项目建议书_航空发动机Word格式文档下载.docx
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2.2.1.1一体化集成环境 4
2.2.1.2最先进的网格技术 4
2.2.1.3先进的动网格技术 6
2.2.1.4高效的并行求解 7
2.2.2STAR-CCM+软件功能介绍 8
2.2.2.1几何:
导入、修改和创建 8
2.2.2.2网格划分 9
2.2.2.3丰富的物理模型 10
2.2.2.4求解器 18
2.2.2.5数据分析及后处理 19
2.2.2.6设计探索架构 21
2.2.2.7与CAE工具互动 22
2.3行业解决方案 22
2.3.1飞机空气动力学应用 24
2.3.2环境控制系统应用 27
2.3.3动力燃油系统应用 32
2.3.4直升机/无人机应用 34
2.3.5其他应用 36
3售后服务和培训 38
3.1软件的升级服务 38
3.2软件安装及许可相关 38
3.3技术支持 38
3.4 培训 39
3.5技术讲座及论坛 40
3.6用户大会 40
4推荐配置 40
4.1软件模块配置 40
4.2硬件配置建议 41
5发展规划实施总结及展望 42
CD-adapcoChina
1项目背景
1.1项目建设目的
中国航空发动机集团沈阳发动机设计研究所(简称沈阳606所)创建于1961年,坐落在辽宁沈阳,是我国成立最早实力最强的大中型涡喷涡扇航空发动机设计研究中心。
该所现有在职职工2000余人,其中研究员70余人,高级工程师近300人,工程师近500人。
科技队伍中有硕
(博)士研究生近180余人。
40多年来,该所先后研制了11种型号的涡喷涡扇发动机,其中涡喷7甲(乙)发动机已装备部队;
“昆仑”发动机已设计定型,并成为我国第一台拥有自主知识产权的航空发动机。
该所还先后取得了1000多项科技成果,其中国家级28项,省部级150多项,并与英、美、法、俄等多个航空发达国家建立了广泛的技术合作与交流关系。
曾先后被授予“航空工业创建40周年重大贡献单位”、“出国留学和研究生教育先进单位”、“火炬型研究所”等30多种荣誉称号。
涡扇发动机是目前应用数量最多的航空发动机。
民用客机及运输机采用大涵道比涡扇发动机,以降低耗油率,战斗机采用小涵道比涡扇发动机,以保证跨声速、超声速飞行性。
战斗机工作高度和速度变化范围很大,需要发动机为飞机提供各种速度和姿态下所需的动力,必须维持在最恶劣的工况下稳定工作。
航空发动机是当代高科技的结晶,被人们誉为“工业之花”、“皇冠上的明珠”。
从技术角度出发,航空发动机的主要研制难点包括:
·
大尺寸风扇是大涵道比涡扇发动机的特有技术。
其设计要求是效率高、噪声低、重量轻、抗外物损伤能力强。
利用三维粘性CFD设计方法的基础上发展起来的掠形叶片可以降低叶片进口气流相对马赫数,减少激波损失,提高风扇效率和流量。
掠形叶片使风扇叶片效率提高3%~5%,空气流量增加3%~10%。
高压比多级高压压气机是大涵道比涡扇发动机的关键技术。
涉及的技术包括全三维粘性CFD分析技术、先进叶(型掠形叶片、串列叶片、弯曲叶片和倾斜叶片)、吸附式叶片和主动稳定性控制。
低排放燃烧室关键技术技术有径向和轴向分级燃烧、贫油预混预蒸发(LPP)、贫油直接喷射(LDI)、富油/快速掺混/贫油(RQL)及先进冲击-发散冷却方式等。
42
涡轮叶片的气流环境温度现已高达2000~2200K,远超过其金属材料的熔点,要求在
1万~2万转/分条件下能够长时间可靠工作,需要先进叶型设计、高效冷却设计、陶瓷基复合材料等关键技术。
“航空发动机与燃气轮机”国家科技重大专项的推出将从根本上解决长期困扰我国航空发动机与燃气轮机产业的投入不足问题,推动我国航空发动机与燃气轮机技术赶超世界先进水平,实现历史性飞跃,从而为我国两机产业发展注入强劲动力。
随着计算机技术和计算技术的发展,数值模拟成为研究问题和解决问题的一种重要手段,基于CFD理论的数值分析能够覆盖上述航空发动机各项关键技术的研发。
为适应航空发动机研究发展的客观形势,打造企业核心竞争力,进一步提升技术实力、提高产品质量、减少设计与生产成本,606所需要采用先进的计算机流体计算仿真技术—CFD来辅助航空发动机设计。
1.2CFD选型思路及原则
CFD软件的采购、安装、培训、一直到成功应用产生效益,需要一个较长的过程。
CD-
adapco作为全球最大的CFD软件供应商之一,拥有强大的CFD软件技术和多年的技术服务与实际工程经验,在汽车,船舶,航空航天等行业有着广泛的应用背景。
根据606所的研发需求,CD-adapco公司将配合论证调研和需求分析,提出符合606所研发项目需要的针对性CFD解决方案,以确保该项目建设的成功。
1.3项目预期效益
CFD(ComputationalFluidDynamics)——计算流体力学,是近代流体力学,数值数学和计算机科学结合的产物,是一门具有强大生命力的交叉科学。
它以电子计算机为工具,应用各种离散化的数学方法,对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究,以解决各种实际问题。
其主要作用是,初步设计的产品模型一旦生成,就立即在计算机上结合产品今后的工作环境对其相关性能进行仿真分析,在设计前期甚至概念设计阶段就发现其潜在的问题,将问题尽可能多的在计算机上解决并优化,从而最大限度地减少物理样机的制造和测试过程,达到提高产品质量,降低开发成本,缩短开发周期,最终达到增强市场竞争力的目的。
