工程服務(wù)公司Techsburg亟需一套解決方案，以實(shí)現(xiàn)飛機(jī)噪聲抑制，并針對(duì)復(fù)雜燃?xì)廨啓C(jī)流體動(dòng)力學(xué)展開(kāi)分析，從而滿足安全標(biāo)準(zhǔn)與合規(guī)要求。通過(guò)采用PowerFLOW仿真平臺(tái)，該公司得以在研發(fā)早期對(duì)噪聲及氣流特性進(jìn)行精準(zhǔn)模擬，大幅減少了高成本的物理測(cè)試環(huán)節(jié)。這一技術(shù)方案不僅節(jié)省了項(xiàng)目時(shí)間與資源投入，更顯著提升了其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

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挑戰(zhàn)

工程服務(wù)公司 Techsburg 專注于航空航天與能源領(lǐng)域，亟需一套既能開(kāi)展飛機(jī)氣動(dòng)聲學(xué)仿真，又能解決燃?xì)廨啓C(jī)非定常流體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的綜合解決方案。

解決方案

Techsburg 采用先進(jìn)的仿真技術(shù)(具體為PowerFLOW)，在開(kāi)展物理測(cè)試前即可精準(zhǔn)預(yù)測(cè)噪聲特性與流體動(dòng)力學(xué)行為。達(dá)索系統(tǒng) SIMULIA PowerFLOW 內(nèi)置的晶格玻爾茲曼方法(LBM)求解器，不僅設(shè)置流程簡(jiǎn)潔易用，還能實(shí)現(xiàn)快速的仿真周轉(zhuǎn)效率。

成果

通過(guò)在研發(fā)早期發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，Techsburg 大幅節(jié)省了項(xiàng)目時(shí)間與資源成本；憑借高保真度的分析能力，其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)顯著增強(qiáng)，同時(shí)能夠?yàn)榭蛻籼峁┚珳?zhǔn)且可落地的技術(shù)洞見(jiàn)。仿真技術(shù)更為未來(lái)創(chuàng)新奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ) —— 包括生成可靠的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)有望應(yīng)用于人工智能驅(qū)動(dòng)的模型，進(jìn)而加速研發(fā)周期。

 

PART 01引言

自 1998 年成立以來(lái)，Techsburg 始終聚焦工程領(lǐng)域中兩大極具挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域：航空航天與能源。憑借深厚的工程技術(shù)積淀，以及對(duì)實(shí)用型技術(shù)卓越性的執(zhí)著追求，Techsburg 以持續(xù)探索復(fù)雜問(wèn)題解決方案的精神樹(shù)立了行業(yè)口碑。公司的客戶群體廣泛，涵蓋美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)等政府機(jī)構(gòu)、軍方分支，以及航空和燃?xì)廨啓C(jī)原始設(shè)備制造商(OEM)；這些客戶提出的項(xiàng)目需求往往極具技術(shù)難度，而每個(gè)項(xiàng)目都在不斷挑戰(zhàn)現(xiàn)有工具與傳統(tǒng)工作流程的極限。

 

早期，Techsburg 團(tuán)隊(duì)采用傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)工具輔助風(fēng)洞測(cè)試與地面試驗(yàn)，構(gòu)建了物理試驗(yàn)與虛擬仿真相結(jié)合的混合工作流程。而真正的技術(shù)突破，源于該公司引入 PowerFLOW ——這款基于先進(jìn)晶格玻爾茲曼方法(LBM)的求解器在業(yè)內(nèi)廣受認(rèn)可，尤其在非定常流體動(dòng)力學(xué)與計(jì)算氣動(dòng)聲學(xué)領(lǐng)域具備無(wú)可比擬的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

 

 

 

