案例分享 | Tyvak 纳米卫星系统公司通过 MSC Apex 让卫星减重 5 – 10%
Tyvak 纳米卫星系统公司是 Terran Orbital 公司旗下的公司，专门从事航天器开发、发射服务以及在轨运行，提供用于重要的民事、国防及商业飞行任务的纳米卫星和微小卫星，涵盖近地轨道、地球同步轨道及地外轨道的各种飞行任务应用。自公司成立以来，Tyvak已开发出大量的纳米卫星和微小卫星。Terran Orbital 品牌已完成超过 75 个全程飞行任务，并且在全球范围内发射了超过 215 颗小型卫星。
图.RainCube 飞行系统以及展开的太阳能电池板和雷达天线。
挑战
设计、制造纳米卫星是一个周密、复杂的过程。对 Tyvak 客户来说，低廉的发射成本是主要的诱因。由于设计质量是发射成本的关键，Tyvak 工程师需要尽最大努力减轻卫星质量。在技术层面上，确保卫星结构能够在大量的发射场景和环境中可靠地工作至关重要。为实现这一目标，Tyvak 采用虚拟样机来开展其研发工作。然而，为能让卫星减重，Tyvak 意识到需要在相同的时间里对更多的设计变量进行研究。因此，Tyvak 非常愿意采用新型、高效率的CAE工具来建立他们的有限元（FE）模型。
Tyvak的目标是缩短非常耗时的设计周期。这个过程从现有的几何模型开始，通常包括简化几何，去除不必要的特征，并创建一个高质量的网格模型。在对新设计的性能进行验证时，需要分配材料、施加约束和载荷并最终进行解算。在这个工作流程中，大部分的时间都花费在简化 CAD 几何体以及创建可提供准确仿真结果的网格上。这就需要充分利用 Tyvak 现有的工具和方法来建立可供使用的有限元模型。他们希望不仅要加快该工作流程，允许执行更多的设计迭代，还要在相同的时间里尽量减轻质量。
在选择 CAE 工具的过程中，另一项要求是要与现有的仿真工具兼容。在结构的寿命期内，卫星及其分离系统在运输、发射、分离及在轨运行过程中要经受多种加载场景。Tyvak 工程师采用最可靠的有限元解算器 MSC Nastran 来帮助他们研究数以百计（有时是数以千计）的加载情况下的结构响应。其中包括振动和冲击试验之类的分析。因此，Tyvak团队要求所选的任何新的CAE工具都必须与MSC Nastran 100%兼容。
Tyvak 之所以对 MSC Apex予以考虑和评估，是因为它具有“智能化”的特点、易于使用，并且能与 MSC Nastran 无缝兼容。Tyvak 的目标是，通过在更短的工作时间内对更多的设计迭代进行评估来加快虚拟样机研发过程，最终以卓有成效的方式尽量减轻卫星设计的结构质量。
解决方案
为实现上述目标，Tyvak 工程师针对 MSC Apex 在他们现有的 CAE 工作流程中的使用情况进行了评估。评估结果表明，Tyvak 选择 MSC Apex 用于其有限元建模和分析具有良好的前景和充分的理由。
MSC Apex 的最大优势之一是它的几何体编辑和网格划分功能。这使得分析师能够以比传统工具和方法更快的速度对现有的几何模型进行编辑并构建FE模型。在对现有的有限元模型进行更改时，网格划分功能特别有用。例如，在环境试验期间，进行问题根源分析时可能会观察到结构失效。在这种情况下，不仅要识别失效的根源所在，还要更新有限元模型，以免再次出现故障。同时还必须进行仿真，以验证该问题已经解决。因此，要经过多次设计变更和仿真验证来消除结构失效所需花费的时间，取决于对几何体和网格进行更改的便利程度。
MSC Apex 的另一个有利之处是，它不仅具有集成的分析功能，而且与 MSC Nastran 兼容。在对卫星和分离系统进行应力和变形分析后，Tyvak 可以使用 MSC Apex 来研究各种应力和应变结果。MSC Apex强大的分析能力，加上网格模型基于几何体实时更新的功能，让 Tyvak 工程师能够在相同的时间内更频繁地更改设计并对其进行评估。随着完成评估的设计迭代数量的增加，分析师还可以探查更多的设计变量，从而在以前的基础上进一步减轻结构质量。与 MSC Nastran 兼容也意味着 MSC Apex 可以无缝地集成到现有的工作流程中，带来的生产率增幅立竿见影。如果将 MSC Apex 用于有限元模型的预处理/后处理，工程师可以在 MSC Nastran 中轻松实现仿真过程一次运行成功。
Tyvak 还非常欣赏 MSC Apex 新颖时尚、用户友好的使用环境。正如 Tyvak 资深结构分析师 Amir Damansouz 所说的：“MSC Apex 灵活的用户界面环境能让 Tyvak 在很短的时间内着手进行有限元分析的权衡研究，并且不必频繁地制作样机。”
“Tyvak 采用MSC Apex 提供的几何修改工具对部件和系统质量进行优化。一般经过几轮迭代就可以实现减重 5- 10%。”
--Amir Damansouz，Tyvak纳米卫星系统公司资深结构分析师
结果
使用 MSC Apex 给 Tyvak 带来了显著的生产率增幅。Tyvak 工程师加快了虚拟产品的开发过程，不仅进一步减轻了设计质量，而且可以在设计过程初期避免出现失效问题。正如 Damansouz 所说的：“借助MSC Apex提供的实时动态的几何修改工具，Tyvak 能够对部件和系统质量进行优化。一般经过几轮迭代就可以实现减重 5 - 10%。”
关于纳米卫星系统公司（Terran Orbital 公司旗下公司）
Tyvak纳米卫星系统公司成立于 2013 年，总部设在美国加州Irvine，是一家提供小卫星全程服务优化解决方案的行业领导者。公司充分运用专业知识、低成本运营基础设施以及卫星小型化无限商机，准时、经济、圆满地完成了飞行任务，深得民用、国防及商业组织的信赖。依托遍布世界各地的地面站网络，Tyvak为在轨运行提供全天不间断、全球范围的覆盖。Terran Orbital 品牌已完成超过 75个全程飞行任务，并且在全球范围内发射了超过215 颗小型卫星。如需了解更多信息，请访问 www.Tyvak.com 或者通过@TyvakNanoSat 关注该公司。
关于海克斯康
海克斯康是传感器、软件及自动解决方案的全球领导者。公司致力于将数据应用到工作中，旨在提升工业、制造、基础设施、安全及移动应用的效率、生产率和质量。公司的技术主要用于打造城市和生产生态系统，逐步提高其连通性和自主性——以确保可扩展、可持续的未来。MSC 软件隶属于海克斯康制造智能分公司，是十大自主原创软件公司之一，也是通过仿真软件和服务帮助产品制造商改进其工程方法的全球领军者。如需了解更多信息请访问mscsoftware.com。海克斯康的制造智能分公司提供各种解决方案，通过来自设计与工程、生产与计量方面的数据来提高制造的智能化水平。
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