Blog

Dnešní letecký průmysl se potýká s velkými výzvami:

1) Zabezpečená a zkrácená integrace leteckých systémů 

• Sdílená odpovědnost za design mezi partnery
• Stále složitější a interagující systémy s komplexními strategiemi řízení

2) Snižení času a nákladů na vývoj

• Řešení problémů s návrhem a integrací dříve ve vývojovém cyklu
• Snížení počtu skutečných prototypů a testování

3) Management inovací související s inteligentními systémy

• Paralelní návrhové cykly pro fyzický a řídicí systém
• Potřeba společného modelu systému mezi systémovými a kontrolními týmy

K řešení těchto výzev může značnou měrou přispět Simcenter Amesim.

Simcenter Amesim je integrovaná, škálovatelná systémová simulační platforma, která umožňuje systémovým simulátorům virtuálně hodnotit a optimalizovat výkon mechatronických systémů. Zvyšuje celkovou produktivitu systémového inženýrství od raných vývojových fází až po konečné ověření systému a kalibraci.
Multifyzikální knihovny připravené k použití v kombinaci s aplikačně a průmyslově orientovanými řešeními podporovanými výkonnými platformami umožňují inženýrům simulace systémů rychle vytvářet modely a přesně provádět analýzy.

Simcenter Amesim je otevřené prostředí, které lze integrovat do podnikových procesů. Lze jej snadno propojit s hlavními softwarovými balíky CAE, CAD a řídícími sw, může spolupracovat s funkčním mockupovým rozhraním (FMI), Modelica® a propojit se s dalšími řešeními Simcenter i Teamcenter®. Simcenter Amesim je také k dispozici na cloudové platformě Rescale (jako SaaS a on-demand HPC).

Typickými aplikacemi v leteckém průmyslu jsou:

• Elektrický pohon letadla
• Chlazení baterie vzduchem
• Chlazení elektromotoru
• Generátor s proměnnou frekvencí
• Generátor s proměnnou frekvencí spojený s náporovou vzduchovou turbínou
• Generátor s proměnnou frekvencí a bezkomutátorové buzení
• Energetický management a tepelná integrace

Elektrický pohon letadla​

Hybridní a elektrický pohon je právě teď nejžhavějším tématem v leteckém průmyslu. Nově příchozí (Siemens, Uber, Google – abychom jmenovali alespoň některé)  investují do nových nápadů na pohon. Tyto nové nápady vyžadují výkonné a spolehlivé simulační nástroje, které mají být předem otestovány před vytvořením jakéhokoli prototypu (pro tyto společnosti jsou peníze, o které se hraje).

Kvazistatické a jednoduché modely baterií, motorů a měničů jsou potřeba k rychlému testování stovek konstrukčních parametrů. Jednoduché modely v Simcenter Amesim jsou sestaveny k analýze sériového hybridního pohonného systému.

Dokážete tak získat odpovědi na otázky:

Dokáže elektromotor poskytnout potřebnou sílu hřídele vrtuli nebo jej musíme trochu zvětšit?
Jsou vinutí motoru v rámci teplotní meze tolerována izolátorem vývodu?
Je na konci letu stav nabití baterie a energie v mezích tolerovaných standardy (například standardy GAMA)?
Může ICE poskytnout dostatek energie k nabití baterie a udržení napětí v cestovní fázi?

Chlazení baterie vzduchem

Řízení tepla bateria je velkým tématem. Řeší se naskládáním různých článků, aby se získala baterie potřebných vlastností. Kromě elektrochemických jevů v baterii se modeluje i tepelná výměna mezi články a prostředím. Díky elektrotermickému přístupu lze teplotu jednotlivých článků monitorovat během různých podmínek prostředí (po celou dobu letu).

Generátor s proměnnou frekvencí

Další aplikace se zabývá systémem synchronní generace používaným na většině letadel. Když se změní rychlost synchronního generátoru nebo se náhle zvýší spotřeba energie, dojde k jeho destabilizaci. Točivý moment a napětí mohou klesat a procházet určitými oscilacemi.

Díky simulačnímu modelu v Simcenter Amesim lze analyzovat momentové a napěťové přechodné jevy a testovat generátor s potenciálními náhlými změnami a oscilacemi napětí/momentu, kterými může procházet. Můžete určit konkrétní body v čase, abyste mohli hlouběji analyzovat, co se děje.
V případě potřeby lze požadavky generátoru upravit tak, aby napětí zůstalo v mezích tolerovaných normami (například STD-MIL 704F).

Na většině dopravních letadel se generační systém skládá ze synchronního generátoru a budícího systému, který je s ním spojen (dva další menší synchronní generátory). K regulaci síťového napětí se používá řada diod a převodníků. Díky přístupu Simcenter Amesim orientovanému na snadné skládání modelů není stavba takového systému ze standardních bloků tak složitá.

V závislosti na požadavku na výkon v ustáleném stavu a síťových přechodových jevech je možné předem dimenzovat budicí systém a zajistit, aby hlavní generátor dostal dostatek budícího výkonu, aby dodal a pohltil přechodové jevy napětí a proudu. Lze zde také simulovat interakci mezi generátorem a dalšími síťovými komponenty, jako jsou transformátorové usměrněné jednotky.

Pro nouzové případy je synchronní generátor poháněn náporovou vzduchovou turbínou (RAT). Na základě požadavku na nouzový výkon je důležité nejen správně dimenzovat generátor, ale také zkontrolovat, zda turbína dokáže přeměnit aerodynamický výkon na dostatečný mechanický výkon pro pohon generátoru a zátěže, kterou napájí. Lze použit vysokoúrovňový model turbíny parametrizovaný poloměrem a aerodynamickou ztrátou. Na základě různých vstupů (elektrický výkon, nadmořská výška mise a rychlost) lze posoudit potřebu výkonu turbíny a sklon. Výkonná turbína schovaná pod břichem letadla pomáhá zmírňovat následky nouzových scénářů. Díky simulaci v Simcenter Amesim je návrh takového řešení o dost jednodušší.
 

Energetický management a tepelná integrace

Další aplikace se týká kvazistatického rozpočítávání výkonu elektrické sítě. V letadle odebírá každý kus zařízení jiné množství energie v závislosti na fázi letu. Je důležité vědět, zda generátory zvládnou spotřebu energie pro každou konfiguraci sítě a každou fázi letu. Ve srovnání s kalkulací spotřeby energie pomocí tabulkového procesoru (kde počítáte pouze s jedním bodem spotřeby), se Simcenter Amesim můžete procházet celým letovým cyklem a předem dimenzovat rozpočet na napájení sítě v různých fázích letu. Navíc můžete model sítě propojit s tepelným modelem letadla a vyhodnocovat teplo ze zařízení, navrhnout chlazení prostoru pro elektroniku, abyste zajistili správné teplotní rezervy pro elektrické systémy.

Díky přístrojové desce (fungující jako jakýsi ECAM - elektronický centralizovaný monitor letadla) lze během simulace měnit konfiguraci sítě.
Výkon generátorů lze analyzovat a teplotu prostoru elektroniky vyhodnocovat na základě požadavku na napájení a chladicí systém lze přizpůsobit tak, aby odpovídal teplotním rezervám.

Pokud chcete získat více informací o Simcenter Amesim, jeho možnostech nebo získat nějaké reference, napište nám.