Dnešný letecký priemysel čelí veľkým výzvam:
1) Bezpečná a skrátená integrácia avionických systémov
- Spoločná zodpovednosť za návrh medzi partnermi
- čoraz zložitejšie a vzájomne sa ovplyvňujúce systémy s komplexnými stratégiami riadenia
2) Skrátenie času a nákladov na vývoj
- Riešenie otázok návrhu a integrácie na začiatku vývojového cyklu
- Zníženie počtu skutočných prototypov a testovanie
3) Riadenie inovácií súvisiacich s inteligentnými systémami
- Paralelné návrhové cykly pre fyzický a riadiaci systém
- Potreba spoločného systémového modelu medzi systémami a kontrolnými tímami
Simcentrum Amesim môže výrazne prispieť k riešeniu týchto výziev.
Simcenter Amesim je integrovaná, škálovateľná platforma na simuláciu systémov, ktorá umožňuje simulátorom systémov virtuálne vyhodnocovať a optimalizovať výkon mechatronických systémov. Zvyšuje celkovú produktivitu systémového inžinierstva od počiatočných fáz vývoja až po finálne overenie a kalibráciu systému.
Pripravené multifyzikálne knižnice na použitie v kombinácii s aplikačne a priemyselne orientovanými riešeniami podporovanými výkonnými platformami umožňujú inžinierom simulácie systémov rýchlo vytvárať modely a presne vykonávať analýzy.
Simcenter Amesim je otvorené prostredie, ktoré možno integrovať do obchodných procesov. Možno ho ľahko prepojiť s hlavnými softvérovými balíkmi CAE, CAD a riadiacim sw, môže spolupracovať s Functional Mockup Interface (FMI), Modelica® a prepojiť sa s inými riešeniami Simcenter a Teamcenter®. Simcenter Amesim je k dispozícii aj na cloudovej platforme spoločnosti Rescale (ako SaaS a HPC na vyžiadanie).
Typické aplikácie v leteckom priemysle sú:
- Elektrický pohon lietadiel
- Vzduchové chladenie batérie
- Chladenie elektromotora
- Generátor s premenlivou frekvenciou
- Generátor s premenlivou frekvenciou spojený s nárazovou vzduchovou turbínou
- Generátor s premenlivou frekvenciou a bezkomutátorovým budením
- Energetický manažment a tepelná integrácia
Elektrický pohon lietadiel
Hybridný a elektrický pohon je v súčasnosti najhorúcejšou témou v leteckom priemysle. Noví účastníci trhu (Siemens, Uber, Google – aby sme vymenovali aspoň niektoré) investujú do nových nápadov v oblasti pohonu. Tieto nové nápady si vyžadujú výkonné a spoľahlivé simulačné nástroje, ktoré sa musia vopred otestovať pred vytvorením akéhokoľvek prototypu (pre tieto spoločnosti ide o peniaze).
Na rýchle testovanie stoviek konštrukčných parametrov sú potrebné kvázi statické a jednoduché modely batérií, motorov a meničov. Na analýzu sériového hybridného pohonného systému sú vytvorené jednoduché modely v programe Simcenter Amesim.
Takto môžete získať odpovede na otázky:
Dokáže elektromotor poskytnúť vrtuli potrebný výkon na hriadeli alebo ho musíme trochu zvýšiť?
Je teplota vinutia motora v medziach tolerovaných izolátorom svoriek?
Je na konci letu stav nabitia a energie batérie v medziach tolerovaných normami (napríklad normami GAMA)?
Dokáže ICE poskytnúť dostatok energie na nabitie batérie a udržanie napätia v cestovnej fáze?
Vzduchové chladenie batérie
Riadenie tepla batérie je veľká téma. Rieši sa skladaním rôznych článkov, aby sa získala batéria potrebných vlastností. Okrem elektrochemických javov v batérii sa modeluje aj výmena tepla medzi článkami a okolím. Vďaka elektrotermickému prístupu možno sledovať teplotu jednotlivých článkov počas rôznych podmienok prostredia (počas celého letu).