2整体解决方案
2.1软件供应商简介
西递安科软件技术(上海)有限公司(CD-adapcoChina)是CD-adapco公司在中国的全资子公司。
CD-adapco是全球领先的多领域工程仿真(CAE)解决方案供应商。
2016年4月,CD-
adapco并入西门子数字化工厂集团(DF)旗下的SiemensPLMSoftware。
公司在工业仿真领域有超过35年的实际工程经验,不仅提供软件的开发,而且拓展到了包括CFD和FEA等CAE领域的工程服务。
CD-adapco在全球超过8000多个用户,3000多个不同的公司,2015年购买软件和服务超过
2亿美元,每年17%的稳步增长。
CD-adapco的总部设在纽约和伦敦,在美国、英国、德国、法国、意大利、俄罗斯、日本、韩国、中国、印度、新加坡、澳大利亚等有超过34个分公司,拥有超过950名专业人才,研发团队超过300人,给客户提供专业的技术支持、软件开发和工程服务。
帮助客户推动产品创新,降低产品推向市场的研发周期和成本。
CD-adapco拥有高素质的全球支持团队,将会在分析每个阶段提供支持,确保客户实现目标。
从客户使用我们的软件开始,将有一个专门的技术支持工程师随时为客户提供支持,无论通过电话、e-mail,或是现场支持。
客户的专用工程师将会学习客户的工作内容,了解客户的期望,从而为客户提供积极的,量身定制的,灵活的支持和无与伦比的个性化服务。
2.2软件总体介绍
2.2.1软件特点及优势
STAR-CCM+是CD-adapco开发的新一代CFD软件,它采用了最新的IT和CFD技术,继承并发展了CD-adapco公司35年来在CAE行业的经验与成果。
该软件包含有几何建模、模型前处理、计算执行及计算结果后处理与分析一体化的集成环境,能够提供复杂几何的处理能力、减少表面网格和体网格准备时间并且广泛的物理模型来解决跨学科问题的综合工程问题。
图1STAR-CCM+的跨学科问题综合解决方案
2.2.1.1一体化集成环境
STAR-CCM+可以在单个工作界面集成整个仿真流程,是一款真正的几何处理、网格划分、求解器、后处理完全一体化环境的软件,所以在做几何多参计算,部件替换流场计算方面,高度自动化,大大提高多参流场计算效率。
其模拟环境提供执行工程分析所需的所有阶段,其包括:
●导入并创建几何
●网格生成
●控制方程求解
●结果分析
●设计探索研究模拟工作流程自动化
●连接其他CAE软件进行协同仿真分析
图2STAR-CCM+的一体化集成环境
另外,整个过程可以在后台的批处理(batch)模式下使用Java命令流运行,便于和优化软件的连接。
2.2.1.2最先进的网格技术
除了自带3D-CAD建模功能外,STAR-CCM+能够导入市场上几乎所有主流三维建模软件的数据格式文件,并拥有包含包面,几何表面手工修复,网格质量检查等高校的前处理功能。
运用STAR-CCM+能够检查导入的几何模型的表面错误,可手动或者通过包面技术修复
CAD导入表面的穿刺、干涉、重叠、缝隙、小漏洞等错误。
在工业级别的CFD应用中,前处理的网格生成部分往往占据了整个项目工作的大多数人工时间,而其中又以表面处理部分为甚。
STAR-CCM+的包面(SurfaceWrapper)技术可以自动地将复杂几何形体处理成完全拓扑封闭的、无任何泄漏的表面,以生成计算域的体网格。
此外,STAR-CCM+能够全自动进行面网格重构并生成体网格,体网格有四面体、剪裁体及多面体3种格式,而STAR-CCM+提倡的多面体网格更是目前CFD行业发展的一个趋势。
多面体网格由于正交性较好,它既具有和六面体网格相近的精确度,也具有和四面体网格一样易于自动化生成的特点。
STAR-CCM+能够直接生成多面体网格,可以对网格进行灵活操作,比如通过面网格加密或者控制体进行网格加密等。
总之,相对于CFD其他同类软件而言,STAR-CCM+的前处理工具异常强大,自动生成网格功能为应用工程师节省大量的时间,工程师可以用更多的精力来做设计与优化等更有意义的工作。
四面体网格 切割体网格 多面体网格图3STAR-CCM+网格类型
2.2.1.3先进的动网格技术
对于因物体的变形和相对运动引起的动网格问题,STAR-CCM+提供网格变形(Morpher)和嵌套网格(OversetMesh)两种方法。
网格变形技术用于计算变形及包含运动的计算,通过类似弹簧光顺法来考虑网格的变形,设置参数简单,不需要对网格参数进行控制。
而特有的嵌套网格技术通过多套网格之间的数值插值计算,避免了因为网格变形引起的网格质量变差引起的可能计算发散和精度损失问题,可以更加高效、便利的模拟复杂的运动和运动物体,非常适合模拟武器发射,机翼攻角变化等问题。
嵌套网格需要定义两套网格,一套网格应用于作为计算对象的物体,比如机翼,武器等,一套网格应用于背景网格,包含周围的流场及其他结构,两套网格之间采取插值进行数据交换,如图4所示。
原始攻角 攻角改变-10°
图4使用嵌套网格改变叶片攻角这种方法可以更方便地设置和模拟使复杂的运动和运动物体:
●更易于实现和自动化执行参数研究:
–可以用一组网格,实现多个组合不同条件的计算;
–改变物体的位置/方向时网格质量不受影响;
–便于设置边界条件…
●方便求解物体之间的相对运动:
–可求解任意运动;
–运动轨迹交叉
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- 项目 建议书 航空发动机