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背景介绍

Shaw Aero Devices 公司是专门生产航空应用的阀门。 Shaw 的客户预定了大量的螺线管阀门,这个阀门与Shaw 以前生产的某个阀门产品非常相似。但 Shaw 的阀门必须要满足一些客户的要求。

这些螺线管阀门主要用于无人驾驶飞机的燃油控制。歧管内有六个这样的阀门控制油箱内的油路分布和燃油消耗时保持飞机的平衡。无人驾驶飞机的制造商通过使用更小的燃油泵来增加飞机的有效载荷,这种更小的燃油泵很轻但足以克服标准 Shaw 阀引起的流体压力损失。为了争取获得阀门订单, Shaw Aero Devices 需要重新设计阀门以消除阀门突缩引起的额外压力损失。并且整个阀门的研发时间必须满足客户时间要求。

Shaw 的工程师清楚的知道重新设计阀门需要至少三个阀门样品。他们需要将阀门压降减少 88% 。三个样品是否足够?谁能保证一定成功?

解决方案

Preble 使用 Mentor Graphics  FloEFD 仿真模拟了最初的阀门设计方案,在一天时间内完成了阀门仿真分析。尽管他有丰富的 CFD 背景知识和经验,但是与 MCAD 软件整合在一起的 FloEFD 减轻了他的工作量,主要是因为不需要在 MCAD  FloEFD 软件之间进行模型的传递和交换。从 FloEFD 的分析结果中发现最初设计方案阀门的某些方面有改进的可能,通过改变阀门的流量 Preble 能够找到并且解决阀门所存在的问题。 FloEFD 减少了仿真分析的时间,主要是阀门方案分析时软件可以自动探测流体和固定区域。

结果描述

从最初阀门方案获取的信息对整个项目至关重要。首先,可以证明 FloEFD 可以获得与实测相一致的仿真结果。其次,它可以提示哪些措施可以改进阀门性能。对最初阀门做一个切平面压力云图, Preble 注意到阀门的angled wing seat 产生很大的压力损失。他建立了一个更大开口的阀门,并且没有 angled wing seat (如下图所示)。在经过一些细小的修改之后,最终的阀门设计方案得到确定。

通过FloEFD生成了直升机油箱内气体流动的迹线

最初的 Shaw Aero Devices 螺线管阀门的压力损失有6Psi,并且不能满足客户的要求。压力切面云图显示在螺线管改进之后,压力损失减少至 1Psi。再做进一步的改进之后,压力损失可以减少至0.71Psi,满足客户要求。

不需要建立实际的阀门物理模型,整个阀门重新设计过程也得到完成。最终新阀门的压力损失由原先的6.09psi (流量为 4.45gal/min) 减少为0.71psi ,从而满足了客户苛刻的要求。同样重要的是,项目也满足了客户对于时间的要求。不像每一个物理样机需要很长的研发周期, Shaw的工程师在一天不到的时间内完成了阀门的仿真分析。