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航空宇宙

航空機の空力、熱マネージメント、空力騒音シミュレーション

航空業界では、現在、効率性を高め、環境に配慮した騒音の少ない航空機の開発に取り組んでいます。業界大手の企業では、開発プロセスにおけるリスクを軽減しながら開発期間を短縮することが不可欠となっています。航空機の新規開発コストが急激に上昇する中で、法規制はさらに厳格化し、顧客の要求事項と納期も厳しさを増しています。これらに対応するためには、精度のよいシミュレーションをスピーディーに行わなければなりません。

 

弊社は、自動車業界におけるシミュレーションの在り方を変革するという、目覚しい実績を築き上げてきました。これにより、、世界中の航空関連企業が、弊社のソリューションを自社の開発プロセスに導入し始めています。高揚力翼の設計、環境騒音の低減、客室内の快適性向上、熱システムマネージメントの安全性向上などの面で、弊社は既に業界の大手企業に貢献しております。

CFDツールを最も早くから導入している業界の一つである航空業界では、流体シミュレーションの活用が既に有意に役立っています。例えば、高揚力翼のコストと開発期間が大幅に低減されています。しかしながら、自社開発のCFDツールに何億ドルもの投資を行っているにも関わらず、巡航速度での定常的な運行状態という限定された範囲でしか、CFDが活用されていないのも事実です。高揚力装置と着陸装置で構成された離着陸システムなどの複雑な形状は、大幅に簡略化しない限り対応できず、精度に欠けます。環境騒音も規制対象となる重要な課題ですが、騒音は周波数が関係する非定常的な問題であるため、社内コードでは対応することができません。負荷、安定性、コントロールなどその他の要素についても、依然として従来のCFD手法では対応できず、新しい航空機を開発するたびに何年にもおよぶ風洞試験が必要になります。

弊社ソフトウェア製品群は、航空業界における従来のCFDツールの限界を克服する機能を備えています。これらのソフトウェアでは、航空機の詳細な形状をいっさい簡略化することなく扱えると同時に、従来のCFD手法に比べてターンアラウンドタイムが劇的に短縮されます。着陸装置や高揚力翼周辺の気流により発生する機体騒音も、PowerFLOWでは最初から正確かつ効率的にシミュレートすることができます。熱マネージメントの問題(APUコンパートメント、ナセル、車輪格納部、客室内の流体温度や表面温度の計算など)も、PowerFLOWでは詳細な形状を忠実に再現しながら正確に解くことができます。

弊社のソフトウェアは、航空機の開発期間全体の時間とコストを削減することで、業界の発展に貢献いたします。PowerFLOWがあれば、飛行エンベロープ全体を通じて航空機をシミュレートすることができる、真の「デジタルフライト」が数年で実現できるでしょう。


非定常流シミュレーションの利点

航空業界では、精度と信頼性の面で、CFDツールに対する要求が非常に厳しくなっています。ターンアラウンドタイムの短縮や複雑形状を取扱えるツールの利点も、航空業界で求められている最高基準の精度が保証されない限り、意味をなさないと弊社は考えます。そのため弊社では、航空業界の基本的かつ標準的な多数の検証事例に対し、弊社テクノロジーを検証することに多額の資金を投入し続けています。弊社は、業界の大手企業、研究機関、学術機関との緊密な連携の下で、要求事項を特定し、入念な実験に対する検証を行い、最高基準の信頼性を保証する手法を開発しています。

弊社ツールの精度が傑出している理由の1つとして、PowerFLOWによるシミュレーションが、実世界と同じように本質的に非定常なことが挙げられます。現在普及している定常のCFD手法における精度の問題や近似は、PowerFLOWでは自動的に回避されます。PowerFLOWによる非定常シミュレーションは、従来のCFDツールによる非定常シミュレーションと比べ遥かに効率的です。例えば、詳細な高揚力翼の完全形状のシミュレーションでも、PowerFLOWでは1日以内で行うことができ、非定常シミュレーションであるため、失速時においても精度は失われません。

(画像)着陸装置周囲の非定常の流れ構造

複数のアプリケーションと複合的なシミュレーションによるコスト削減

実証済みの広範な機能を備えたPowerFLOWを使用することで、短期間で投資利益が得られます。競合する手法と比較し、PowerFLOWではケースセットアップの時間がわずかであるため、非常に困難なシミュレーションも管理可能になり、作業に要する期間が日単位、週単位で短縮されます。このたった1つのソフトウェアで、内部流および外部流の複雑なシミュレーションを全て行うことができます。

PowerFLOWでは、高揚力空力、空力騒音の騒音源、熱マネージメントなどについて、CFDシミュレーションの正確なデータに基づいて設計変更を行うことができます。もう1つの重要な利点は、複合的なシミュレーションを実行できることです。1つの強力なツールを介して、複数の設計エンジニアリングチームが、新たな航空機開発に向けてコラボレートすることができます。同一の詳細な形状モデルを用いて、異なる適用分野のシミュレーションを行うことで、設計上のトレードオフ(cL、max、高揚力装置の騒音など)を直接評価することができます。

航空分野におけるアプリケーション

空力 − 高揚力空力および荷重

空力騒音 − 機体騒音(着陸装置や高揚力装置による騒音)や推進音(ジェットおよびファンの騒音、装置の配置による騒音)

環境マネージメントシステム − 客室快適性、システムの熱マネージメント、航空電子機器の冷却