【航空航天】從機頭到機尾：Honeywell如何利用Ansys模擬技術設計飛機

從機頭到機尾：Honeywell如何利用模擬技術設計飛機

Honeywell的產品遍佈飛機的各個部分，無論是商業航空、國防航空，還是商務航空。

Honeywell航空技術部門的首席技術官 Todd Giles 說：「我們擁有的產品涵蓋了幾乎每一個系統，這些系統都存在於這些飛機上。我們專注於飛行的未來，以及下一代航空技術。」這一理念適用於從先進空中移動（AAM）到引擎優化等各個領域，旨在提升航空領域不同方面的效率。

當然，在所有這些領域中，安全仍然是Honeywell的首要目標。Honeywell引擎與動力系統部門的資深總監Walt Smith說：「（維護）每位機上人員的安全是Honeywell的首要任務。」

為了實現航空領域的快速進步，Honeywell轉向了模擬技術。通過避免昂貴且耗時的實體原型，該公司能夠在優化過程中輕鬆考慮所有引擎組件，提升引擎效率，並縮短上市時間，讓設計能夠更快投入使用。

提升航空引擎的可持續性

Giles 表示：「Honeywell致力於推動更多可持續性倡議，並計劃於2035年達成碳中和目標。我們正朝著航空未來以及2050年實現零排放航空的目標邁進。」

為了實現這些目標，Honeywell在多個領域取得了進展，從探索綠氫的未來應用，到減少工廠的排放，再到設計更高效的引擎，這些都是我們今天就可以使用的技術。Giles 說道：「我們參與了航空未來發展的多個面向。」

其中一個例子是設計低排放的燃燒系統，這些系統使用小型、輕量且高效能的引擎。在這項工作中，他說：「就像航空領域中的所有事物一樣，關鍵在於尺寸、重量和功率。這是在排放、功率、重量和尺寸上進行多變量優化。」

雖然設計和優化這樣的系統在過去會是費時且昂貴的，並需要進行多次高成本的實體測試，但模擬技術提供了一種新的方式來同時滿足燃燒引擎 （內燃機）的性能和排放要求。透過模擬，Honeywell團隊可以在投入全面推進之前對設計進行多次迭代。

Smith 說道：「我們使用 Ansys 的產品來一開始就了解整體引擎架構。從系統設計的角度來看，我們需要確保整體引擎的骨幹結構以及相關組件的結構完整性符合要求，並且具有適當的安全邊際。」

如同Giles 所補充提及，為了避免需要製作大量實體原型，進行必要的模擬以確保設計第一次就能正確是非常重要的。

使用模擬技術為Honeywell團隊帶來了實質的好處。Smith 說：「從燃燒系統的角度來看，過去幾百次測試減少到一兩次，對我們的影響是巨大的。」事實上，他提到Honeywell在引擎設計過程中整體的循環時間縮短了超過 30%。Smith 說道：「而這其中很大一部分要歸功於 Ansys 的產品，還有它們在模擬領域的幫助。Ansys 在我們引擎設計中扮演了關鍵角色。」

模擬動畫顯示引擎設計中的熱量分佈

利用 Ansys 模擬軟體，Honeywell團隊持續致力於在其引擎中優化多項目標——包括燃料消耗效率——同時確保設計中的安全邊際。藉此方式，Honeywell正朝著實現排放目標邁進，並幫助創造一個對航空業更環保的未來。

採取多物理模擬方法的重要性

在設計下一代飛機引擎時，Honeywell團隊深知需要採取全面的方法。Smith說道：「這涉及到許多基於物理的分析技能。」除了結構機械分析外，還需要考慮氣動力學、熱力學、流體力學等各個方面。Giles 說道：「我們從多物理的角度結合這些分析，並利用 Ansys 的工具套件來幫助我們進行這些工作。」具體而言，Smith 提到Honeywell團隊使用 Ansys 的 LS-DYNA 碰撞模擬軟體、Fluent 流體模擬軟體、Forte 內燃機設計軟體和 optiSLang 過程集成與優化軟體來反覆迭代並改進他們的設計。

作為其多物理分析的一個例子，我們可以考慮現代引擎中的氣動聲學相關問題。沒有任何一位乘客希望在飛行過程中聽到來自引擎的過度嘈雜或無法解釋的噪音。但我們如何減少這些噪音呢？

氣動聲學歷來是難以分析或預測的。Smith 說道：「與 Ansys 合作，我們現在已經開發出一種建模和模擬方法，讓我們可以提前了解氣動聲學，預測它，並圍繞它進行設計。我們需要確保氣流是平穩的、不間斷的，並且不會產生類似失速或喘振的現象。」此外，Honeywell的工程師還能夠考慮引擎中的壓力和溫度變化，確保引擎系統能夠承受這些變化所帶來的所有壓力。例如，航空聲學模擬分析使Honeywell團隊能夠提前了解氣動聲學將如何影響整體系統，從而在進入硬體開發階段之前進行調整。通過這類分析，團隊可以了解系統中不同部分的相互作用——這一點非常重要，因為改進設計的某一領域可能會對其他部分產生不利影響。

採用多物理模擬方法使Honeywell能夠在設計過程的早期就對引擎進行修改，並將其納入生產系統，從而縮短了生產時間。Smith 表示「由於模擬預測結果的準確性，使我們能夠直接投入生產階段。」

延續航空航天創新的傳承

在Honeywell數位化之旅的數十年中，模擬技術扮演了極為重要的角色。回顧這段時間，「與Ansys的合作對我們來說非常重要，」Giles 說道，「我們已能夠影響產品路線圖和產品功能。

我們從 Ansys 那裡學到了可以採取不同做法的地方，以及新的思維方式、新的工作流程和新的優化技術。我認為這是一段互惠互利的良好合作關係。」

Smith 表示，至於未來的發展， Honeywell已經將目光放在航空業的未來上。他說：「我們不僅關注客戶群體的短期需求，還會關注市場和長期的必要性。」Honeywell與Ansys的持續合作將幫助公司以高效、具有成本效益且全面的方式瞭解未來的發展。

Giles 和 Smith 在這段影片中分享了更多霍尼韋爾的數位化歷程。

欲了解更多模擬技術如何改變航空航天領域，請訪問Ansys航空航天網頁。

原文連結