PowerFLOW 助力 Techsburg 團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了更深入的技術(shù)鉆研。與傳統(tǒng)納維——斯托克斯(Navier-Stokes)求解器不同，該工具能夠精準(zhǔn)求解湍流并傳播聲波，同時(shí)將數(shù)值色散與耗散降至最低。這不僅讓仿真結(jié)果更具可靠性，還顯著提升了運(yùn)算速度——對(duì) Techsburg 團(tuán)隊(duì)而言，這無(wú)疑是一項(xiàng)顛覆性突破。

 

我們始終致力于為客戶提供最優(yōu)解決方案，精準(zhǔn)應(yīng)對(duì)非定常流體流動(dòng)與計(jì)算氣動(dòng)聲學(xué)相關(guān)難題。而 PowerFLOW 正是適配這類需求的頂尖工具，我們始終堅(jiān)持使用最專業(yè)的技術(shù)手段服務(wù)客戶。

 

過(guò)去五年間，Techsburg 借助 PowerFLOW 成功攻克了航空航天與能源領(lǐng)域的諸多技術(shù)難關(guān)：從預(yù)測(cè)先進(jìn)空中交通(AAM)、電動(dòng)涵道風(fēng)扇、桁架支撐翼客機(jī)等新型航空器的社區(qū)噪聲，到優(yōu)化下一代航空推進(jìn)系統(tǒng)及發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行效率，PowerFLOW 已成為該公司開(kāi)展高保真氣動(dòng) / 氣動(dòng)聲學(xué)仿真的高效、可靠核心工具。

 

PART 02PowerFLOW 性能亮點(diǎn)：適配中小企業(yè)的輕量化部署

Techsburg 應(yīng)用歷程中最引人矚目的亮點(diǎn)之一，在于其成功駕馭了這款通常被大型企業(yè)采用的先進(jìn)仿真技術(shù)。盡管 PowerFLOW 也可部署于大規(guī)模計(jì)算集群，但 Techsburg 僅通過(guò) 256 個(gè) CPU 核心加 1 個(gè) GPU 加速節(jié)點(diǎn)，便能高效運(yùn)行高保真仿真任務(wù)——這一實(shí)踐充分證明，世界級(jí)的仿真能力并非必須依賴超級(jí)計(jì)算機(jī)級(jí)別的基礎(chǔ)設(shè)施。

 

這一技術(shù)優(yōu)勢(shì)在 Techsburg 與 SIMULIA 聯(lián)合撰寫(xiě)的論文中得到充分體現(xiàn)。該論文題為《基于晶格玻爾茲曼方法的高升力、高負(fù)荷低壓渦輪氣動(dòng)仿真方法》，已在孟菲斯舉辦的 2025 年渦輪機(jī)械博覽會(huì)(Turbo Expo)上發(fā)表。研究數(shù)據(jù)顯示：“相較于納維 - 斯托克斯直接數(shù)值模擬(NS-DNS)，本文提出的 LBM-LES（晶格玻爾茲曼大渦模擬）方法，能夠捕捉到比 Sandberg 等人的 NS-DNS 小一個(gè)數(shù)量級(jí)的湍流尺度，而單次通流計(jì)算成本卻降低了兩個(gè)數(shù)量級(jí)——對(duì)于類似的 2.5D 低壓渦輪翼型計(jì)算域，LBM-LES 僅需 250 核時(shí)，而 NS-DNS 則需 38,800 核時(shí)。

 

該基準(zhǔn)測(cè)試結(jié)果凸顯了 PowerFLOW 的核心差異化優(yōu)勢(shì)：賦能中小企業(yè)在無(wú)需海量計(jì)算資源投入的前提下，開(kāi)展超高保真度、高效率的仿真分析。

 

正如馬修?蘭福德(Matthew Langford)在 SAUC 會(huì)議的采訪中所言：

 

PowerFLOW 確實(shí)在大型企業(yè)環(huán)境中應(yīng)用更為廣泛，但作為中小企業(yè)，我們成功借助這一工具提供了同類中小型競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手通常難以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)服務(wù)。這為我們構(gòu)筑了獨(dú)特的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，讓我們?cè)谛袠I(yè)中脫穎而出。

