공력 시뮬레이션
공력 성능을 위한 유체 시뮬레이션
공력 시뮬레이션이란?
공력 설계는 개발 초기 단계부터 시작되지만, 프로세스를 거치며 바로 변화하는 큰 구조물과 작은 디테일의 영향을 모두 받습니다. 시뮬레이션을 설계에 통합하면 엔지니어가 풍동 테스트 비용 없이 제품의 성능을 최적화하고 잠재적인 문제를 해결할 수 있습니다.
공력 시뮬레이션을 통해 해결된 산업 과제
공력은 광범위한 산업 분야에서 중요한 관심사입니다. 자동차 업계는 이 분야의 선구자로서, 차량 주위의 공기가 어떻게 흐르는지에 대한 이해를 바탕으로 항력을 줄여 연비가 좋은 더 빠른 자동차를 생산할 수 있었습니다. 공력은 또한 항공우주 산업에서 꼭 필요한 요구 사항이며, 특히 높은 연료 비용과 엄격한 배출 규정으로 인해 항력을 최소한으로 줄이는 것만으로도 가치가 있습니다. 건물 및 산업장비와 같이 고정된 대형 구조물도 공력 설계로 풍하중을 줄이고 공기 흐름을 개선할 수 있습니다.
시뮬레이션으로 풍동 테스트를 보완하면 실제 시제품을 버추얼 트윈으로 대체하여 비용을 절감할 수 있습니다. 물리적으로 준비하는 데 몇 주가 걸릴 수 있는 테스트를 하룻밤 만에 시뮬레이션에서 복제할 수 있기 때문에 상당한 시간 절약 효과도 있습니다. 설계자가 처음부터 공력 성능을 해석할 수 있으므로, 나중에 문제를 해결하는 데 드는 시간과 비용이 줄어듭니다. 시뮬레이션은 사용자가 성능을 개선하고 경쟁 우위를 제공할 수 있는 새로운 개념을 실험할 수 있도록 하여 혁신을 촉진합니다.
공력 설계 및 시뮬레이션 솔루션
다쏘시스템의 SIMULIA 브랜드는 다음과 같은 광범위한 공력 시나리오와 과제를 해결할 수 있는 강력한 유체 시뮬레이션 도구 포트폴리오를 제공합니다.
- 공력 효율 및 항력 감소
- 고 양력 시스템 및 비행 역학
- 차량 핸들링
- 오염 – 진흙, 비 및 눈 관리
- 패널 변형
- 풍하중
SIMULIA 공력 시뮬레이션 도구는 고성능 Lattice Boltzmann Method CFD 시뮬레이션 기술을 사용하여 난류를 포함한 대형 구조물 주위의 공기 흐름을 정확하게 시뮬레이션합니다. 물, 진흙 등 다른 유체와 공기의 상호작용을 시뮬레이션하여 비, 오염 등의 영향을 해석할 수 있습니다. 노면, 다른 차량 및 환경과 마찬가지로, 공력 연구에서도 움직이는 파트를 고려할 수 있습니다.
나아가 공력 솔루션은 공력소음과 같은 다른 유체 하위 분야, 구조 및 모션 시뮬레이션 도구, 통합 모델링/시뮬레이션(MODSIM) 워크플로용 모델링 도구와 연결할 수 있습니다.
- 공력 효율성
- 고 양력 시스템 및 비행 역학
- 차량 핸들링
- 오염
공력 효율성
공력 설계는 바람의 저항을 줄이고 엔진을 통과하는 공기 흐름을 최적화하여 연비에 상당한 영향을 미칩니다. 시뮬레이션은 항공기 및 차량 공기 역학에 대한 인사이트를 제공하며 풍동에서는 볼 수 없는 실제 문제를 파악할 수 있습니다. 시뮬레이션을 통해 최종 설계의 비용 절감 및 개선 효과를 얻을 수 있습니다.
하고 양력 시스템 및 비행 역학
날개나 로터를 설계할 때는 성능, 최대 양력, 중량, 비용, 소음 등 많은 상충 관계를 고려해야 합니다. 시뮬레이션을 통해 고 양력 표면 설계를 최적화할 수 있어 한때 수개월간 풍동 테스트를 해야 얻을 수 있었던 결과를 하룻밤 만에 얻을 수 있습니다. 시뮬레이션은 서로 다른 마하수의 모든 관련 흐름 체계를 고려할 수 있습니다.
차량 핸들링
항력, 양력, 다운포스, 횡풍과 같은 힘은 타이어가 도로에서 갖는 접지력, 조향 입력에 대한 차량의 반응, 도로 또는 바람 조건의 변화에 따른 차량의 안정성에 영향을 미칩니다. 이러한 결과를 이해하면 차량 안전과 탑승자 편의성을 개선하고, 경주용 자동차의 경쟁력을 높일 수 있습니다.
오염
물, 눈, 얼음, 먼지, 돌 및 그 밖의 다른 파편 입자가 타이어나 바람에 의해 도로에서 튕겨 올라오거나 기상 조건으로 인해 생겨날 수 있습니다. 이러한 작은 크기의 입자는 차량 공력에 큰 영향을 받게 하며, 세심한 설계를 통해 이들이 초래하는 오염과 손상을 줄일 수 있습니다.
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공력 시뮬레이션에 대한 FAQ
CFD 시뮬레이션은 풍동에서 실제 시제품을 테스트하지 않고도 자동차 또는 항공기와 같은 물체의 공력 거동을 보여줍니다. 공기 흐름을 3D로 시각화되며 KPI를 즉시 계산할 수 있습니다. 설계 변경의 효과를 쉽게 계산할 수 있어 개발 프로세스가 가속화되고 설계를 최적화하여 항력을 최소화할 수 있습니다.
SIMULIA 포트폴리오의 PowerFLOW는 차량 및 항공기의 공력 흐름 시뮬레이션에 가장 적합한 솔루션입니다. PowerFLOW는 CFD 시뮬레이션에 LBM(Lattice Boltzmann Method)을 사용하여 아음속부터 초음속까지 다양한 흐름 상태 및 마하수의 물체 주위 공기 흐름을 계산합니다.
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