MÔ PHỎNG ĐÃ TRỞ THÀNH BỘ CÂN BẰNG TUYỆT VỜI CHO NGÀNH HÀNG KHÔNG?

MÔ PHỎNG TRỞ THÀNH BỘ CÂN BẰNG TUYỆT VỜI CHO NGÀNH HÀNG KHÔNG

Tuần trước, tôi đã may mắn được tham dự hội nghị kỹ thuật AIAA SciTech thường niên được tổ chức ở Orlando, nhưng năm nay lại được tổ chức trực tuyến. Tôi bị ấn tượng bởi số lượng người tham dự và các bài báo với nội dung độc đáo được phát hành. Hội nghị có hơn 4.300 người tham dự và hơn 2.100 tham luận.

Bằng nhiều cách, hội nghị này tiếp tục làm nổi bật tốc độ đổi mới trong ngành hàng không vũ trụ. Tôi bị ấn tượng bởi số lượng bài báo về mô phỏng liên quan đến khả năng di chuyển trên không trong đô thị (UAM), phương tiện eVTOL / VTOL và phát triển máy bay không người lái.

Sự xuất hiện của tôi trên loạt podcast của Siemens A&D Talking Aerospace Today hoàn toàn trùng khớp với quá trình mô phỏng tiến trình đang được thực hiện trong các lĩnh vực mới và đang phát triển này. Trong tập hiện tại của chúng tôi “eVTOL Thiết kế khí động học thông qua số hóa”, tôi nói về cách chuyển đổi kỹ thuật số thông qua mô phỏng đang thúc đẩy ngành công nghiệp tiến lên.

Mối quan hệ giữa mô phỏng và sự phát triển của phương tiện UAM

Thực sự không có gì ngạc nhiên khi mô phỏng và sự phát triển của các phương tiện mới để di chuyển trên không trong đô thị (UAM) được kết hợp chặt chẽ với nhau. Nhiều thiết kế xe UAM mới không tuân theo quy trình máy bay truyền thống. Ví dụ: nếu bạn nhìn vào các thiết kế phương tiện của Volocopter, với hơn 18 cánh quạt cho VTOL và chuyến bay chuyển tiếp, hoặc công việc của Joby Aviation với hành trình trên VTOL – rõ ràng là sự đổi mới gắn liền với sự phức tạp.

Điểm độc đáo của hai ví dụ này là thực tế là không có thiết bị tương tự hiện có nào có thể được sử dụng làm điểm khởi đầu cho thiết kế. Cách duy nhất để phát triển những chiếc máy bay mới này là tận dụng các công nghệ số hóa cao như mô phỏng để nhanh chóng đánh giá các ý tưởng thiết kế mới trước khi tạo mẫu vật lý.

Mô phỏng – Bộ cân bằng tuyệt vời

Điều tôi muốn truyền đạt nhất trong blog này là cách mô phỏng đã cân bằng sân chơi cho các công ty nhỏ để cạnh tranh với các công ty lớn hơn, lâu đời hơn. Và chính xác thì điều đó đang xảy ra như thế nào? Chà, có hai lý do. Đầu tiên, chúng tôi đã thấy sự cải thiện về độ chính xác khả dụng của mã mô phỏng để giải đáp các loại câu hỏi kỹ thuật phức tạp đã được mở rộng đáng kể.

Và thứ hai, khi kết hợp với các tài nguyên điện toán đám mây, mô phỏng đã mở ra một chiến lược thiết kế mới, nơi các công ty nhỏ có thể đánh giá và mô tả đặc điểm của máy bay được thiết kế mang tính cách mạng với chi phí chỉ bằng một vài năm trước đây.

Không chỉ các công ty nhỏ mới thấy được giá trị trong cách tiếp cận này. Chương trình Amazon Prime Air đã tận dụng công nghệ Siemens Simcenter và điện toán đám mây AWS của Siemens để phát triển một phương tiện giao hàng mới để giao hàng ở chặng cuối.

