒(méi)有進(jìn)入生產(chǎn)階段,但在減重和節(jié)約燃油方面已經(jīng)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(jī)上需設(shè)置大量座椅的情況。

“2007年7月我嘗試聯(lián)系了Altair客戶經(jīng)理Stephen Aljets,請(qǐng)他進(jìn)行相關(guān)評(píng)估。在評(píng)估過(guò)程中Altair團(tuán)隊(duì)提供了非常專業(yè)的技術(shù)支持。10月份我們拿到了HyperWorks的正式許可證。”

Yanbin Liu博士 B/E Aerospace結(jié)構(gòu)和驗(yàn)證主管工程師

Liu博士說(shuō):“OptiStruct提供了一個(gè)很好的思路,而且這種通過(guò)優(yōu)化后的結(jié)果是非常準(zhǔn)確的。即使我們的設(shè)計(jì)是從一個(gè)猜想開(kāi)始,通過(guò)OptiStruct,我們也能夠在獲得更為理想的設(shè)計(jì)方案?！?

降低驗(yàn)證費(fèi)用

航空座椅的設(shè)計(jì)是完全通過(guò)市場(chǎng)導(dǎo)向的。航空公司希望為乘客提供舒服而有特色的座椅,同時(shí)他們也迫切要求把座椅做得更輕以減少燃油費(fèi)用支出。B/E Aerospace的設(shè)計(jì)師們?cè)诜习踩J(rèn)證的約束范圍內(nèi)努力去滿足這些要求。

為了滿足美國(guó)聯(lián)邦航空局(FAA)的適航要求,產(chǎn)品必須通過(guò)在美國(guó)聯(lián)邦航空局認(rèn)證的指定工程代表(DER)監(jiān)督下進(jìn)行破壞性物理測(cè)試。首先,一套帶有系安全帶的碰撞假人的座椅必須通過(guò)靜壓測(cè)試,然后再將其安裝到一個(gè)滑槽上經(jīng)受碰撞測(cè)試的動(dòng)態(tài)慣性載荷。他們必須經(jīng)受住至少16G 的水平載荷和14G的垂向載荷,還要通過(guò)頭部損傷值(HIC)測(cè)試。

所以當(dāng)設(shè)計(jì)工程團(tuán)隊(duì)向CAE團(tuán)隊(duì)發(fā)送一個(gè)原型樣機(jī)CAD模型的時(shí)候,就產(chǎn)生了一個(gè)問(wèn)題:該設(shè)計(jì)能否通過(guò)驗(yàn)證?

這樣,CAE團(tuán)隊(duì)就成了設(shè)計(jì)和FAA批準(zhǔn)部門之間的紐帶。他們先將模型導(dǎo)入HyperMesh,進(jìn)行若干碰撞仿真,并使用OptiStruct對(duì)模型進(jìn)行調(diào)整,然后將修改后的模型發(fā)送回設(shè)計(jì)工程師。該過(guò)程的目標(biāo)是減少用于驗(yàn)證的物理測(cè)試的數(shù)量,從而減少初始測(cè)試的成本(減少了60%),并盡量縮短產(chǎn)品周期。

Steve Kash和Jacob Valentine說(shuō):“利用有限元分析技術(shù)這個(gè)偉大的工程工具,我們減少了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的周期,提高了動(dòng)態(tài)測(cè)試試驗(yàn)的效率,同時(shí)通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)大大降低了產(chǎn)品的重量和成本。”

Liu博士說(shuō):“如果沒(méi)有CAE分析工具,他們不得不做三次或更多的物理測(cè)試。CAE分析工具使我們能夠進(jìn)行虛擬驗(yàn)證從而消除初始失效,這是一個(gè)很大的節(jié)約?！?

幫助驅(qū)動(dòng)和加速設(shè)計(jì)

Liu 博士和他的同事目前正使用Altair HyperWorks進(jìn)行改進(jìn)座椅設(shè)計(jì)流程和建立虛擬驗(yàn)證流程相關(guān)工作。除了利用仿真技術(shù)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證之外,他們也使用OptiStruct和MotionView尋找更高效、更好的座椅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,不斷滿足市場(chǎng)日益縮短的產(chǎn)品周期的要求。

Liu博士說(shuō):“對(duì)于大的修改,設(shè)計(jì)師需要更改外形,但對(duì)于小的更改,我們可以簡(jiǎn)單地在HyperMesh中更改幾何,第二天就可以對(duì)模型進(jìn)行評(píng)估。用這種方法我們可以進(jìn)一步縮短產(chǎn)品周期?！?br />
B/E Aerospace的管理層希望利用這些優(yōu)點(diǎn)擴(kuò)展他們的CAE能力。他們不斷擴(kuò)大仿真技術(shù)團(tuán)隊(duì)來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品虛擬驗(yàn)證和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),越來(lái)越多的工程師正在使用HyperWorks幫助B\E Aerospace設(shè)計(jì)和制造出更好的航空座椅。

這是一個(gè)三贏(win-win-win)的成功:乘客感覺(jué)更安全舒適、燃油費(fèi)用進(jìn)一步降低、環(huán)境的污染降到更低。

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