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今年3月，“陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)”從阿布扎比啟程環(huán)游世界，4月經(jīng)停中國(guó)。陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)”不僅代表著冒險(xiǎn)、環(huán)保和創(chuàng)新,其背后還蘊(yùn)含著無(wú)與倫比的科技力量。本文介紹了SOLAR IMPULSE采用達(dá)索系統(tǒng)3D EXPERIENCE平臺(tái)進(jìn)行飛機(jī)設(shè)計(jì)和裝配的仿真。
SOLAR IMPULSE太陽(yáng)能飛機(jī)
挑戰(zhàn)：
設(shè)計(jì)、制造太陽(yáng)能飛機(jī)并完成環(huán)球飛行，向世人展示使用替代能源能夠完成的極限挑戰(zhàn)。
解決方案：
采用達(dá)索系統(tǒng)3D EXPERIENCE?平臺(tái)進(jìn)行飛機(jī)設(shè)計(jì)和裝配的仿真。
業(yè)務(wù)價(jià)值：
3D EXPERIENCE平臺(tái)幫助Solar Impulse工程師確定飛機(jī)的最佳重量、尺寸配置、最佳駕駛艙設(shè)計(jì)，并在制造飛機(jī)之前避免裝配問(wèn)題。
用太陽(yáng)能改變世界
減少燃料資源的消耗是現(xiàn)代人類的一大困惑，也是重要的環(huán)保課題，，但也可能會(huì)因此催生出一些新的想法。Bertrand Piccard于1999年首次開(kāi)啟人類無(wú)間斷熱氣球環(huán)球飛行，他的熱氣球載有3.7噸液態(tài)丙烷，而20日后他著陸時(shí)，卻只剩下40公斤了。Piccard說(shuō)道：“燃料就快沒(méi)有了，我一直就擔(dān)心燃料會(huì)耗盡。當(dāng)時(shí)情況非常緊張，所以我告訴自己，下次環(huán)球飛行我絕不攜帶任何燃料。”這，就是Solar Impulse（陽(yáng)光動(dòng)力）冒險(xiǎn)計(jì)劃的開(kāi)始。
Piccard生長(zhǎng)在一個(gè)具有開(kāi)拓者精神的家庭。他的祖父，Auguste Piccard設(shè)計(jì)了一款帶有密閉加壓駕駛艙的熱氣球，成為到達(dá)平流層的第一人。他的父親，Jacques Piccard打破了在地球海洋最深處——太平洋馬里亞納海溝海床的深潛記錄。通過(guò)他們，Bertrand Piccard結(jié)識(shí)了許多探險(xiǎn)家、開(kāi)拓者和宇航員，包括Neil Armstrong和Charles Lindberg，他們成為他的榜樣并喚醒了他自己的開(kāi)拓精神。他說(shuō)道：“當(dāng)我還是小孩的時(shí)候，他們的輝煌事跡總讓我感到驚奇。”
Bertrand Piccard 及好友Solar Impulse CEO兼聯(lián)合創(chuàng)始人André Borscherg，將在2015年嘗試Solar Impulse 2的環(huán)球飛行，這是一架完全由太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的飛機(jī)。為什么選擇Solar Impulse 2? Borschberg說(shuō)道：“因?yàn)槲覀冎圃斓氖准芴?yáng)能飛機(jī)最多只能算作原型機(jī)，如同可用于不同飛行情況和天氣條件下進(jìn)行測(cè)試的飛行實(shí)驗(yàn)室。而第二架飛機(jī)則是專門(mén)設(shè)計(jì)用于長(zhǎng)途飛行，能耗更低、性能更高。這就是Solar Impulse 2。”
當(dāng)Piccard提出太陽(yáng)能環(huán)球飛行的想法時(shí)，Borschberg 說(shuō)：“我告訴他，我需要24小時(shí)考慮一下，但當(dāng)時(shí)我知道我會(huì)說(shuō)‘同意’。”作為前瑞士空軍飛行員，Borschberg持有專業(yè)的飛機(jī)和直升機(jī)飛行員執(zhí)照，后經(jīng)培訓(xùn)成為工程師，畢業(yè)于麻省理工學(xué)院著名的斯隆管理學(xué)院（Sloan School of Management）。
Bertrand Piccard 發(fā)起人、主席兼飛行員
