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航空宇宙:負荷シミュレーション

航空機の空力負荷シミュレーション

航空機翼の設計では、抵抗と重量の適切なトレードオフを特定することが重要な課題になります。遷音速翼を薄くすると抵抗は少なくなりますが重量が増えるため、航空機の性能は低下します。また空力負荷により翼が変形する様子が、窓から乗客に見えてしまうという問題もあります。

このような課題の適切な解決方法を、シミュレーションを通じて設計の初期段階で見つけることで、コストのかかるモデル作成や風洞実験を後工程で行う必要がなくなり、開発コストを大幅に削減することができます。さらに、小型の部品(高揚力翼のスラットやフラップなど)に対する負荷を予測することができれば、これらの部品に必要な支持構造を予備設計の段階で適切な寸法で設計できるため、過剰な設計を回避し、重量を大幅に軽減することが可能になります。

技術課題

航空機翼の性能と重量のトレードオフについて理解を得るためには、空力負荷と、その負荷に対する構造の反応を予測できなければなりません。これには正確な流体ソルバーと構造ソルバー、さらにそれらの自動連成が必要になります。流体ソルバーは分配された空力負荷(静的または動的)を予測し、それらの負荷を適切な形式で構造ソルバーに受け渡すことで、翼のたわみを予測します。

現在使用されている多くのCFDツールでは、流体ソルバーと構造ソルバーが自動連成されません。従って、ほとんどの空力予測では剛体の翼が前提になっており、それが過剰な設計や、コストのかかる後工程での修正など重要なエラーを引き起こす原因の1つになっています。



翼の静的な空力弾性反応と流速の対比

ソリューション

弊社ツールは、正確な負荷予測に必要なすべての要素を備えています。PowerFLOW®は本質的に非定常であり、静荷重や振動の原因となる表面の圧力変動を容易かつ正確に予測できるため、翼全体および個々の部品について、変形による問題を特定することができます。静的および非定常な負荷は、任意の構造ソルバーと組み合わせることで、静的変形や振動を計算することができます。

PowerFLOWでは非常に複雑な形状構造も考慮する機能があるため、フラップやスラットなど小型の部品の静的負荷を予測することができます。ブラケットやフェアリングなどの支持構造をPowerFLOWで最適化することで、大幅な重量低減が可能になります。

EXA SOFTWARE USED FOR THIS APPLICATION

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Simulation: 
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