Điểm độc đáo trong chiến lược của Amazon là việc họ có thể mô tả mô phỏng tận dụng phương tiện của mình ngay trong quá trình thiết kế để đảm bảo họ có thể đáp ứng các mục tiêu về hiệu suất trong khi vẫn tận dụng một chuỗi kỹ thuật số để hỗ trợ họ khi chuyển sang sản xuất.

Cho đến nay, tôi đã nói về các mục tiêu cấp cao của thiết kế phương tiện UAM và mô phỏng và kỹ thuật số hóa đóng vai trò như một chiến lược cốt lõi, nhưng một số lĩnh vực quan trọng mà mô phỏng được sử dụng là gì?

Dưới đây là bốn cách mô phỏng thúc đẩy sự đổi mới cho các chương trình UAM. (Tôi đã nhắc tới một số trong số này trong podcast.)

1. Thiết kế hệ thống đẩy và đặc tính hiệu suất
2. Thiết kế đóng gói và làm mát pin
3. Không gian của cabin và sự thoải mái
4. Đặc tính hiệu suất hành trình và thang máy thẳng đứng

Thiết kế hệ thống đẩy

Có lẽ không có khía cạnh nào khác của thiết kế sản phẩm có sự đổi mới nhanh hơn ở động cơ. Một số thiết kế đã phát triển cho UAM bao gồm VTOL đa động cơ, quạt ống dẫn, thiết kế bộ đẩy VTOL hybrid kết hợp với động cơ nghiêng cánh thổi. Sự phức tạp vốn có của việc phân phối lực đã vượt giới hạn của các cấu trúc thiết kế lịch sử.

Các chương trình thành công đang tận dụng mô phỏng độ trung thực hỗn hợp trong đó hệ thống phân phối và điều khiển điện có thể được mô hình hóa đồng thời để đảm bảo hoạt động thành công trong các điều kiện nhiệm vụ điển hình. Việc ghép nối các yêu cầu công suất và tải nhiệt trong quá trình vận hành có thể đạt được thông qua mô hình hệ thống cho các nguyên mẫu ảo.

Đóng gói và làm mát pin

Máy bay eVTOL đang vượt qua giới hạn của công nghệ pin hiện có. Yêu cầu về năng lượng của một chiếc máy bay cất cánh thẳng đứng hiện đại là những đơn hàng có cường độ lớn hơn một chiếc ô tô điện. Hệ thống pin cần cung cấp năng lượng cho toàn bộ mô tả nhiệm vụ và điều đó có nghĩa là khi cất cánh và hạ cánh, hệ thống pin sẽ tạo ra một lượng nhiệt rất lớn.

Đối với các phương tiện trên cạn, tản nhiệt này thông qua hệ thống làm mát bằng chất lỏng và luồng không khí là một lựa chọn khả thi vì các yêu cầu về trọng lượng linh hoạt hơn. Tuy nhiên, đối với máy bay, mỗi kilôgam trọng lượng pin bổ sung sẽ làm giảm tải trọng và phạm vi hoạt động. Do đó, việc phát triển hệ thống pin nhẹ với khả năng làm mát phù hợp là yếu tố cơ bản để các thử nghiệm máy bay thành công. Mô phỏng cung cấp một khuôn khổ để đánh giá kiến trúc pin, chiến lược làm mát, hệ thống an toàn và trọng lượng dự kiến.

Tận dụng mô phỏng đa vật lý có độ trung thực cao cho phép các nhà tích hợp đánh giá hàng trăm thiết kế pin cho đến nguyên mẫu vật lý cuối cùng. Volocopter gần đây đã trình bày công trình của họ về các chiến lược làm mát pin mới cho máy bay thế hệ phương pháp hiện tại của họ. Họ đã chỉ ra rằng vật liệu thay đổi pha nhẹ có thể được sử dụng để làm mát mà vẫn duy trì hoặc đạt được các mục tiêu về trọng lượng nhẹ.

