結構優化、減重增效，邁向超音速飛行新時代：Swift Engineering 依靠 CAE 軟件的結構尺寸、分析和測試驗證功能，提前交付了 NASA 超音速 QueSST 飛機的飛行硬件，且成本低于預算，重量減輕了 25%。

Swift Engineering Inc. 選擇 Collier Aerospace 的設計和分析軟件來對 X-59 飛機的鼻錐進行結構尺寸確定、分析和測試驗證 | 來源：Lockheed Martin/NASA

HyperX 計算機輔助工程 (CAE) 解決方案開發商Collier Aerospace Corp. （美國弗吉尼亞州，紐波特紐斯）宣布，其設計和分析軟件被Swift Engineering Inc.（美國加利福尼亞州，圣克萊門特）選中，用于低鼻梁 X-59 飛機碳纖維增強聚合物 (CFRP) 鼻錐的結構尺寸確定、分析和測試驗證。

這架由 Lockheed Martin Skunk Works（美國加利福尼亞州，帕姆代爾）制造的實驗飛機 是 NASA 靜音超音速技術 (QueSST) 任務的一部分，旨在消除巨大的音爆。Swift Engineering 承包建造并執行 X-59 35 英尺長的鼻錐的結構分析和認證測試，旨在控制超音速飛行期間在尖銳鼻尖處形成的氣動壓力波（沖擊波），從而產生更安靜的音爆。

Collier Aerospace 表示，其軟件使 Swift Engineering 能夠減輕質量——將鼻錐的重量減輕 25% 以上，同時保持尺寸穩定性；評估各種負載情況的設計；并提供詳細的應力報告以支持零件的發布和制造。該公司還使用該軟件進行詳細分析，支持結構設計的結構測試驗證。

Swift Engineering 技術顧問 Bill Giannetti 表示：“Collier Aerospace 軟件在設計、設計和建造 X-59 機頭結構這一高能見度項目中發揮了關鍵作用。一開始，當 Skunk Works 團隊解釋輕量化的重要性時，我對該軟件非常有信心，我堅信我們可以將機頭減重 100 磅。然而，我們超越了這一目標，實現了超過 25% 的顯著減重。

“我們能夠使用有限元分析求解器迭代結構尺寸軟件，從而通過結構優化和快速載荷路徑收斂來減輕重量，”Giannetti 繼續說道。“一旦系統設置好，我們就可以真正看到質量從機頭結構中出來，同時滿足所有傳統的航空航天故障標準。”

X-59超音速飛機 | 來源：Swift Engineering

為了減輕約 400 磅的初步設計重量（該設計指定了石墨/環氧復合材料和蜂窩芯夾層結構），Swift Engineering 團隊移除了非必要層，同時優化了結構的應力和穩定性。Collier Aerospace 軟件使團隊能夠通過分析鋪層和芯板和邊緣帶厚度之間的權衡來快速評估設計方案，然后快速評估截面剛度和撓度的變化。

Swift Engineering 報告稱，該公司充分利用了 Collier Aerospace 軟件的全部功能來設計飛機機頭結構，不僅進行了初步尺寸確定和優化，還根據測試得出的設計允許值進行了詳細的層壓強度分析。該軟件使該公司能夠在預算之內提前交付機頭錐體。

HyperX 軟件可自動進行應力分析和設計。它可對所有負載情況、輕量化和裕度寫入進行快速結構尺寸調整。該軟件通過創建針對可制造性進行優化的設計來幫助確保復合部件的可生產性。它通過加快工程周期和縮短美國聯邦航空管理局 (FAA) 和歐盟航空安全局 (EASA) 的認證流程來縮短進度時間。

X-59 飛機預計將于 2025 年首飛，其目標是為陸地上的商用超音速飛行制定可接受的噪音標準，從而有可能促使美國和國際監管機構解除因音爆而實施的長達五十年的禁令。得益于其獨特的幾何形狀，尤其是細長的機頭錐，X-59 預計會產生幾乎聽不見的砰砰聲而不是轟隆聲，從而減少噪音影響。

Collier Aerospace 工程服務副總裁 James Ainsworth 表示：“我們非常感激我們的軟件支持 Swift Engineering 成功開發了 X-59 機頭，并滿足了Lockheed Martin Skunk Works的高期望。我們的解決方案贏得了很高的信譽，并且擁有強大的尺寸和分析能力，這些都是 Swift 決定選擇我們軟件的關鍵因素。我們期待著 X-59 的首飛。”

此文由中國復合材料工業協會搜集整理編譯，部分數據來源于網絡資料。文章不用于商業目的，僅供行業人士交流，引用請注明出處。