 

PART 03噪聲難題：遠(yuǎn)不止 “擾民” 那么簡(jiǎn)單

對(duì)于民用航空客戶而言，航空器噪聲過(guò)大會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品銷量下滑，甚至無(wú)法通過(guò)相關(guān)認(rèn)證；而在國(guó)防項(xiàng)目中，噪聲問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)更為嚴(yán)峻 —— 噪聲意味著可探測(cè)性，這可能直接危及任務(wù)安全。軍用航空器必須低噪聲運(yùn)行，以避免被觀測(cè)人員察覺(jué)或探測(cè)。因此，工程師們必須攻克氣動(dòng)學(xué)領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)性的難題之一：在航空器尚未制造完成前，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)其噪聲水平。這絕非易事，因?yàn)闅鈩?dòng)聲學(xué)特性具有極強(qiáng)的不可預(yù)測(cè)性，且會(huì)隨設(shè)計(jì)方案的變化產(chǎn)生顯著差異。

 

 

 

隨著全球安全威脅日益加劇，對(duì)具備低可觀測(cè)性（隱身性能）航空器的需求從未如此迫切。然而，傳統(tǒng)航空器設(shè)計(jì)模式下，機(jī)身與推進(jìn)系統(tǒng)工程師的工作相互獨(dú)立，往往在設(shè)計(jì)后期才整合各自負(fù)責(zé)的系統(tǒng)，卻很少考慮由此產(chǎn)生的聲學(xué)影響。

 

Techsburg 聚焦于以先進(jìn)仿真工具為核心的解決方案，旨在攻克這一行業(yè)痛點(diǎn)。通過(guò)應(yīng)用 PowerFLOW，該公司的仿真能力得到顯著提升，能夠精準(zhǔn)預(yù)測(cè)不同航空器構(gòu)型的噪聲特性。這種仿真驅(qū)動(dòng)的研發(fā)模式，使工程師能夠?qū)捎诤娇掌髟O(shè)計(jì)中的各類推進(jìn)系統(tǒng)（螺旋槳、涵道風(fēng)扇或旋翼）進(jìn)行全面仿真分析。在開(kāi)展物理測(cè)試前，團(tuán)隊(duì)即可生成反映這些部件實(shí)際工況運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)，大幅降低了項(xiàng)目的不確定性。

 

PART 04能源領(lǐng)域：與非定常流動(dòng)的博弈

與此同時(shí)，能源領(lǐng)域的燃?xì)廨啓C(jī)制造商正面臨另一項(xiàng)嚴(yán)峻挑戰(zhàn) —— 非定常流動(dòng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。由于這一問(wèn)題直接關(guān)系到設(shè)備性能與可靠性，傳統(tǒng)仿真與測(cè)試工具往往難以捕捉渦輪級(jí)與排氣系統(tǒng)內(nèi)部復(fù)雜的湍流特性，其后果包括：系統(tǒng)效率低下、仿真結(jié)果不可靠以及測(cè)試成本高昂。

 

PowerFLOW 具有變革性意義。它就像一件功能強(qiáng)大的新工具，我迫不及待想向同行們展示它的優(yōu)勢(shì)。其卓越的性能與可信的仿真結(jié)果，讓我們能夠解決那些原本無(wú)法攻克，或至少需要投入巨大精力才能解決的技術(shù)難題。

 

對(duì)Techsburg而言，集成應(yīng)用PowerFLOW使其能夠有效應(yīng)對(duì)渦輪級(jí)與排氣系統(tǒng)中這些不可預(yù)測(cè)的流動(dòng)行為。通過(guò)部署先進(jìn)仿真技術(shù)，該公司可提前預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)方案的性能表現(xiàn)并評(píng)估效率指標(biāo)。PowerFLOW賦予Techsburg的渦輪非定常流動(dòng)建模精度，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)方法的水平。

 

