万博Ansys stellt Studierenden auf dem Weg zum Erfolg die Simulationssoftware kostenlos zur Verfügung。
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万博Ansys优势杂志
2021年5月
劳斯莱斯和Electroflight携手开创了航空的第三个时代,这款全电动飞机的时速超过了300英里。主要挑战是优化1047磅(475千克)的电池组,以满足结构强度、热管理和其他关键性能标准。随着团队竞相推出世界上最快的零排放飞机,Ansys的多物理模拟在加速电池开发和验证方面发挥了至关重要的作用。万博
劳斯莱斯是航空业的先驱,但该公司专注于未来的创新全电动飞机。如果说螺旋桨飞机和喷气式飞机代表了前两个航空时代,那么第三个时代肯定专注于可持续设计和零排放。作为劳斯莱斯ACCEL计划(加速飞行电气化)的一部分,这架飞机将于今年晚些时候尝试打破现有的210英里每小时的全电动设计记录。机身的速度已经超过300英里每小时,配备了传统的内燃机,因此ACCEL团队寄予厚望。与飞机的速度一样令人印象深刻的是它的航程。电池充一次电就能从伦敦到巴黎行驶200英里。此外,劳斯莱斯和Electroflight团队的另一个目标是跟踪和记录整个项目的可持续性,他们很自豪地抵消了这一点,使项目实现净零排放。
这一水平的储能性能需要新颖的工程方法和革命性的电池设计。劳斯莱斯没有依赖内部资源,而是求助于英国格洛斯特郡的初创公司Electroflight,该公司为航空航天电气化应用开发高可靠性储能解决方案。
由此产生的锂离子电池组包含三个独立的电池组件,为三个大功率电动机提供电力,由总部位于牛津的YASA开发,YASA是一家轻型电动机和控制器制造商。基于专有的轴向通量设计,YASA已经能够提供一个小型,轻量级的发动机配置,产生超过500马力,以支持飞机的破纪录的速度。
虽然轻量化的发动机设计是可以实现的,但即使是功率最密集的锂离子电池也必然很重。该电池由Electroflight公司设计,拥有超过6000个电池单元和令人印象深刻的90%的能源效率,产生的能量足够为250个家庭供电。它的重量为1047磅(475公斤),在机身中占据了很大的空间,因此一些观察人士称这架飞机为“带翅膀的电池”。
电池的尺寸和重量可能被视为缺点,但劳斯莱斯和Electroflight利用这些特点,将电池组作为单座飞机的关键结构元素。这意味着机身和电池组必须同时优化,以确保这两个元素都能在能量和推进力与升力之间实现平衡。
由于其尺寸和重量,电池组件在单座飞机相对较小的机身中起着关键的结构元素的作用。这意味着要平衡能源性能与刚度、共振等机械因素,以及可持续性。
电池组的另一个潜在缺点是什么?锂离子电池的热效应。为了控制电池组产生热量的自然倾向,Electroflight工程师设计了一种创新的冷却系统,将由水和乙二醇组成的液体冷却剂混合物泵入电池之间的极板。当锂离子电池接触冷却板时,即使在飞机性能的高功率要求下,热负荷也得到了管理。
Electroflight的先进电池管理系统每秒收集数千个数据点,为飞行员提供所需信息,以便在尝试记录时从电池系统中提取最大性能。考虑到安全性,Electroflight团队在设计飞机时只使用了一个电池组即可安全着陆。
为了建模和解决电池组件设计中涉及的许多高级挑战,Electroflight依赖于一套Ansys仿真解决方案,包括万博万博Ansys机械,万博Ansys的发现,万博Ansys流利而且万博Ansys Granta材料选择器.manbet工程模拟帮助Electroflight团队解决了三个关键问题:材料选择、结构完整性和平衡冷却。
考虑到电池组的巨大尺寸,相对于飞机本身,Electroflight得出结论,电池组需要成为小型飞机的结构成员,在整个飞机运行和性能周期中将飞行负载从动力系统转移到机身。实现这一功能需要仔细分析和优化电池组件设计。该团队希望将重量降至最低,同时确保飞行载荷的有效转移,并避免可能与任何系统工作频率一致的振动模式。
为Electroflight团队提供支持,Ansys使用Ansys M万博echanical提供电池组件的完整结构和频率分析。这导致了对组件设计的各种调整,特别是新夹具的设计,以调整整个组件的刚度,避免谐振频率与螺旋桨工作频率对齐。
单个电池单元安装在一个紧凑的,背靠背的安排位于聚合物安装板上。随着温度的升高,3D打印框架材料的刚度降低。Electroflight需要选择一种玻璃化转变温度大于电池工作温度的材料,这是一个艰巨的挑战。该团队使用Granta根据特定的需求来减少选择材料。通过Ansy万博s Mechanical和Granta分析,30%玻璃纤维填充聚碳酸酯是最佳材料。模拟帮助团队在设计阶段应对这一困难的材料挑战。
由于热负荷是锂离子电池的核心问题,Electroflight工程师利用Discovery和Fluent对电池冷却系统进行建模,并研究整个电池组件在实际运行条件下的热性能。该团队在Fluent中应用了伴随求解方法,该方法是专门针对受限内部流开发的,以表征电池创新的冷却系统性能。该软件自动探索给定设计的操作包线,将布局变形为更优化的形状,指导Electroflight团队进行优化设计。由于伴随模拟提供了一个路线图,显示了电池的哪些区域对过热最敏感,因此开发人员可以相应地集中精力。
Ansys解决方案帮助Ele万博ctroflight团队了解一系列复杂的问题——从可持续性、可制造性到操作限制——并相应地优化电池设计。为了达到最近试飞的里程碑,该团队承受着巨大的时间和成本压力,而Ansys的模拟帮助他们快速有效地解决了关键的工程挑战。万博万博Ansys不仅帮助Electroflight在试飞前验证电池组的最终设计,还在试飞过程中回答了许多极其复杂的问题。
全球航空工业展望未来,显然任何新的飞机设计都必须尽可能做到碳中和。这给工程团队带来了一系列全新的挑战,从材料选择到能源生产和效率的许多方面。Granta工具能够支持这一可持续发展的努力,开发新的处理和方法,以充分了解和最小化项目的环境足迹。
凭借罗尔斯·罗伊斯在航空领域的领先传统和Electroflight在电池系统方面的独特专业知识,再加上Ansys的一流工具,Electroflight团队成功地迎接了这些挑战。万博随着一系列试飞的完成,合作伙伴对可持续航空的未来信心大增。
我们在这里回答你的问题,期待与你交谈。我们Ansys销售团队的一名成员万博将很快与您联系。