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航空宇宙:システムの熱マネージメント

航空機の熱を管理する

航空機内にある多数の部品は、広範な熱および流体条件の下で安全に機能しなければなりません。それには、規定の温度範囲を超えないように、また高温の部品が近接する部品を損傷しないように設計することが重要な課題です。さらに、安全性、耐久性、認証に関する重大な問題を回避するためには、詳細設計フェーズの出来るだけ早い段階でこれらの課題に対応する必要があります。コストのかかる後期での設計変更を回避するためには、部品の配置や熱シールドを慎重かつ詳細に分析しなければなりません。この種の分析は、APUコンパートメント、ナセル、車輪格納部など、航空機の多数のシステムに対して行う必要があります。

技術課題

システムの熱設計では、従来、高価かつ時間を要し、柔軟な対応が困難なプロトタイプによる実験に大きく依存してきました。このテストではサーモカップルによる計測を行いますが、エンジニアは熱の問題が発生しうる箇所を先験的に予測しなければなりません。しかしながら、複雑なシステムの流れには強い乱流特性があるため、その予測は不可能に近いのが現状です。再設計と再テストに依存する方法は高価かつ当たり外れが大きく、最も高温になる箇所を最終的に特定できないことも多くなります。本質的に非定常な乱流特性を風洞で視覚化することはほぼ不可能ですが、部品を適切に配置し保護するためには、このような複雑な構造を理解しなければなりません。さらに、非常に高温になる部品に関して、その温度は周囲の流体における熱伝導、輻射、対流の複雑な相互作用の結果であり、正確に予測することは極めて困難です。

ソリューション

弊社は、航空機システムの熱害に関する課題解決に最適なソリューションを提供しております。PowerFLOW独自の本質的に非定常な格子ボルツマン法に基づく物理特性により、最も複雑な形状に対しても実世界での非定常な現象を正確にシミュレートすることが可能です。PowerTHERMは、高精度かつ完全連成の熱伝導および輻射ソルバーです。PowerFLOWとPowerTHERMを組み合わせることで、温度を正確に予測し、航空機全体の流れと温度場を可視化することが可能になります。これによりエンジニアは問題のある箇所を特定し、課題を解消する設計改善案を提出することができます。シミュレーションとモデルの設定に要するターンアラウンドタイムが短縮されるため、ベースラインの設計変更を迅速に行い、熱性能における改善を評価することが可能になります。

計測では、システムの熱性能を評価し、潜在的なホットスポットを特定することができます。弊社のシミュレーションソリューションでは、これらのホットスポットを予測するだけでなく、その背後にある物理的な原因を解明することができます。これらの洞察により、より素早い設計とより優れた熱ソリューションが実現します。弊社の熱ソリューションを活用することで、最初のプロトタイプにおける熱関連の失敗を大幅に減らし、さらには実験自体を廃止することができます。

PowerFLOWの熱システム解析機能の適用分野

  • 補助電源装置コンパートメント、ボイラー室
  • ナセル熱管理
  • ブレーキ冷却および車輪格納部の熱の分析

熱害における弊社ソリューションの利点​

  • ホットスポットの特定をする
  • 構成要素の寿命と信頼性を向上する
  • 熱シールドを適切に配置または除外する
  • 部品レイアウトの最適化
  • 実験の廃止による開発コストの削減

EXA SOFTWARE USED FOR THIS APPLICATION

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Simulation: 
Results Analysis: