飞机制造商使用西门子解决方案来缩短全电动复合材料飞机的产品开发时间

突破性变革

当乔治·拜伊八岁时，他的母亲带他乘坐 Piper Cub 飞机进行了第一次飞行。从那时起，他就迷上了航空飞行。他先成为一名美国空军飞行员和教练，然后成为一名航空航天工程师和教师，现在则是 Bye Aerospace (Bye) 的首席执行官 (CEO) 兼创始人。他致力于将航空的过去与未来联系起来。

“对电动飞机而言，实现突破和改变的机会在于推进系统，”拜伊说。“纵观电动机和电池从 10 年或 20 年前直到现在的演进轨迹，我们首次有机会开发出一种运营成本更低、无二氧化碳和噪音极低的变革性飞机。这将改变一切。”

获取 FAA 认证

Bye Aerospace 有两项电动飞机项目正在稳步通过美国联邦航空管理局 (FAA) 第 14 号联邦法规 (CFR) 第 23 部分的飞机认证流程，其中的第一个也是较重要的项目是双座 eFlyer 2 训练飞机。这两个项目涉及了从采购准备到研发等不同的阶段。

“FAA 认证是通往质量和安全的大门，”拜伊说。“现在，我们首次与他们共同制定了飞机电力推进流程。”

“您可以说，我们的开拓性工作走在了认证的前沿，”总工程师汤姆·鲍恩 (Tom Bowen) 说。“我们与美国联邦航空局有着非常良好的合作关系，因为我们是第一家此类企业。我们推出了首架按照 FAR 23 标准进行电力推进认证的飞机。因此，他们非常依赖我们。我们不仅要解释技术，还要告诉他们技术与规则的关系，以及他们应该如何应用合规方法，以便我们证明我们符合他们的标准。

从设计无缝过渡到分析

eFlyer 2 是一架全复合材料飞机，采用了先进的空气动力学设计、高新科技和新型航空电子设备。它的零件数量较少但系统稳健，是一架耐用的飞机。

该飞机引人注目的一点是飞行距离，而重量直接影响飞行距离，因此使用复合材料是其策略的关键部分。Bye Aerospace 的结构部门采用了 Siemens Digital Industries Software 的多种解决方案来帮助他们起步，其中的 Fibersim™ 产品组合和 NX™ 软件尤为重要。他们正在使用 Fibersim 来优化复合材料机身的结构完整性，并使用 NX 来开发飞机的外形。他们还使用 Fibersim 从外到内逐层构建复合材料。

该公司还使用 Teamcenter® 软件进行产品数据管理和端到端管理，使用 Simcenter™ STAR-CCM+™ 软件进行计算流体动力学 (CFD) 设计，使用 Simcenter 3D 软件进行分析、测试和认证，以及使用 Capital™ 软件进行线束和布局设计。这五款产品是 Siemens Xcelerator 软硬件和服务业务平台的一部分。通过使用这五款产品，Bye Aerospace 能够创建无缝的端到端流程。

“我们之所以使用 NX 而不是其他 CAD 系统，是因为它能够更好地从设计无缝过渡到分析，给予我们更多时间来执行更多设计迭代，”资深机械系统工程师帕里贾特·马利克说。“我们能够轻松执行一些更改并分析该设计，然后只需更改使该特定设计生效的地方。此外，NX 提供的一项重要功能是 WAVE 链接，该功能创建的参数化装配不逊色于市面上的任何其他 CAD 软件。”

未来产品的基础

“eFlyer 系列飞机始于 eFlyer 2，”鲍恩说。“我们在西门子软件中为定义 eFlyer 2 付出了辛苦努力，这是所有未来产品的基础。我们将更改模型时采用的典型程序顺序称为‘撕碎’阶段。在该阶段，我们‘撕碎’不适合我们未来模型的内容，然后重新开始我们的设计。

“借助西门子软件，我们能够大致将设计变形为下一个和后续设计，我们将此称作拉伸橡皮筋。当然，其优势是，这不仅是物理更改或建模更改，还可提供与单一信息源（即模型）相关联的分析资源。因此，当我们修改模型时，所有其他相关活动也会随飞机一起变化。”

“因此，Bye Aerospace 借助 WAVE 链接来灵活执行设计流程；我们能够创建一个自上而下的结构，在该结构中处理设计就像处理形状一样简单；您还可以将其分解为多个部分，然后将它传递给负责设计这些部分的人以向其添加细节，“马利克说。“借助 WAVE 链接，您能够轻松将自己的设计更改传递给其他设计师，而不必召开大型会议沟通自己的设计更改，也不必为适应他人的更改而修改大量内容。您只需打开一个装配，看看与之链接的内容、其他人做的更改以及对自己设计的影响。然后，您就可以做必要的更改以适应整个设计。

每架飞机都从概念设计开始。概念设计来源于公司的飞机外观和性能特征理念。在此基础上，Bye Aerospace 开始设计飞机的内部系统。

“西门子软件对此发挥了重要作用，因为概念设计始于我们所说的简单优化线条，也就是飞机在 NX 中的形状，”马利克说。“随后您开始添加细节。根据您需要使用的复合材料，以及作用在飞机结构上的应力，您可以打开 Fibersim 并设计一个布局来详细说明结构中需要哪些层以及这些层的顺序。

“您可以将 Fibersim 中的数据传到 NX 中，并由 NX 为您提供结构的合适厚度以及安装系统所需的正确表面。”

在设计时考虑更改

“我们在设计 eFlyer 2 时考虑到了更改，”设计和工程主管吉姆·福里斯特 (Jim Forrester) 说。“借助 NX 中的 WAVE 功能，我们正在采用一套自上而下的设计流程。这样，Bye Aerospace 能够轻松更新模型以反映所有更改。我们可以利用 eFlyer 2 并最终将该空气动力学形状改为 eFlyer 4 所需的形状，然后 eFlyer 2 就将变形为 eFlyer 4。我预计这将需要大约一周的时间。这会节省大量时间。”

“我们可以在更短的时间内完成相同数量的迭代，或者在相同时间内完成更多迭代。在 Bye Aerospace，我们两者兼顾。在缩短产品开发时间的同时，我们还进行了更多迭代。最终，我们能够推出合适的飞机并快速进入市场。

技术推动力

“一个典型程序可以实现两次迭代，”鲍恩说。“如果执行的好，您可以实现三次。利用西门子解决方案，您实际可以每周迭代一次。这样，您能够调整和迭代 99% 或 100% 的解决方案以满足自己的需求，这是集成所有西门子软件带来的一大优势。”

“我们的工程团队只有 20 个人。而一般的公司有 50 到 60 人。我们能做到这点是因为西门子仿真软件的集成度很高，不需要传统的专家。”

“作为系统工程师，我认为西门子软件的一大优势在于它提高了设计的协同性，”马利克说。

“我们现在使用的 NX CAD 软件是一大技术推动力。它助力 Bye Aerospace 保持领先，”拜伊说。“我们捕获飞机设计各个方面的能力得到了大幅增强。在捕获 eFlyer 2 设计时，西门子软件帮助我们过渡到后续产品。”