對(duì)于該項(xiàng)目，他傾注了自己20多年的業(yè)務(wù)和專業(yè)知識(shí)。作為CEO，他還管理著擁有50名專業(yè)人士的強(qiáng)大技術(shù)團(tuán)隊(duì)，并依靠自身工程和業(yè)務(wù)技能來(lái)監(jiān)督飛機(jī)建造和飛行任務(wù)的準(zhǔn)備工作。
不是瘋狂，而是自信
該項(xiàng)目創(chuàng)始人選擇了達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE?平臺(tái)來(lái)完成飛機(jī)的設(shè)計(jì)，Borschberg闡述原因時(shí)說(shuō)：“因?yàn)槲覀兿嘈?，它們就是市?chǎng)上最好的技術(shù)。。通常，如果要制造一架新飛機(jī)，就得使用現(xiàn)有的引擎；而如果想要測(cè)試新引擎，那就得使用現(xiàn)有的飛機(jī)。但這個(gè)飛機(jī)上的所有東西都是前所未有的，推進(jìn)器是新的，能源是新的，結(jié)構(gòu)也是新的。其復(fù)雜程度令人難以想象。技術(shù)顧問(wèn)告訴我們，僅僅依靠3D數(shù)字化軟件而不構(gòu)建實(shí)體模型，這確實(shí)有點(diǎn)瘋狂。但我們對(duì)這些技術(shù)充滿信心。”
數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真
除了借助3DEXPERIENCE應(yīng)用飛機(jī)設(shè)計(jì)之外，Solar Impulse工程師還能用對(duì)不同配置的設(shè)計(jì)進(jìn)行數(shù)字化測(cè)試。Borschberg說(shuō)：“3DEXPERIENCE平臺(tái)的設(shè)計(jì)和仿真應(yīng)用對(duì)我們的幫助非常大，讓我們無(wú)需構(gòu)建過(guò)于昂貴且耗時(shí)太長(zhǎng)的物理原型，就能完成飛機(jī)的設(shè)計(jì)。”
André Borschberg 聯(lián)合創(chuàng)始人、CEO兼飛行員
設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Jonas Sch?r說(shuō)：“我們從單一部件的設(shè)計(jì)著手，在制造之前用3DEXPERIENCE平臺(tái)的裝配功能完成各部件的裝配工作。借助CATIA，我們提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，及時(shí)調(diào)整避免返工，所以一次性就設(shè)計(jì)成功了。”
工程師還使用3DEXPERIENCE平臺(tái)的復(fù)合材料和制造功能，包括定義并優(yōu)化機(jī)體碳纖維結(jié)構(gòu)板層、加工機(jī)械工具以用于生產(chǎn)眾多機(jī)身內(nèi)部碳制部件。
3DEXPERIENCE平臺(tái)為Solar Impulse提供了完整而精確的飛機(jī)畫(huà)面。SCHAR說(shuō)道：“3DEXPERIENCE平臺(tái)能讓我們從設(shè)計(jì)到制造車間對(duì)飛機(jī)進(jìn)行全方位的追蹤和控制，確保3D模型和設(shè)計(jì)中顯示的每一個(gè)螺栓、板塊和墊圈與實(shí)體飛機(jī)完全一致。這種跟蹤能力也是認(rèn)證過(guò)程的重要組成部分。如果監(jiān)管機(jī)構(gòu)要求我們提供相關(guān)信息，我們就可以證明所設(shè)計(jì)的內(nèi)容實(shí)際上已構(gòu)建完成，3D模型就是我們的證據(jù)。所有設(shè)計(jì)和制造數(shù)據(jù)都可以在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行跟蹤，可輕松訪問(wèn)并提交給檢查人員。”
一路走來(lái)，團(tuán)隊(duì)面臨著諸多技術(shù)挑戰(zhàn)。飛行員的安全性和舒適度是首要問(wèn)題，因?yàn)轱w行員要在8000米高空的飛機(jī)上連續(xù)飛行五天五夜，此高度可能會(huì)因?yàn)槿毖醵旅?。SCHAR說(shuō)：“我們采用3DEXPERIENCE的應(yīng)用對(duì)駕駛艙進(jìn)行優(yōu)化布局和人機(jī)工程設(shè)計(jì)，并且對(duì)飛行員在駕駛艙內(nèi)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間保持坐姿、移動(dòng)、簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)、吃飯和睡覺(jué)等訓(xùn)練，以幫助我們能夠做出必要的調(diào)整，從而讓André和Bertrand盡可能安全和舒適。”
