4．案例——飞机舱门支撑臂设计

  4．1 背景－飞机结构轻量化设计

  EADS（欧洲航空防务及航天公司）是全球三个最大的航天集团之一。Eurocopter是EADS下属的全资子公司，主要设计开发商用和军用直升机，同时参与空中客车所有机型的舱门和整流罩的开发。

  由于来自强势客户和业界本身竞争的压力，飞机制造商们正在积极地寻求方法来降低飞机的结构重量，Eurocopter公司也不例外。为了满足项目工期和复杂的、甚至苛刻的产品设计目标，Eurocopter公司在产品开发过程中积极采用基于Altair OptiStruct结构优化技术的设计流程。本案例着重讲述这个流程的一个成功应用——重新开发一种质量更轻的舱门支撑臂。下图所示是支撑臂在舱门中的位置和初始设计。
              

  4．2 过程

  设计过程分为概念设计和详细设计共两个阶段：

  《一》、概念设计阶段的主要目的是得到舱门支撑臂的全新设计思路，这可以通过OptiStruct的拓扑优化技术实现。首先根据支撑臂的安装位置、运动轨迹和连接关系确定设计空间，然后建立主要工况，包括舱门关闭、紧急打开和气阀撞击三种工况，将这些工况下的结构刚度指标作为设计约束。设计目标为重量最小。同时，在优化过程中考虑了拔模方向，以满足铸造工艺要求。根据OptiStuct给出的设计思路，设计工程师就可以初步设计出支撑臂的结构。
          

  《二》、在详细设计阶段可以对初步设计模型进行进一步的优化，在满足所有工况条件和最大许用应力水平的情况下，通过形状和尺寸优化方法来优化加强筋的尺寸和形状，以达到进一步优化结构、降低质量的目的。优化设计的最终结果减重达到了20%，设计周期从原来的三个月缩短到现在的三个星期。
                 
  

  5. 小结

  优化驱动的产品设计流程是一种革命性的设计理念，以Altair OptiStruct为代表的结构优化技术给了工程师真正的帮助，是整个设计过程的灵魂和驱动者。这一全新的设计流程由于在设计一开始就实现了优化设计，避免了在设计后期阶段过多的反复，从而大大缩短了产品的设计周期。此外更重要的是，优化设计本身可以帮助寻找到更轻、同时性能更好的设计方案，在产品结构减重和自主创新领域都有非常重要的意义。(e-works)