工程服務(wù)公司Techsburg亟需一套解決方案，以實現(xiàn)飛機噪聲抑制，并針對復(fù)雜燃氣輪機流體動力學(xué)展開分析，從而滿足安全標(biāo)準(zhǔn)與合規(guī)要求。通過采用PowerFLOW仿真平臺，該公司得以在研發(fā)早期對噪聲及氣流特性進行精準(zhǔn)模擬，大幅減少了高成本的物理測試環(huán)節(jié)。這一技術(shù)方案不僅節(jié)省了項目時間與資源投入，更顯著提升了其市場競爭優(yōu)勢。

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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，亟需一套既能開展飛機氣動聲學(xué)仿真，又能解決燃氣輪機非定常流體動力學(xué)問題的綜合解決方案。

解決方案

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

成果

通過在研發(fā)早期發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷，Techsburg 大幅節(jié)省了項目時間與資源成本；憑借高保真度的分析能力，其市場競爭優(yōu)勢顯著增強，同時能夠為客戶提供精準(zhǔn)且可落地的技術(shù)洞見。仿真技術(shù)更為未來創(chuàng)新奠定了堅實基礎(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)動的模型，進而加速研發(fā)周期。

 

PART 01引言

自 1998 年成立以來，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，以及對實用型技術(shù)卓越性的執(zhí)著追求，Techsburg 以持續(xù)探索復(fù)雜問題解決方案的精神樹立了行業(yè)口碑。公司的客戶群體廣泛，涵蓋美國國家航空航天局(NASA)等政府機構(gòu)、軍方分支，以及航空和燃氣輪機原始設(shè)備制造商(OEM)；這些客戶提出的項目需求往往極具技術(shù)難度，而每個項目都在不斷挑戰(zhàn)現(xiàn)有工具與傳統(tǒng)工作流程的極限。

 

早期，Techsburg 團隊采用傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)計算流體動力學(xué)(CFD)工具輔助風(fēng)洞測試與地面試驗，構(gòu)建了物理試驗與虛擬仿真相結(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 ——這款基于先進晶格玻爾茲曼方法(LBM)的求解器在業(yè)內(nèi)廣受認可，尤其在非定常流體動力學(xué)與計算氣動聲學(xué)領(lǐng)域具備無可比擬的技術(shù)優(yōu)勢。

 

 

 

PowerFLOW 助力 Techsburg 團隊實現(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，還顯著提升了運算速度——對 Techsburg 團隊而言，這無疑是一項顛覆性突破。

 

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

 

過去五年間，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)測先進空中交通(AAM)、電動涵道風(fēng)扇、桁架支撐翼客機等新型航空器的社區(qū)噪聲，到優(yōu)化下一代航空推進系統(tǒng)及發(fā)電用燃氣輪機的運行效率，PowerFLOW 已成為該公司開展高保真氣動 / 氣動聲學(xué)仿真的高效、可靠核心工具。

 

PART 02PowerFLOW 性能亮點：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)采用的先進仿真技術(shù)。盡管 PowerFLOW 也可部署于大規(guī)模計算集群，但 Techsburg 僅通過 256 個 CPU 核心加 1 個 GPU 加速節(jié)點，便能高效運行高保真仿真任務(wù)——這一實踐充分證明，世界級的仿真能力并非必須依賴超級計算機級別的基礎(chǔ)設(shè)施。

 

這一技術(shù)優(yōu)勢在 Techsburg 與 SIMULIA 聯(lián)合撰寫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、高負荷低壓渦輪氣動仿真方法》，已在孟菲斯舉辦的 2025 年渦輪機械博覽會(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 小一個數(shù)量級的湍流尺度，而單次通流計算成本卻降低了兩個數(shù)量級——對于類似的 2.5D 低壓渦輪翼型計算域，LBM-LES 僅需 250 核時，而 NS-DNS 則需 38,800 核時。

 

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

 

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

 

PowerFLOW 確實在大型企業(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爭對手通常難以實現(xiàn)的技術(shù)服務(wù)。這為我們構(gòu)筑了獨特的市場競爭優(yōu)勢，讓我們在行業(yè)中脫穎而出。

 

