航空器是由世界航空公司研发的唯一可变空气浮力车辆，它融合了轻飞行器（例如：飞艇）和传统重飞行器的原理。航空器的独特设计要求高重量效率（重量与船体表面比例低）并且具有与船体飞艇抗衡的优势，这就给设计和结构优化带来了显著挑战。
航空飞行器工程师使用MSC Nastran战胜了这些挑战，建立了用来优化结构的有限元（FE）模式。MSC众多简化分析的能力之一便是其自动惯性释放方法，这种方法能自动地产生惯性力和运动以抵消外部负荷。
“MSC Nastran为执行航空器结构的复杂分析提供了一个非常便利的平台”世界航空器公司航空工程师林瞭说，“使用这种工具后，我们极大减轻了重量、优化了配置并且完成设计的时间比使用传统设计方法要求使用的时间少。”
航空器的独特设计
航空器可被描述为可调整浮力辅助空中车辆，并能充分平稳地改变上升气体和空气的体积比例和船体中使结构稳定上升、下降和翱翔的上升的空气压力。航空器通过组合航空动力学、推力矢量、空气浮力的产生和管理、前翼（前翅片）和尾翼（后翅片）产生的静态/动态上升。与轻小型飞机的明显不同是，它是重型车辆。型号ML866的航空器长210英尺，高56英尺，宽118英尺。
关键亮点
行业
航空
挑战
建造可变浮力空中车辆
MSC软件解决方案
Patran和MSC Nastran建造了FE模型，并优化了结构
优点
--减轻重量
--优化设计
--节约时间
“我们能够极大地减轻原始设计结构的重量，同时能保证结构满足要求的安全因素。相比效率低下的分析方法，我们还节约了大量时间。”
世界航空公司航空工程师，林瞭
最大工作高度是12,000ft，最大速度为138mph。
航空器使用发动机在矢量推力的作用下垂直起飞和着陆。航空器安装了-动力浮力管理系统-静沉重控制系统（COSH），其通过压缩、存储、释放外壳中的氦调节车辆浮力来工作。驾驶控制和航空电子设备系统将使用光遥控驾驶技术，用光纤电缆代替电线，从而降低了抗电磁干扰屏蔽的成本，并减轻了重量。
航空器设计通过部署人员复合报酬和 “在要塞作战”的设备为战士提供了新能力。车辆的设计支持多项任务，包括搜索、营救、紧急救援、飓风疏散、机载医疗救助和其他任务。同时，通过最小的环境影响恒定地进入工作区，它还为从事远距离接生态敏感行业，例如：石油、天然气和风能行业的商业公司提供显著的收益。
航空器外部框架或者降速伞由组成车辆外壳的刚性梁系统组成。内部框架由复合桁架制造，其作为重要载荷支持结构，并与外部框架相连。径向环绕内部和外部框架的纵向大梁和横向大梁接头的电缆加固了结构。航空器前部安装两个前翼，同时机尾安装尾翼。相比传统的飞艇，这种独特的设计降低了重量和船体表面的比例。
分析航空器结构
“我们选择MSC Nastran作为这个重要工程的重要分析工具是因为它拥有其他软件所没有的独特航空结构特点，”瞭说，“Nastran的自动惯性释放功能在有重量的所有部位自动分配惯性力和运动，节约了分析结构系统运动的大量时间。MSC Patran比我们考虑过的其他软件具备更大的协调能力。”
简化的FEA模型的外部框架
航空结构简化FEA模型
航空结构简化FE模型
创建FE模型的第一步便是使用MSC Patran创建模型结构。瞭以结构部件的物理性能为基础创建了FE模型。她模拟了作为梁元素的内部/外部框架的长横梁。前翼和尾翼的主要结构长而细，因此它们也可以作为梁来模拟。假定内部框架和外部框架连接完好。
瞭在FE模型中使用受拉元件代替加固电缆。有集中质量的部件，例如：车辆子系统、动力装置、燃料系统、乘客、船员和其他商务负荷由特殊位置的集中力代替。进行试验，以判断理论上难以判断的复杂复合结构的机械性能。使用刚性体运动分析来计算各种设计操作条件下FE模型的负载输入。浮力上升和航空动力学负荷为PE网格网点的分配负荷。虚拟质量系数计算而得的惯性力作用于相关的结构部件上。
惯性释放分析
惯性释放演算计算并应用惯性效应。例如：2k俯冲时的重量为其静态平衡状态下重量的两倍。在MSC Nastran中，通过产生代表反作用于重力的空气压力的类似刚度的矩阵模拟惯性效应。“MSC Nastran的自动惯性释放方法减低了限制条件的需要，”瞭说，“我应用负荷，软件便自动产生惯性力和运动，达到静态平衡，故而执行常规静态分析。”FE模型为预备设计提供详细的结构性能信息，包括位移、张力和压力。这些信息不但体现了初始设计的特点而且为如何改进性能提供了独到的见解。同时，瞭使用MSC Nastran使内部框架和外部框架设计最优化。为使支持组件的个别负荷最优化我们对多种不同设计替换方案执行了参数分析。梁添加在压力集中的部位。纵梁和横梁的间隔应该最优化，以便加固高压部位，同时减轻压力小部位的重量。
“我们能在极大减轻原始设计结构重量的同时确保结构达到所要求的安全因素，”瞭概括到，“同时，相比其他低效分析方法，我们还节省了大量时间。我们使用了很多不同的FE软件工具，但是我喜欢MSC Nastran因为它提供了高级航空结构分析的强大功能模块。”
关于MSC Nastran
精确、高效和付得起的有限元分析软件
MSC Nastran是世界上使用有限元分析（FEA）解决方案使用最广泛的软件。涉及静力、动力、真实世界的振动和复杂系统的模拟时，MSC Nastran是目前世界上最好、最值得信赖的软件。目前，零件和复杂配件的制造商都在选用其作为FEA解决方案的工具，因为美国FAA和其他管理机构已证明了它的可靠性和精确度。
工程师和设计人员在使用仿真模型创建，解决方案制定以及通过有限元仿真提高公司和管理人员自信的时候受到了挑战。当今世界，没人会把时间和金钱花在评估他们的有限元仿真软件的精确度上-你应该知道这是正确的。
关于Patran
CAE模型前/后处理器
Patran是世界上使用最广泛的有限元分析（FEA）前/后处理软件，它为MSC Nastran、Marc、Abaqus、LS-DYNA、ANSYS和Pam-Crash提供模型创建，网格划分和分析求解等功能。
设计师、工程师和CAE分析师在创建和分析模拟模型时面临大量冗长费时的任务。这些任务包括CAD几何模型转换、几何清理，网格协调、装配体连接和为进行各种仿真分析而进行的各类相关参数设置工作。钱前处理仍然被认为是CAE最消耗时间的工作，它占用了用户60%的时间。制作同事和管理者可共享的结果报告也仍然是很费劳动力和冗长的活动。
请参阅www.mscsoftware.com网站，获取更多的案例研究
