Altair OptiStruct助力超音速汽车“寻血猎犬”
作者: Simwe 来源：Altair 发布时间:2012-06-01 【收藏】 【打印】 复制连接 【大 中 小】 我来说两句：(0) 逛逛论坛跳出框架”思维
据Chapman回忆，在验证超音速汽车“寻血猎犬”概念设计可行性的阶段，优化软件同样扮演了重要角色。他举例说他们利用优化软件来验证后方底盘结构和分析前后车轮的结构设计。
当设计人员重新设计车辆，将喷气式发动机置于火箭发动机上，后方底盘就得重新改装。设计团队利用Altair公司 HyperWorks CAE软件包中的OptiStruct优化技术来确定材料使用最有效的方案。OptiStruct软件包括拓扑优化、形状和尺寸优化功能，帮助工程师在概念设计的早期从多重设计中快速确定主要载荷路径。
Chapman说设计团队开始是选择了碳纤维复合材料， 但是测试结果反应这种材料坚硬度不够，无法满足需求。Noble还补充说当喷气式发动机和火箭发动机重新组装设计后，一旦出现火情，复合材料结构也是无法 抵御的。因此最佳的解决方案就是研发一种钢结构。设计团队借助于Altair的 OptiStruct的计算仿真来达到最佳的强度与重量的比率。
“寻血猎犬”工程师建立了不同的模型，布置的不同的肋和衍架结构。Chapman说“OptiStruct给我们指点了如何合理布置相应的材料，达到最佳的强度-重量比。我们最终设计了一个完美的测地线拱顶结构——而不是我们原先能想到的结构。”
设计团队采用OptiStruct类似的方法对车轮的垂直上方进行了分析。由于车轮上方产生巨大的载荷，设计团队原始设计中采用了钛材料，钛是坚 固而轻量的一种材料，但价格昂贵。设计者采用OptiStruct优化车轮设计——在不影响性能的前提下用最少的材料。借鉴实验设计方法论，最终通过优化 充分降低了载荷，所以在最终设计中车轮改为由成本较低的铝制成。
Chapman说:“通过OptiStruct，我们能够看到哪些地方的材料可以从部件中增加或去除。对于我们来说，这一设计方法转变的价值是非 同小可的。通过我们的努力，软件指引我们在一些地方增加了材料，而另一些地方削减了材料。如果没有OptiStruct，我们将无法得到这些珍贵的提 示。”
超音速汽车“寻血猎犬”设计团队利用Altair OptiStruct优化车辆结构。
上面的图表示OptiStruct优化后的输出文件，而下面的图表示设计团队如何将其生产出来
“有了Altair的 OptiStruct，”Noble说，“我们拥有了一辆坚固而轻便的超音速汽车。这是其它方法无法办到的。”Chapman解释说对于他们这样一支非传 统意义的设计团队，必须具备非比寻常的工具。 “我们出现的不是传统的“工程”问题”他说，“我们出现的问题非常特别。OptiStruct让我们意识到我们问题的独特性并提供了相应的解决方法。”
与高校的合作
超音速汽车“寻血猎犬”的设计团队在努力研发的同时，与英国高校合作开设该项目的相关课程，实现激发当前学生在科学探索、技术研究、工程数学等领域的钻研和创新精神的重要使命。
这样，英国的学生，覆盖低年级学生到研究生阶段，开始跟随着设计团队的项目进程。英国的师生可以了解到车辆的研发、设计、模型创建和测试的相关信 息。教育院校还可以从其中获得资源创建不同级别的课程；他们还可以去布里斯托尔参观车辆的研发紧张。除此之外，还鼓励学生加入“寻血猎犬”青年俱乐部以及 参加科学和工程竞赛。
“寻血猎犬”(Bloodhound)的超音速汽车
背景
超音速汽车“寻血猎犬”取名于布鲁斯托尔的寻血猎犬2，一种地空导弹，可以从启动加速到每2.5秒1Mach。寻血猎犬被用于该项目的名称。以下是该车辆的相关性能数据
轴距 29英尺
长度 42英尺
重量 14,158英镑（加满油的状态）
转弯半径 394英尺
最高高度 9英尺
燃料容量 132加仑
EJ-200推力 20,000英镑
27,000 lbs 火箭发动机推力 207,000英镑
下线路线图
超音速汽车“寻血猎犬”的设计团队依然还有很多工作要做。Noble说他们计划在夏天完成细节设计，然后进行部件的制造和车辆的装配。车辆的首次亮相被定于2011年的夏末，并于2012年展开全部活动。（注：“寻血猎犬”已完成了设计）
设计团队将首先进行静态测试，比如确保发动机的正常运行。然后，他们将在英国的高速公路上以200mph速度训练运行团队和调试车辆。最后的试驾将在南非北开普省的Hakskeen Pan荒地进行，创造陆地极限速度。
在最后的试驾阶段，团队将其提速到650mph。Chapman说这个超音速的范围，看上去会非常有意思。而计算预测车辆与地表的相互作用、车体周围气流和车辆和地面的冲击波是非常困难的。这就是为什么在物理测试中必须每50mph增量——接近计算模型，进行测量的原因。
“我们搜集了所有数据，”Chapman说，“测试物理性能，然后与预期数据进行对比。如果无法预见到车辆发生的状况，我们就降低速度增量，并且返回到计算模型。我们想要确保安全性。”
我们为什么选择Hakskeen Pan作为试驾的场地？Noble说这是由很多因素综合而成的：这个场地有10英里长，两端各有1英里的清场跑道；平地；地面相当牢固，足可以满足6.5吨超音速汽车在上面运行。
Noble解释说陆上极限速度的记录由60分钟内两次运行的平均速度计算得出。团队需要足够的空间来使6.5吨的车辆完成转弯和其他任务：给喷气式发动机加油、给火箭发动机添加固体燃料、以及重新装载减速器放慢汽车速度。
一项标志性的工程冒险
超音速汽车“寻血猎犬”团队正面临着一个挑战和一项标志性的工程冒险。Chapman说：“没有一个答案是正确的，没有一个创意是错误的。这是相当令人兴奋的。”
Noble说：“我们不同于飞机/赛车的研发经验。这个项目的一切都是全新的、创造性的。”
Chapman提到了仿真工具，如CFD和Altair的 OptiStruct，在创新中发挥了重要作用。“这些工具，”他说，“功能非常强大，让我们想到了以前没有想到的东西。利用这些工具，让我们的思维跳出了框架。”
设计团队对技术的依赖推动了他们获得尖端科技的能力。在他们的努力下，高级冶金术、地面空气动力学、高振动遥感探测、低层次喷气和火箭发动机操作都达到了他们预期的结果。
“这个项目没有先例，”Noble说，“我们所做的一切都是创新的，而且可共享于网络。在世界上，人们会探究我们所做的内容，并且进行工程仿真的研究。我们都有一个任务来推动前沿技术，只要我们能够做到。这里还可以获得很多新的发现。”