PART 03噪聲難題：遠不止 “擾民” 那么簡單

對于民用航空客戶而言，航空器噪聲過大會導(dǎo)致產(chǎn)品銷量下滑，甚至無法通過相關(guān)認證；而在國防項目中，噪聲問題的風(fēng)險更為嚴(yán)峻 —— 噪聲意味著可探測性，這可能直接危及任務(wù)安全。軍用航空器必須低噪聲運行，以避免被觀測人員察覺或探測。因此，工程師們必須攻克氣動學(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)測其噪聲水平。這絕非易事，因為氣動聲學(xué)特性具有極強的不可預(yù)測性，且會隨設(shè)計方案的變化產(chǎn)生顯著差異。

 

 

 

隨著全球安全威脅日益加劇，對具備低可觀測性（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)計模式下，機身與推進系統(tǒng)工程師的工作相互獨立，往往在設(shè)計后期才整合各自負責(zé)的系統(tǒng)，卻很少考慮由此產(chǎn)生的聲學(xué)影響。

 

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

 

PART 04能源領(lǐng)域：與非定常流動的博弈

與此同時，能源領(lǐng)域的燃氣輪機制造商正面臨另一項嚴(yán)峻挑戰(zhàn) —— 非定常流動動力學(xué)問題。由于這一問題直接關(guān)系到設(shè)備性能與可靠性，傳統(tǒng)仿真與測試工具往往難以捕捉渦輪級與排氣系統(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)果不可靠以及測試成本高昂。

 

PowerFLOW 具有變革性意義。它就像一件功能強大的新工具，我迫不及待想向同行們展示它的優(yōu)勢。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Techsburg而言，集成應(yīng)用PowerFLOW使其能夠有效應(yīng)對渦輪級與排氣系統(tǒng)中這些不可預(yù)測的流動行為。通過部署先進仿真技術(shù)，該公司可提前預(yù)測設(shè)計方案的性能表現(xiàn)并評估效率指標(biāo)。PowerFLOW賦予Techsburg的渦輪非定常流動建模精度，遠超傳統(tǒng)方法的水平。

 

PART 05風(fēng)洞測試：仿真技術(shù)力挽狂瀾

有一個典型案例充分彰顯了這些技術(shù)突破的實際價值 —— Techsburg 與合作伙伴 AVEC 聯(lián)合承接了一項合同項目，涉及帶襟翼展開的撐桿支撐翼風(fēng)洞測試。由于該風(fēng)洞測試的核心目標(biāo)是測量特定機身噪聲源（機翼 / 撐桿連接處），任何外部干擾聲源都可能導(dǎo)致測試目標(biāo)無法實現(xiàn)。為降低風(fēng)險，團隊決定利用 PowerFLOW 對測試模型進行氣動聲學(xué)仿真。仿真結(jié)果清晰顯示，模型中看似無影響的機械支撐結(jié)構(gòu)，其噪聲水平幾乎與待測量的連接處噪聲源相當(dāng)。

 

通過虛擬仿真識別出這一極易被忽視的細節(jié)，團隊成功避免了一次高成本的測試失敗。他們結(jié)合 PowerFLOW 進一步的氣動聲學(xué)仿真結(jié)果重新設(shè)計了模型支撐結(jié)構(gòu)，最終首次測試即達成所有測試目標(biāo)，同時節(jié)省了數(shù)萬美元的測試資源投入。

 

 

 

所有項目的實踐都指向同一個核心結(jié)論：仿真絕非單純的輔助工具，更是一份 “風(fēng)險保障”。它意味著在設(shè)計流程推進乃至產(chǎn)品投產(chǎn)前提前發(fā)現(xiàn)潛在問題，避免錯誤不斷放大，確保最終交付的產(chǎn)品在實際應(yīng)用測試中萬無一失。

 

PART 06結(jié)論

當(dāng)大多數(shù)先進仿真工具仍僅被大型企業(yè)使用時，Techsburg 作為中小企業(yè)成功構(gòu)筑了獨特的競爭優(yōu)勢。PowerFLOW 賦予了該公司競爭對手難以企及的技術(shù)解決能力，而團隊的專業(yè)技術(shù)積淀在這款工具的加持下進一步放大，助力其實現(xiàn)跨越式發(fā)展 —— 在市場中為客戶提供技術(shù)嚴(yán)謹(jǐn)、獨具特色的解決方案。

 

如今，Techsburg 的發(fā)展步伐持續(xù)加快。該團隊并未滿足于現(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，通過機器學(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，而非耗費數(shù)小時甚至數(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，通過引入先進仿真技術(shù) —— 先是作為傳統(tǒng)流程的補充，進而重塑整個業(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，足以攻克看似無解的技術(shù)難題。