一个Air Race E团队如何通过模拟克服关键的设计挑战

机身已经基本完成，在开始全面建造机翼之前，团队决定着手副翼。副翼是位于机翼末端附近的面板，可以向上或向下移动以控制飞机的滚转，或允许飞行员执行倾斜运动以使飞机转弯。Pie Aeronefs团队的首席营销官兼赞助外联部主任蒂莫西·克雷格斯表示，该团队的工程师正在研制带有19个部件的副翼，这使得副翼“相当复杂”。

正是这种复杂性带来了赢得比赛的潜力。克里格斯说:“在我们副翼的设计中，最大速度下的滚转速率是巨大的。”“如果你在一边完全偏转，你可以在一秒钟内转一个弯。”这种不可思议的敏捷带来了不可思议的力量。

模拟帮助瑞士Pie Aeronefs团队在他们的空中竞赛E飞机设计中发现了一个关键的设计问题。

该团队通过模拟来帮助他们了解他们提出的设计在这些条件下的表现。工程师对副翼总成进行了有限元分析(FEA)万博Ansys机械．仿真结果显示，由于副翼梁(总成的主要结构元件)的弯曲和扭转，出现了一种意想不到的临界二阶失效模式。

为了克服这一点，他们适当地加固了圆梁，消除了失效模式。

由Pie Aeronefs团队设计的空中竞赛E飞机的网格。

仿真提供制造信心

在时间至关重要的情况下，提前发现这个问题意味着团队可以有信心地进行副翼的制造。他们先用一层碳纤维建造副翼表皮结构，然后是蜂窝结构以增强刚度，然后是另一层碳纤维。这个过程很耗时，因为需要单独的步骤和一整晚的等待。

克里格斯解释说:“我们放上一层碳纤维，在真空袋中密封一晚，打开它，然后到处都放上蜂窝，再次密封真空袋一夜，打开它，添加另一层碳纤维，再密封真空袋一夜固化。”

如果没有使用模拟技术，这个关键的设计问题会在后期才被发现，制造副翼的所有时间都将被浪费掉——这可能会威胁到他们将飞机交付到起跑线的能力。

Pie Aeronefs团队在模拟设计后，用碳纤维建造了副翼表皮结构。

现在，该团队正在研究副翼的其他部件，包括推杆、配重和将由木材制成的外壳。最初的计划是使用碳纤维或铝作为外壳，但它非常小，为了节省时间，他们决定使用木材，因为它易于制造，而不牺牲强度。根据克里格斯的说法，整个副翼和配重的重量将达到1.8公斤，而允许的总载荷为400公斤，因此它“相当坚硬，非常坚固”。

电动飞机工程师设计舒适的座舱

与所有的赛车运动一样，赢得空中比赛需要飞机和飞行员的完美协调。Pie Aeronefs SA的工程师挖空了玻璃纤维测试机身的驾驶舱部分，以查看是否需要进行任何调整，以使飞行员舒适地适应并使他能够使用所有的控制装置。该团队的首席执行官、技术总监兼飞行员马克·乌姆布里希(Marc Umbricht)爬进了这个临时驾驶舱，试了试它的大小。

克里格斯说:“我们需要稍微增加机身的高度，以容纳飞行员的头盔，并将其拓宽约10厘米，为他提供更多的控制空间。”机身在这个区域上的阻力并不大，所以做这些调整对飞机的速度影响不大。克里格斯说:“乌姆布里希对它非常满意，他是驾驶它的人。”

Pie Aeronefs SA的下一步计划是什么?

有了高性能的副翼和一个快乐的飞行员，团队正在转向机翼。所有的模具都准备好了翅膀的建设，所以他们将开始灌输的翅膀的上皮肤很快。同样，他们将花费几个星期的时间在每个部件上，执行碳纤维和蜂窝层，并在一夜之间真空密封，正如上面副翼所解释的那样。

当电动马达到货时，他们将测试它是否适合玻璃纤维机身。一旦机身的所有尺寸都确定了，他们将开始建造将用于比赛飞机的碳纤维机身。

这让他们走上正轨，保持时间线，让他们的飞机为今年晚些时候的第一场资格赛做好准备。“还有很多工作要做，”克里格斯说，“但在这一点上，我们有信心我们走在正确的轨道上。”