《Air Race E》团队如何通过模拟克服关键设计挑战

随着机身几乎完成，在进行机翼的完整构建之前，团队决定在副翼上工作。副翼是位于机翼末端附近的面板，它可以上下移动来控制飞机的滚动，或者允许飞行员执行倾斜运动来控制飞机转弯。Pie Aeronefs团队的首席营销官兼赞助拓展部负责人蒂莫西·克里格斯(Timothy Kriegers)表示，该团队的工程师正在研究由19个部件组成的副翼，这使得副翼“非常复杂”。

正是这种复杂性提供了赢得比赛的潜力。克里格斯说:“考虑到我们的副翼设计，在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。”如此惊人的敏捷带来了惊人的力量。

仿真帮助瑞士Pie Aeronefs团队在他们的Air Race E飞机设计中发现了一个关键的设计问题。

该团队转向模拟，以帮助他们了解他们提出的设计在这些条件下的表现。工程师们对副翼组件进行了有限元分析(FEA)万博Ansys机械。仿真结果显示，由于副翼梁(总成的主要结构部件)的弯曲和扭转，副翼梁出现了意想不到的临界二阶失效模式。

为了克服这个问题，他们对梁进行了适当的加固，消除了破坏模式。

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

随着时间的推移，提前发现这个问题意味着团队可以充满信心地继续制造副翼。他们用一层碳纤维建造副翼表皮结构，然后是蜂窝结构，以增加刚度，然后是另一层碳纤维。这一过程非常耗时，因为涉及到不同的步骤和通宵等待。

克里格斯解释说:“我们放上一层碳纤维，把它密封在真空袋中一晚，打开它，然后把蜂巢放在任何地方，再次密封真空袋过夜，打开它，加入另一层碳纤维，然后密封真空袋再过夜。”

如果没有使用模拟，关键的设计问题将在过程的后期才被发现，而制造副翼所花费的所有时间将被浪费-潜在地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，用碳纤维构建副翼蒙皮结构。

现在，该团队正在研究副翼的其他部件，包括推杆、配重和一个由木头制成的外壳。最初的计划是使用碳纤维或铝的外壳，但它是相当小，为了节省一些时间，他们决定使用木材，因为它易于制造而不牺牲强度。Kriegers表示，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“非常坚硬，非常坚固”。

电动飞机工程师设计一个舒适的驾驶舱

就像所有的赛车运动一样，赢得空中比赛需要飞机和飞行员保持完美的和谐。Pie Aeronefs SA的工程师将玻璃纤维测试机身的驾驶舱部分掏空，看看是否需要进行任何调整，以使飞行员舒适，并使他能够使用所有的控制装置。车队的首席执行官、技术总监兼飞行员马克·乌姆布里希特(Marc Umbricht)爬进这个临时驾驶舱，试穿它的尺寸。

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，并将机身加宽约10厘米，给飞行员更多的控制空间。”这个区域对机身的阻力并不大，所以做这些调整对飞机的速度影响不大。克里格斯说:“乌姆布里希特对此非常满意，他是将要驾驶它的人。”

Team Pie Aeronefs SA的下一步是什么?

有了高性能的副翼和快乐的飞行员，团队开始转向机翼。所有的模具都准备好用于机翼的构造，所以他们很快就会开始注入机翼的上部皮肤。同样，他们将在每个部件上花费几周时间，进行碳纤维和蜂窝的分层，并在一夜之间真空密封，就像上面解释的副翼一样。

当电动马达到达时，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。

这使他们正确的轨道保持时间表，并有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。”