Thiết kế cabin

Hầu hết các phương tiện UAM đang được phát triển ngày nay đều chứa được từ một đến sáu hành khách. Giữ cho những hành khách được an toàn và thoải mái là mục tiêu số một của thiết kế cabin. Công nghệ mô phỏng đang được sử dụng để đánh giá mọi thứ từ tín hiệu âm thanh, sự thoải mái về nhiệt độ và độ an toàn của chỗ ngồi. Máy bay nhỏ phải tuân theo các điều kiện khí quyển như gió giật, đôi khi có thể dẫn đến chuyển động nhanh.

Điều này một số người có thể thấy thú vị nhưng đối với những người khác thì đáng sợ. Đó là lý do tại sao việc thiết kế môi trường cabin để giảm thiểu tác động của việc chuyển động nhanh mà vẫn đảm bảo vận chuyển hành khách an toàn. Để đạt được điều này, đòi hỏi phải phân tích chi tiết để đạt được thiết kế tối ưu.

VTOL và máy bay hành trình

Thiết kế khí động học của các phương tiện hoạt động cả trong VTOL và máy bay hành trình có thể là một nhiệm vụ khó khăn. Trong khi các yêu cầu về lực đẩy để đạt được chuyến bay thẳng đứng được hiểu rõ về thiết kế rô-to truyền thống thì đối với các phương tiện hybrid hoạt động ở cả hai chế độ bay lại ít được am hiểu hơn.

Hiểu thiết kế rôto, đánh thức tác động và giảm lực cản để bay về phía trước là những mục tiêu khó và thường mâu thuẫn với nhau. May mắn thay, những cải tiến gần đây về độ chính xác và tốc độ mô phỏng cho phép các nhà khí động học nhanh chóng đánh giá được các ứng viên thiết kế trên đường chinh phục thiết kế cuối cùng.

Điều này cùng với các chiến lược khám phá không gian thiết kế hiện đại cho phép các nhóm kỹ sư nhỏ đánh giá các không gian thiết kế lớn và xác định các thiết kế hoạt động tốt hơn và sớm hơn trong quy trình. Nó cũng cho phép các nhóm kỹ thuật mô tả đặc điểm của các nguyên mẫu ảo và phát triển các hệ thống điều khiển có thể được xác minh nhanh hơn bằng thử nghiệm vật lý.

Kết luận

Mô phỏng trở thành một yếu tố thúc đẩy cho một số thị trường đặc biệt là hàng không vũ trụ và quốc phòng, mà không có ngành nào khác có sự đổi mới gắn bó chặt chẽ với công nghệ này. Sử dụng mô phỏng để đáp ứng các vấn đề kỹ thuật chưa được giải quyết trước đây thường gặp phải trong việc phát triển máy bay mới là điều cơ bản để thành công.

Siemens Simcenter cùng với danh mục Xcelerator đã tập trung đặc biệt vào việc cung cấp một khung công cụ mô phỏng và thử nghiệm để cho phép các nhóm kỹ sư tiến hành dự án nhanh hơn với sự tự tin hơn.

Không còn nghi ngờ gì nữa, khả năng di chuyển trên không trong đô thị sẽ tiếp tục đi đầu trong mục tiêu đổi mới của các nhà phát triển máy bay.

Nguồn: Siemens

Công ty TNHH Công Nghệ Số SDE (SDE TECH) được thành lập năm 2014. Đến năm 2018, chúng tôi vinh dự trở thành Smart Expert Partner – đối tác hàng đầu của Siemens Digital Industries Software tại Khu Vực Đông Nam Á – Thái Bình Dương cho các giải pháp Siemens NX (Unigraphics NX), Simcenter, Solid Edge, Tecnomatix và giải pháp quản lý Teamcenter.

Quý doanh nghiệp, khách hàng có nhu cầu liên hệ SDE TECH theo thông tin sau: