ESTECO 优化技术助力混合电动飞机螺旋桨跳过原型阶段
总部位于斯洛文尼亚的航空航天公司 Pipistrel 借助 ESTECO 技术，为一款高效混合电动飞机设计螺旋桨。该工作是欧盟资助项目 MAHEPA（混合电动推进架构模块化方法）的一部分，目标是将两种低排放串联混合电动推进架构的技术成熟度（TRL）提升至 6 级。modeFRONTIER 流程自动化与优化软件实现了仿真流程的自动化，并在有限时间内识别出创新且优化的设计方案。
主要成果
1：在有限时间内评估五千种设计方案
2：跳过原型阶段，直接进入生产
3：起飞阶段推力增加 30%
技术挑战
Pipistrel 的工程师面临的挑战是设计一款由混合电动推进系统驱动的螺旋桨，需考虑飞机在起飞、爬升、巡航和下降四个飞行阶段中遇到的不同工况。考虑到飞行过程中速度、功率和推力需求的变化，优化目标为：最大化起飞推力与下降阶段的能量回收功率，同时最小化爬升和巡航阶段的功率消耗。优化分为三个阶段：螺旋桨初步优化、翼型优化和螺旋桨最终优化。
技术方案
针对这一多阶段优化项目，Pipistrel 的空气动力学工程师 Rok Lapuh 和 David Eržen 采用 modeFRONTIER，并耦合 CHARM（综合分层空气动力学旋翼机模型）与 XFOIL（亚声速孤立翼型设计与分析交互程序）。借助 ESTECO 流程自动化技术，Pipistrel 实现了仿真工作流程的自动化，能够同时评估数千种设计方案，并识别出创新的优化结果。
该过程以完全自动化的方式进行，Pipistrel 工程师的任务则是筛选出最合适的设计。
在第一次螺旋桨优化中，Pipistrel 针对给定的翼型集合，优化了弦长和扭转角分布，以获得最大推力和最小功率。优化结果作为翼型优化的输入要求。设计团队利用 modeFRONTIER，在满足特定几何约束（厚度、曲率或前缘半径）的前提下设计翼型，同时提高升力并降低阻力。他们首先进行试验设计（DOE）阶段，随后使用 HYBRID 遗传算法成功完成翼型优化，并获得帕累托前沿面上的最优设计。最后，他们将最优翼型应用于螺旋桨的最终优化。借助 ESTECO 优化算法，Pipistrel 的工程师在有限时间内评估了近五千种设计方案，并使起飞推力提升了 30%。
成果与价值
在使用 modeFRONTIER 之前，Pipistrel 采用手动流程进行多种设计的仿真筛选。引入 ESTECO 技术后，工程师不仅实现了流程自动化，还能够评估以往未曾考虑的设计方案。
"modeFRONTIER 优化技术让我能够跳出固有思维框架，"Pipistrel 空气动力学工程师 Rok Lapuh 表示，"我们找到了一种与我们以往习惯完全不同的设计，但它可能效果更好。"
他们还显著缩短了产品上市时间，因为直接从仿真过渡到生产。"我们非常信任 modeFRONTIER 得出的结果，以至于我们预计不需要制造原型机，"Pipistrel 空气动力学工程师 David Eržen 表示，"我们将直接进入生产。"
优化结果：最终螺旋桨设计
Pipistrel
Pipistrel 是一家总部位于斯洛文尼亚的航空航天公司，在超轻型与通用航空领域拥有超过 30 年历史。从一家小型企业起步，现已发展成为高效电动及混合动力飞机的领先制造商。