另一個(gè)挑戰(zhàn)是保持飛機(jī)連續(xù)飛行五天五夜。Borschberg 說(shuō)：“能量的唯一來(lái)源就是太陽(yáng)能，所以飛機(jī)必須一直保持在空中飛行，而且要能夠以很少的能量運(yùn)行。 Solar Impulse 2 重2300kg，它如汽車一樣輕，但翼展長(zhǎng)達(dá)72米，比波音747的翼展還長(zhǎng)。數(shù)字仿真幫助我們?cè)O(shè)計(jì)出適用于這種長(zhǎng)途飛行的正確翼展長(zhǎng)度/飛機(jī)重量比。”
最后一個(gè)挑戰(zhàn)是Solar Impulse 團(tuán)隊(duì)必須找到合適的組件。與市場(chǎng)上通常出售的組件相比，Solar Impulse所需的組件需要更輕、更富有彈性。Borschberg 說(shuō)道：“啟動(dòng)該項(xiàng)目時(shí)，我們就詢問(wèn)過(guò)飛機(jī)制造商他們是否能夠制造出這種飛機(jī)，他們只是說(shuō)‘不，這是不可能的’。因此，我們不得不在航空領(lǐng)域外尋找新的技術(shù)和解決方案，然后將這些新技術(shù)新應(yīng)用首次集成在這架飛機(jī)上。我們必須從零開(kāi)始設(shè)計(jì)一架革命性的太陽(yáng)能飛機(jī)。沒(méi)有3DEXPERIENCE，這一切根本就不可能實(shí)現(xiàn)。”
Solar Impulse工程師采用3D EXPERIENCE平臺(tái)應(yīng)用CATIA設(shè)計(jì)制造72米長(zhǎng)的機(jī)翼
一次性成功完成設(shè)計(jì)，Solar Impulse設(shè)計(jì)人員采用3DEXPERIENCE平臺(tái)
來(lái)定義并優(yōu)化機(jī)體碳纖維結(jié)構(gòu)板層
采用3D模型還可以有助于工程師確定裝載飛機(jī)對(duì)于貨船空間的要求，然后將已拆解的飛機(jī)運(yùn)送到起飛地點(diǎn)。SCHAR說(shuō)：“CATIA能幫助我們確保我們有足夠的空間。貨船上的空間比較狹窄，所以我們用3DEXPERIENCE應(yīng)用進(jìn)行了3D仿真，以確定可用空間的最佳方式。我們甚至用它們來(lái)設(shè)計(jì)需要包裝并運(yùn)輸飛機(jī)的固定裝置，以及地面支持人員的移動(dòng)設(shè)備。”
不斷打破不可能的界限
Solar Impulse 2于2014年6月成功完成了處女航，隨后便展開(kāi)其歷時(shí)5個(gè)月、環(huán)球飛行35000km的一系列試飛準(zhǔn)備工作。2015年，等待兩位飛行員的除了這次意義非凡的冒險(xiǎn)之外，也是Solar Impulse 向人們展示清潔能源能夠改變世界的契機(jī)。因此，保護(hù)環(huán)境并非一項(xiàng)不可能完成的任務(wù)；其不會(huì)讓人感到枯燥也不會(huì)降低生活標(biāo)準(zhǔn)或不利于出行。Piccard說(shuō)道：“我們想要證明，采用替代能源實(shí)現(xiàn)偉大工程也是可能的。探索能夠啟發(fā)人類去創(chuàng)新，如果說(shuō)20世紀(jì)的探索是為了征服新領(lǐng)地，那么21世紀(jì)的探索就是改善生活質(zhì)量。可再生能源和清潔技術(shù)的應(yīng)用可幫助我們減少對(duì)化石燃料的依賴性。保護(hù)環(huán)境，并讓我們成為在自己的生命中思考和探索的先行者，這就是Solar Impulse的意義所在。”
關(guān)于Solar Impulse：
公司由瑞士飛行員、精神病學(xué)家兼講師Bertrand Piccard和工程師、企業(yè)家兼Solar Impulse CEO André Borschberg共同創(chuàng)立，旨在建造一架僅靠太陽(yáng)能就能飛行的飛機(jī)。
產(chǎn)品：Solar Impulse 1 和 Solar Impulse 2
團(tuán)隊(duì)：50名工程師和技術(shù)人員，80位技術(shù)合作伙伴，100多家顧問(wèn)和供應(yīng)
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