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英国航空业制定了到 2050 年实现净零航空的雄心勃勃的目标，到 2030 年新的临时脱碳目标至少为 15%。为了帮助实现其目标，英国政府已拨款 1.4 亿英镑的工业和氢收入支持计划加速工业碳捕集和氢气，弥合天然气和氢气的工业能源成本之间的差距，并帮助绿色氢气项目起步。 尽管有融资，脱碳航空也并非没有挑战。
这一目标的成功将取决于所有利益相关者（制造商、分包商、监管机构、机场公司等）通过互联技术进行合作的能力。 今天，工程模拟、虚拟原型和数字孪生的整体使用 可以帮助公司实现这一目标。 但这些技术如何加速无碳空中交通革命？
加速技术栈中组件的验证
30年来，航空业的努力使每位乘客的二氧化碳排放量减少了一半。 但随着气候紧急情况，该行业正面临范式转变。 制造商已经适应了漫长的创新周期，并且几年来没有进行彻底的改革，这意味着他们现在必须使用不够成熟的新技术，并在创纪录的时间内实施它们。 在这种情况下，挑战在于确定可以改进的领域，以快速提高飞机的能源性能。
为此，工程仿真将使探索所有不同选项成为可能，以定义系统或组件的最佳配置。 具体而言，这意味着该技术可以对产品进行建模并研究其物理属性（例如热、冲击、振动、摩擦等）对其操作和性能的影响。 因此，公司可以根据不同的操作场景预测其行为，进行权衡研究并更快地验证其技术选择，而无需制造物理原型或进行实验测试。 因此，无论采用何种途径来实现这一目标，工程仿真都是减少开发时间和成本并加快无碳飞机上市时间的关键预测工具。
降低整体油耗
更轻的飞机是减少燃料消耗并最终减少污染物排放的首选解决方案之一。 大多数重型材料，如金属，已经被更轻的复合材料所取代，但制造商已经达到了一个平台，必须成功地发明新的、更高效的材料。
仿真软件整合了越来越多样化和可定制材料的数据库，使工程师能够测试未开发的组合以开发创新的复合材料。 团队还可以通过评估在不影响性能和安全的情况下减薄或消除部件的可能性来优化飞机的拓扑结构。 此外，可以根据其可持续性得分指数来选择材料，从而在选择它们时使给定部件或系统的设计更具可持续性。
空气动力学是限制燃料需求的另一个有前途的途径。 气动阻力（或气动阻力）是能量消耗的主要来源。 通过模拟飞机外部结构上的气流，可以研究几何形状或材料的变化对能量消耗的影响，从而确定最有效的设计。 最近几个月，空气动力学研究带来了突破性的创新，例如空中客车 Maveric 飞机，其 V 形机身的效率比传统飞机高 20%。
另一个有趣的替代方案是使用生物燃料，它可以将飞行过程中的二氧化碳排放量减少多达 80%。 这涉及通过混合两种物质，用植物油基燃料代替部分煤油。 目前，由于发动机回路存在泄漏问题，生物燃料的掺入限制为 50%。 为了克服这个问题，有必要生产含有芳香分子的生物燃料，这将提供必要的密封，或者开发新的发动机密封。 仿真可以帮助工程师更有效地将生物基材料转化为可持续燃料，并确定与喷气燃料的适当混合程度，从而最大限度地提高燃油效率，从而帮助减少开发时间和成本。
利用电力和氢的全部潜力
飞机电气化是绿色航空的另一个相关选择。 对于此类飞机，挑战在于优化电池的尺寸和重量，因为电池存储的能量密度低于石蜡。 当然，这种缺点在混合动力飞机中得到了补偿，因为电池由传统内燃机支持，因此 100% 电动仅适用于小型飞机和短距离。 另一个缺点是生态方面的，因为制造电池所需的原材料（锂、钴）的提取污染非常严重。 通过快速、廉价地测试许多电池概念，仿真不仅可以帮助制造商提高自主性，还可以开发需要较少稀有材料的模型。
氢气是中长途航班考虑的长期解决方案之一，占空中交通二氧化碳排放量的 90%。 但是使用氢作为主要能源需要重新考虑深度存储基础设施。 氢气是一种高度易燃的气体，对于以安全为第一要务的制造商来说，发生事故是不可能的。 此外，对于相同的能量密度，它的体积是煤油的四倍。 为了节省空间，它必须以液体形式储存在远低于 -253° 的冷藏罐中，这可能会消耗能源。 氢气也非常易挥发，因此制造商必须成功开发能够防止泄漏和承受极端条件的创新材料。 最后，能源效率也需要提高，因为燃料电池的参与为该过程带来了非常低的效率步骤。 通过模拟，他们可以了解容器与内容物之间的相互作用，以识别任何潜在故障、纠正错误并提高产品性能和安全性。
除了设计和制造之外，工程仿真将在使用基于仿真的数字孪生的飞机监控和维护中发挥关键作用。 这是真实世界对象、系统或过程的动态虚拟表示，由来自传感器和物联网 (IoT) 的数据提供。 因此，该数字模型将随着真实物体的发展而自我更新，从而能够持续报告其性能。 更重要的是，数字孪生是一种预测解决方案，可以考虑对象的历史来预测其未来的行为。 这对于预测组件的寿命并因此简化维修和更换操作至关重要。 另一个优势是它可以应用于所有规模（部件、飞机、工厂、机场等），这使得可以将整个飞机生态系统整合到同一工作环境中，并更有效地对行业整体采取行动。
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