HyperWorks在B/EAerospace：提供更輕、更安全的航空座椅

2016-10-05 by:CAE仿真在線來源:互聯網

您知道嗎?當您搭乘飛機旅行時,您的座椅及安全帶等設備很有可能就是由B/E Aerospace設計并制造的。B/E Aerospace是全球領先的商業客機和私人客機機艙內飾產品的主要設計者和制造商。其中的主要業務模塊是為各大飛機制造商提供航空座椅,這些座椅的設計和測試都是在位于北卡羅萊納州的溫斯頓-塞勒姆的商務機產品集團(Commercial Airplane Products Group)進行的。

更輕、更安全的航空座椅

在北卡羅萊納州的研究所,B/E Aerospace除了設計航空座椅之外,也設計很多其它的航天器內飾。其設計團隊和有限元分析團隊的共同座右銘:“更便宜的機票,更安全的旅行。”

如今日漸激增的油價迫使航空公司期望真正“變得更輕”。為了實現飛機整體減重,他們不斷嘗試各種新的方法。例如減少機上閱讀期刊數量、去除雜志架、取消機上烤爐設備、用窗簾取代隔板、減輕過道車的重量等等,通過這些辦法來節省燃料。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。同時在緊急情況下,強度性能更好的設計能為乘客提供更好的安全保障。為此,B/E Aerospace設計團隊朝著這兩個目標而努力。

在產品設計周期中增加HyperWorks和CAE技術

B/EAerospace邁阿密研究之前利用HyperWorks對一流的私人飛機座椅進行了成功設計,溫斯頓-塞勒姆研究所對其印象深刻,于是求助于Altair公司。

Altair派遣一位資深的工程師到研發現場工作三個月,幫助完成其最新的商業座椅產品的設計研發工作,在這三個月中該工程師展示了HyperWorks 這一先進的CAE工具所帶來的無與倫比的效益。其中,負責結構和驗證方面的主管工程師Yanbin Liu博士利用 Altair HyperWorks開發了一套虛擬驗證流程,改進了B/E的設計流程。

在B/E新型座椅開發的早期,Liu博士就做過座椅的典型結構分析工作。在產品設計早期利用Altair HyperMesh和Altair OptiStruct的拓撲優化能力使零件的重量減少了32%。該設計雖然目前還沒有進入生產階段,但在減重和節約燃油方面已經取得了巨大的成功,特別是考慮了波音787和空客A380等大飛機上需設置大量座椅的情況。

“2007年7月我嘗試聯系了Altair客戶經理Stephen Aljets,請他進行相關評估。在評估過程中Altair團隊提供了非常專業的技術支持。10月份我們拿到了HyperWorks的正式許可證。”

Yanbin Liu博士 B/E Aerospace結構和驗證主管工程師

Liu博士說:“OptiStruct提供了一個很好的思路,而且這種通過優化后的結果是非常準確的。即使我們的設計是從一個猜想開始,通過OptiStruct,我們也能夠在獲得更為理想的設計方案。”

降低驗證費用

航空座椅的設計是完全通過市場導向的。

航空公司希望為乘客提供舒服而有特色的座椅,同時他們也迫切要求把座椅做得更輕以減少燃油費用支出。B/E Aerospace的設計師們在符合安全認證的約束范圍內努力去滿足這些要求。

為了滿足美國聯邦航空局(FAA)的適航要求,產品必須通過在美國聯邦航空局認證的指定工程代表(DER)監督下進行破壞性物理測試。首先,一套帶有系安全帶的碰撞假人的座椅必須通過靜壓測試,然后再將其安裝到一個滑槽上經受碰撞測試的動態慣性載荷。他們必須經受住至少16G的水平載荷和14G的垂向載荷,還要通過頭部損傷值(HIC)測試。

所以當設計工程團隊向CAE團隊發送一個原型樣機CAD模型的時候,就產生了一個問題:該設計能否通過驗證?

這樣,CAE團隊就成了設計和FAA批準部門之間的紐帶。他們先將模型導入HyperMesh,進行若干碰撞仿真,并使用OptiStruct對模型進行調整,然后將修改后的模型發送回設計工程師。該過程的目標是減少用于驗證的物理測試的數量,從而減少初始測試的成本(減少了60%),并盡量縮短產品周期。

SteveKash和Jacob Valentine說:“利用有限元分析技術這個偉大的工程工具,我們減少了產品設計的周期,提高了動態測試試驗的效率,同時通過優化設計大大降低了產品的重量和成本。”