MCAD 建模是航空業(yè)標準的工作流程，現(xiàn)在同步CFD 軟件也將給航空企業(yè)帶來諸多好處。在航空產(chǎn)品研發(fā)的過程中，涉及到流體流動建模和仿真的應用有數(shù)百個之多，其中包括：

　　􀁺 引擎入口，旁通和排氣系統(tǒng)

　　􀁺 風道，歧管，過濾器，閥門，噴嘴和泵

　　􀁺 各種水利系統(tǒng)

　　􀁺 燃油系統(tǒng)和油箱

　　􀁺 電子設備冷卻系統(tǒng)

　　􀁺 熱交換器和散熱器

　　􀁺 燃油和空氣過濾系統(tǒng)

　　􀁺 乘客座艙通風和熱管理

　　􀁺 環(huán)境控制系統(tǒng)

　　􀁺 防結冰系統(tǒng)

　　􀁺 排放物控制和減噪系統(tǒng)

　　􀁺 導彈和火箭內(nèi)外的空氣動力學和熱交換

　　􀁺 薄膜冷卻和動力加熱系統(tǒng)

　　􀁺 制動和推力反向系統(tǒng)

　　􀁺 結構表面亞音速和超音速流動

　　􀁺 整個飛機的空氣動力學

　　􀁺 例如機翼，機身，發(fā)動機艙，推力室，外部天線和風擋刮水器等零部件的空氣動力學

         現(xiàn)在我們來看一些現(xiàn)實中證明CFD 高效率的實例，這些實例往往都有研發(fā)周期短，品質(zhì)要求高，成本要求低的特點。

　　案例一：Bell Helicopter 改進油箱設計和節(jié)省油箱成本

　　要求

　　Bell Helicopter 是一家為許多商業(yè)和軍事客戶設計直升機的企業(yè)。對軍事客戶設計的直升機需要具有防御功能，以便在各種環(huán)境中保護直升機和內(nèi)部人員。Bell Helicopter 需要一種非常經(jīng)濟的評估方法，用以得到可靠的分析結果指導直升機的設計。

　　Bell 的工程師被要求重新考慮和優(yōu)化直升機的一個子系統(tǒng)，這個系統(tǒng)將氮氣注入到直升機的油箱中，以取代氧氣作為燃料的消耗。這樣即便油箱被導彈擊中，也不會有爆炸的危險。假設直升機處于敵人的火力之下，需要盡可能快的駛離現(xiàn)場，所以注入的氮氣必須迅速填充滿油箱。

　　在直升機起飛駛離現(xiàn)場之前，飛行員必須等待多長時間?什么時候他或她完全有信心油箱中的氣體不會危及飛機的安全?這是一個時間問題，更是一個爭分奪秒的問題。

　　通常，這類問題可以通過實際的物理測試得到答案。但測試方法昂貴，并且耗時很長。Bell 公司自身的特點會使測試的費用成倍增加，主要是因為直升機的通風系統(tǒng)是由歐洲的分包商負責，其它涉及的公司員工必須攜帶昂貴的設備到歐洲進行相關的測試工作。

　　解決方法

　　負責進行評估工作的工程師選擇Mentor Graphics 的同步CFD 軟件FloEFD 對直升機油箱內(nèi)部的氣體流動特性進行分析。她參考了Bell 評估的詳細工作步驟和實際的油箱形狀。她從Bell 整合產(chǎn)品團隊處獲得了初始條件，并且將其作為實體模型的邊界條件。在FloEFD 完成網(wǎng)格劃分之后(圖5)，她對油箱進行了詳細了分析，以獲得油箱分析的網(wǎng)格獨立解。油箱外部的溫度對于油箱的狀況有非常重要地影響。劃分的網(wǎng)格必須能夠精確的捕捉到流體流動方面的細小特征。

