挑战
过去二十年间,计算机建模已成为工业设计不可或缺的一部分。究其原因,计算机建模是依托某个系统(例如原型机)进行预测的一种更实惠、更快捷的测试方法,并且可以进行重复测试。
这种非结构化网格技术把有限元和有限体积法技术(即,将一个大型系统分解成多个更小的简单部件), 应用于逼真复杂的工业几何图形的流动与结构解析。
若要发展计算机建模,需开发强大的非结构化三维网格生成技术,从而精准模拟并创建适用的网格。包括航空航天业在内,多个工业领域都需要进行复杂的模拟,来推进诸如飞机机翼等空气动力学部件的设计与优化。
方案
斯旺西大学的研究人员开发了FLITE——一种非结构化网格系统,它可以自动生成任意几何形状的网格,模拟可压缩的气动流动。该系统改进后,提高了真实的空气动力学几何结构的功能性、鲁棒性和效率[R1与R2]。
空客飞机的啮合套件设计中应用了这些优化功能。在应用FLITE时,它还会对具有移动边界成分的非稳态流动进行网格适应性处理[R3 与 R4]。这些技术已编入进飞机研究协会(ARA)的Solar CFD(计算流体力学)系统中,并被BAE系统用于工业领域复杂的气动几何建模。
通过多网格加速和求解算法的并行化,FLITE的计算性能进一步提高[R1]。此外,通过引入确保混合网格上的几何守恒[R5]功能,它实现了一般时间相关湍流的模拟,包括随时间变化的几何形状。
影响
空客防务航天公司(AD&S)的内部网格生成器(MESHER)主要基于FLITE系统。该公司超过99%的CFD计算由MESHER系统完成,应用于欧洲战斗机、狂风多用途作战飞机、欧洲鹰无人机、塔拉里奥无人机、下一代武器系统、靶机、演示机型和新设计机型。通过开发高效的、有竞争力的产品,每年为公司节省数亿欧元。
高性能计算研究所(IHPC)旨在通过计算建模和仿真技术, 来促进和引领科学进步与技术创新,应对现实世界的挑战,并实现进一步的经济增长,改善人类生活。IHPC正在将FLITE应用于城市流量模拟,并将其作为新加坡绿色标志建筑认证的评估工具, 也被业界用于建筑设计和能源可持续性性能评估。
作为斯旺西大学的旗下公司,WebSim Ltd成立于2018年,致力于研发按需建模与仿真环境。该公司已集成了FLITE系统,为工程建模提供了网格生成能力,并针对各种工程应用的需要,建立非结构化网格。
“寻血猎犬”项目团队(BLOODHOUND)在超音速汽车(SSC)的空气动力学设计过程中,采纳了斯旺西大学的FLITE系统,旨在打造一种突破世界陆地速度极限的车辆。FLITE已成为指导汽车空气动力学设计的主要工具。与此同时,该项目的另一个目标是激励和培养新生代英国工程师。“寻血猎犬”教育计划共设立120名大使,为超过11.6万名学生开展了600多项教育活动与盛事。此外,2500所学校已上线相关电子资源,7.7万多名中小学生从中受益。融文集团(Meltwater)负责报道陆地速度记录,已发布了2047篇独家报道,潜在覆盖50亿读者。
“寻血猎犬”号超音速汽车的陆地速度记录团队,也使用了FLITE系统。该团队通过将FLITE预测与2019年测试中获得的结果进行比较,验证了计算模型的有效性[R6]。