Generátor s premenlivou frekvenciou
Ďalšia aplikácia sa týka synchrónneho generátora, ktorý sa používa vo väčšine lietadiel. Keď sa zmení rýchlosť synchrónneho generátora alebo sa náhle zvýši spotreba energie, dôjde k jeho destabilizácii. Krútiaci moment a napätie môžu klesať a prechádzať určitými osciláciami.
Pomocou simulačného modelu v programe Simcenter Amesim možno analyzovať prechodné javy krútiaceho momentu a napätia a testovať generátor s možnými náhlymi zmenami a osciláciami napätia/krútiaceho momentu, ktoré sa môžu vyskytnúť. Môžete určiť konkrétne body v čase, aby ste mohli hlbšie analyzovať, čo sa deje.
V prípade potreby možno požiadavky na generátor upraviť tak, aby napätie zostalo v medziach tolerovaných normami (napr. STD-MIL 704F).
Vo väčšine komerčných lietadiel sa výrobný systém skladá zo synchrónneho generátora a k nemu pripojeného budiaceho systému (dva ďalšie menšie synchrónne generátory). Na reguláciu sieťového napätia sa používa séria diód a meničov. Vďaka prístupu Simcenter Amesim k jednoduchému zostavovaniu modelov nie je zostavenie takéhoto systému zo štandardných blokov až také zložité.
V závislosti od požiadavky na ustálený výkon a prechodné javy v sieti môže byť budiaci systém vopred dimenzovaný tak, aby zabezpečil, že hlavný generátor dostane dostatočný budiaci výkon na napájanie a absorpciu prechodných javov napätia a prúdu. Môže sa tu simulovať aj interakcia medzi generátorom a ostatnými sieťovými komponentmi, ako sú napríklad transformátorové usmerňovacie jednotky.
Synchrónny generátor je v núdzových prípadoch poháňaný vzduchovou turbínou (RAT). Na základe požiadavky na núdzový výkon je dôležité nielen správne dimenzovať generátor, ale aj skontrolovať, či turbína dokáže premeniť aerodynamický výkon na dostatočný mechanický výkon na pohon generátora a zaťaženia, ktoré dodáva. Môže sa použiť vysokoúrovňový model turbíny parametrizovaný polomerom a aerodynamickými stratami. Na základe rôznych vstupov (elektrický výkon, nadmorská výška misie a rýchlosť) možno posúdiť potrebu výkonu a sklon turbíny. Výkonná turbína ukrytá pod bruchom lietadla pomáha zmierniť následky núdzových scenárov. Vďaka simulácii v programe Simcenter Amesim je návrh takéhoto riešenia oveľa jednoduchší.
Energetický manažment a tepelná integrácia
Ďalšia aplikácia sa týka kvázi statického výpočtu výkonu elektrickej siete. V lietadle každé zariadenie odoberá rôzne množstvo energie v závislosti od fázy letu. Je dôležité vedieť, či generátory zvládnu spotrebu energie pre každú konfiguráciu siete a každú fázu letu. V porovnaní s výpočtom spotreby energie pomocou tabuľkového procesora (kde vypočítate len jeden bod spotreby) môžete pomocou programu Simcenter Amesim prejsť celým letovým cyklom a predimenzovať rozpočet spotreby siete v rôznych fázach letu. Okrem toho môžete prepojiť model siete s tepelným modelom lietadla a vyhodnotiť teplo zo zariadení, navrhnúť chladenie priestoru elektroniky a zabezpečiť tak správne tepelné rezervy pre elektrické systémy.
Vďaka prístrojovej doske (fungujúcej ako akýsi ECAM – elektronický centralizovaný monitor lietadla) možno počas simulácie meniť konfiguráciu siete.
Výkon generátorov možno analyzovať a vyhodnocovať teplotu v priestore elektroniky na základe požiadaviek na výkon a chladiaci systém možno upraviť tak, aby zodpovedal teplotným rezervám.
Ak chcete získať viac informácií o Simcenter Amesim, jeho možnostiach alebo získať nejaké referencie, napíšte nám.