PART 05風(fēng)洞測(cè)試：仿真技術(shù)力挽狂瀾

有一個(gè)典型案例充分彰顯了這些技術(shù)突破的實(shí)際價(jià)值 —— Techsburg 與合作伙伴 AVEC 聯(lián)合承接了一項(xiàng)合同項(xiàng)目，涉及帶襟翼展開(kāi)的撐桿支撐翼風(fēng)洞測(cè)試。由于該風(fēng)洞測(cè)試的核心目標(biāo)是測(cè)量特定機(jī)身噪聲源（機(jī)翼 / 撐桿連接處），任何外部干擾聲源都可能導(dǎo)致測(cè)試目標(biāo)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。為降低風(fēng)險(xiǎn)，團(tuán)隊(duì)決定利用 PowerFLOW 對(duì)測(cè)試模型進(jìn)行氣動(dòng)聲學(xué)仿真。仿真結(jié)果清晰顯示，模型中看似無(wú)影響的機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)，其噪聲水平幾乎與待測(cè)量的連接處噪聲源相當(dāng)。

 

通過(guò)虛擬仿真識(shí)別出這一極易被忽視的細(xì)節(jié)，團(tuán)隊(duì)成功避免了一次高成本的測(cè)試失敗。他們結(jié)合 PowerFLOW 進(jìn)一步的氣動(dòng)聲學(xué)仿真結(jié)果重新設(shè)計(jì)了模型支撐結(jié)構(gòu)，最終首次測(cè)試即達(dá)成所有測(cè)試目標(biāo)，同時(shí)節(jié)省了數(shù)萬(wàn)美元的測(cè)試資源投入。

 

 

 

所有項(xiàng)目的實(shí)踐都指向同一個(gè)核心結(jié)論：仿真絕非單純的輔助工具，更是一份 “風(fēng)險(xiǎn)保障”。它意味著在設(shè)計(jì)流程推進(jìn)乃至產(chǎn)品投產(chǎn)前提前發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，避免錯(cuò)誤不斷放大，確保最終交付的產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用測(cè)試中萬(wàn)無(wú)一失。

 

PART 06結(jié)論

當(dāng)大多數(shù)先進(jìn)仿真工具仍僅被大型企業(yè)使用時(shí)，Techsburg 作為中小企業(yè)成功構(gòu)筑了獨(dú)特的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。PowerFLOW 賦予了該公司競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手難以企及的技術(shù)解決能力，而團(tuán)隊(duì)的專業(yè)技術(shù)積淀在這款工具的加持下進(jìn)一步放大，助力其實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展 —— 在市場(chǎng)中為客戶提供技術(shù)嚴(yán)謹(jǐn)、獨(dú)具特色的解決方案。

 

如今，Techsburg 的發(fā)展步伐持續(xù)加快。該團(tuán)隊(duì)并未滿足于現(xiàn)有工作流程，而是已著手利用仿真數(shù)據(jù)訓(xùn)練人工智能模型。其愿景十分清晰：以可靠的仿真數(shù)據(jù)為核心支撐，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練得到代理模型，使工程師能夠在數(shù)秒內(nèi)獲取精準(zhǔn)結(jié)果，而非耗費(fèi)數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天。這一突破將徹底重新定義航空航天與能源領(lǐng)域的研發(fā)速度與精度標(biāo)準(zhǔn)。

 

Techsburg 的案例充分證明：當(dāng)企業(yè)拒絕被傳統(tǒng)工具的局限性束縛，通過(guò)引入先進(jìn)仿真技術(shù) —— 先是作為傳統(tǒng)流程的補(bǔ)充，進(jìn)而重塑整個(gè)業(yè)務(wù)流程 —— 就能將日常工程工作提升至引領(lǐng)行業(yè)的創(chuàng)新高度。Techsburg 與 PowerFLOW 的成功故事即是最佳佐證：合適的工具與卓越的人才相結(jié)合，足以攻克看似無(wú)解的技術(shù)難題。