　　在網(wǎng)格劃分和定義完成之后，工程師對模型進行求解并且生成后處理可視化圖片(圖6)。FloEFD 也可以生成一個氧氣濃度隨時間變化的圖表。

　　結果

　　由仿真結果得到的氧氣濃度等值面圖表明油箱的某些區(qū)域沒有足夠的氣體進口。相應的這個潛在的設計風險被以比實驗測試低很多的代價進行證實和解決。其中的一個解決方案就是增加一個輔助的氣體再分配噴嘴。如果到了模型測試階段再發(fā)現(xiàn)這個問題，需要解決問題的花費是相當大的，并且有可能延誤項目的研發(fā)。

　　圖 Bell 工程師使用FloEFD 軟件劃分網(wǎng)格。網(wǎng)格質(zhì)量影響油箱內(nèi)流體流動的分析結果。局部的網(wǎng)格加密有助于獲得精確的分析結果。

　　在沒有專業(yè)CFD 分析專家介入的情況下，F(xiàn)loEFD 可以使工程師評估和改進方案設計。及時和精確的FloEFD 分析節(jié)省了研發(fā)后期設計方案更改的費用。此外，工程師可以解決方案設計中的問題，從而節(jié)省了分析專家的人力和時間。

　　案例二：Liebherr-Aerospace Toulouse SAS 通過仿真分析確保乘客舒適度

　　要求

　　Liebherr-Aerospace Toulouse SAS 位于法國圖盧茲，是一家歐洲領先的飛機通風系統(tǒng)制造商。這家公司意識到自動設計工具可以降低成本和提升產(chǎn)品品質(zhì)，所以著手開始比較當前通風系統(tǒng)的流體流動仿真分析和實際測試結果。

　　在與 CERFACS 合作研究之后，Liebherr-Aerospace 接洽Mentor Graphics 的MAD，以評估FloVENT在機艙內(nèi)模擬空氣循環(huán)的能力。FloVENT 是一款模擬各類空間內(nèi)外空氣流動，熱交換和污染物分布的CFD 軟件。通常會用于評估建筑物和船艙內(nèi)的空氣流動，當然FloVENT 也可以對汽車和飛機等小空間進行熱流分析。

　　由于 Liebherr-Aerospace 將一個現(xiàn)有安裝通風系統(tǒng)的評估項目作為參考點，所以有大量的測試數(shù)據(jù)可以與仿真結果進行比較。為了確保研究的公正性，Mentor Graphics 的工程師在進行仿真分析時，不參考任何測試數(shù)據(jù)。

　　解決方法

　　項目分析的第一個挑戰(zhàn)就是要證實Liebherr-Aerospace Toulouse 提供的3D CAD模型可以有效地輸入至FloVENT 使用。這些包含座位和駕駛室設計的CAD 文件由CATIA MCAD 軟件輸出。

　　CATIA 輸出的文件格式僅僅是FloVENT 所能使用CAD 文件格式的一種，并且這種CAD 文件格式很容易被FloVENT 所使用(圖7)。這就給了Mentor Graphics 工程師模擬分析所需要的信息。他們之所以采用這種建模方式，主要是因為其建模和求解時間較短。如果希望模擬整個飛機的座艙，這也是可行的。

　　結果

　　整個項目的評估的工作耗時三個星期左右，完成了幾個模型的仿真分析。最終的結果和預期一樣：

　　FloVENT 成功地模擬了Liebherr-Aerospace Toulouse 飛機通風系統(tǒng)的性能。Liebherr-AerospaceToulouse 的工程師證實座艙內(nèi)的仿真結果與測試數(shù)據(jù)非常接近。Fanger 熱舒適計算是FloVENT 的一個工具，可以用于評估通風系統(tǒng)性能。

　　Mentor Graphics 和Liebherr-Aerospace Toulouse SAS 一起合作，證實了飛機座艙的仿真分析可以獲得測試一樣精確的數(shù)據(jù)。最為重要的是，三個星期的仿真時間表明FloVENT 的用戶可以大幅度減少樣機的花費和縮短研發(fā)周期。