modeFRONTIER在低空经济中的应用
一、引言 低空经济，以城市空中交通（UAM）、区域空中交通（RAM）和电动垂直起降飞行器（eVTOL）为代表，正成为全球关注的新兴领域。随着技术的快速发展，如何高效设计和优化这些飞行器以满足性能、安全和经济性要求成为关键。modeFRONTIER作为一款强大的多学科设计优化（MDO）工具，在低空经济中发挥着重要作用。 01 在概念设计阶段，需要快速评估数千种潜在设计，选择最佳架构（如倾斜旋翼、升力+巡航、多旋翼等）。传统方法难以高效完成这一任务，而modeFRONTIER通过集成快速运行的低保真度模型，能够快速筛选出最优配置。 02 eVTOL飞行器面临航程与有效载荷之间的矛盾。modeFRONTIER能够通过多目标优化算法（如NSGA-II），在有限的能量存储条件下，找到最佳的航程与有效载荷平衡。 03 eVTOL飞行器需要在保证强度的同时尽量减轻重量。modeFRONTIER通过参数化设计和优化算法，帮助工程师在结构设计中实现材料优化，降低重量并提高经济性。 04 推进系统设计是eVTOL飞行器的核心挑战之一。工程师需要优化螺旋桨的弦长、扭曲分布，同时考虑噪音水平。modeFRONTIER结合气动、声学和结构分析工具，能够实现推进系统的多学科优化。 （一）Pipistrel混合动力飞行器螺旋桨设计 Pipistrel公司利用modeFRONTIER优化了混合动力飞行器的螺旋桨设计。通过自动化仿真流程，工程师在有限时间内评估了5000种设计方案，最终在起飞时将推力提高了30%。这一过程跳过了传统原型阶段，直接进入生产，显著缩短了开发周期。 （二）eVTOL飞行器螺旋桨多学科设计优化 在eVTOL飞行器开发中，modeFRONTIER结合FlightStream®气动力学求解器和NX Nastran结构分析工具，实现了螺旋桨的多学科优化。优化目标包括最大化推力、最小化扭矩、降低噪音水平和减少螺旋桨质量。通过ESTECO的pilOPT算法，工程师在多个目标之间找到了最佳权衡。 （三）悬停推进器全周期性能和声学设计 以色列Aerospace Industries与Mejzlik Propellers合作，利用modeFRONTIER对悬停推进器的性能和声学特征进行了优化。优化结果显示，在保证性能的同时，噪音水平显著降低。 01 modeFRONTIER能够集成空气动力学、结构、声学等多个学科的分析工具，实现跨学科优化。 02 通过自动化仿真流程，modeFRONTIER能够在短时间内评估大量设计方案，显著提高设计效率。 03 modeFRONTIER内置多种先进优化算法（如pilOPT），能够快速找到帕累托最优解，帮助工程师做出最佳决策。 04 通过跳过原型阶段直接进入生产，modeFRONTIER显著降低了开发成本和时间。 五、结论 modeFRONTIER在低空经济中展现了强大的应用潜力。通过多学科设计优化，它能够帮助工程师快速评估和选择最优设计方案，同时在性能、经济性和安全性之间实现最佳平衡。随着低空经济的快速发展，modeFRONTIER将成为推动这一领域创新的关键工具。
