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利用 SOLIDWORKS 解决方案推动人类可能达到的极限

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### Challenge

发明、设计并打造出能够推动人类极限的人力驱动车。

### Solution

实施 SOLIDWORKS Premium 设计/分析、SOLIDWORKS Simulation 分析和 SOLIDWORKS Flow Simulation 计算流体力学 (CFD) 分析软件。

### Results

- 打破人力自动车速度记录
- 设计和制造了人力自行车、直升飞机和扑翼飞机并对其进行了测试
- 创下四项人力自行车速度记录
- 将计算结果与获得的知识相结合，以提高空气动力学性能

Aerovelo 公司由 Todd Reichert 和 Cameron Robertson 合伙创立，二人的梦想就是将人力飞行以及让人力驱动车的速度接近 100 mph 等等这些不可能的事情变成可能。Aerovelo 公司融合了 Reichert 对体育和空气动力学的热爱以及 Robertson 对结构和材料学的热爱，并致力于激发公众对科学、技术以及环保意识工程的兴趣。该公司开展了一系列人力驱动车项目，并吸引了各种各样又充满激情的追随者，大家都渴望做点不可思议的事情。该公司设计团队的核心力量主要是多伦多大学工程专业的学生（Reichert 和 Robertson 均为该大学的校友）和年轻的专业人员，但除此之外，各项目的开展还离不开众多志愿者以及亲朋好友组成的庞大追随团队。

人力自行车、直升机和扑翼飞机（一种通过扑打机翼飞行的飞行器）是 Aerovelo 公司的主要研究课题，在发明、设计和制造这些装置时，该公司也要用到 3D 设计和工程工具。据副总裁/结构师 Robertson 介绍，Aerovelo 不仅要使用 3D CAD 和计算流体力学 (CFD) 分析软件来创造这些骑行和飞行装置，这些软件还用于保证此类装置被载入史册。

“如果没有 3D CAD，我们不可能有效地设计出诸如人力自动车等此类骑行和飞行装置，”Robertson 解释道，“离开这些计算工具带来的速度、功能和自动化，我们不可能按期、按预算地完成项目。我们还与多伦多大学的学生有密切的合作关系，这就需要一个通用开发平台，以便双方交流和管理工作。”

由于两名创始人都使用过 SOLIDWORKS® 软件，加上 SOLIDWORKS 又是多伦多大学必教的 CAD 软件，因此 SOLIDWORKS Premium 设计/分析和 SOLIDWORKS Flow Simulation CFD 分析软件自然就成了他们的不二之选。

“我一直都认为 SOLIDWORKS 非常易于使用，与我们合作的学生也都知道这一点，”Robertson 说道，“SOLIDWORKS Flow Simulation 软件集成在建模平台中也深合我意。”

### 设计速度快，设计更改速度更快

Snowbird 人力扑翼飞机是 Aerovelo 公司于 2010 年成功开发的首款作品，这款飞机在高空保持了 19.3 秒的飞行时间，成为了世界上第一款成功的人力扑翼飞机。随后他们又推出了 Atlas 直升飞机，并凭借 64 秒的飞行时间赢得了 2013 年的 AHS Igor I.Sikorsky 挑战赛和 250,000 美元奖金。而在此后一个富有挑战性的项目中，Aerovelo 更多地使用了 SOLIDWORKS 工具，并成功开发出创记录的 Eta 高速自动车。

“利用 SOLIDWORKS，我们能够快速地设计骑行和飞行装置，然后可在需要时，更加快速地更改设计，”Robertson 解释道，“举例来说，我们使用了 SOLIDWORKS 更改和调整变速器和档位的位置，其中使用 SOLIDWORKS 工具来确定最佳位置。借助斑马条纹和曲面曲率指示器等工具以及 SOLIDWORKS CFD 性能分析功能，我们可以得到接近最佳效果的复合翼板设计，然后就可以进入制作、手工调整和安装环节。”

在 SOLIDWORKS 计算工具的帮助下，我们的速度已经逼近 90 mph，优化后应该能够达到 92 mph。我们有可能突破 100 mph 的界限，但这会面临巨大的挑战，可能需要更长的路线、更强大的车手、能够以某种形式回收车手的热能，或是采用主动式/智能式翼板部件，以能够根据其自身的气流进行自我调节，从而降低阻力。

Cameron Robertson

副总裁/结构师

人力自行车速度的原记录保持者已雄踞巴特山世界人力速度挑战赛 15 年之久，为了提升技术水平并超越这一记录，Aerovelo 决定利用 SOLIDWORKS Flow Simulation CFD 分析软件，以期将自己的自行车提升到新高度。“利用 SOLIDWORKS Flow Simulation，我们得到很多重要见解并开发出多项关键创新，最终帮助我们在航行空气动力学性能方面取得巨大提升，”Robertson 强调道。

“尽管其他团队也在使用 CFD 分析，但我们决定将 CFD 结果与实际经验相结合，并将这些结果更多地用于指导目的，”Robertson 说道，“我们使用了 SOLIDWORKS Flow Simulation 的压力分布功能来贯彻我们的空气动力学战略。与紊流相比，层流更有助于提高性能，因此我们希望得到更多的层流。然而，要创造出合理的翼板形状来扩大天然层流的范围，这是一项非常细致入微的工具，SOLIDWORKS Flow Simulation 在这方面给我们带来了很大帮助。”

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### 追求 100 MPH 的自行车极限速度

通过利用 SOLIDWORKS 设计和 CFD 分析工具改进 Eta 高速自行车的性能，Aerovelo 最终于 2015 年打破了 133.78 km/hr (83.13 mph) 的人力速度记录。随后，Aerovelo 对该自行车的设计又进行了优化和改进，这使得该公司连续四次打破自己的记录，并最终于 2016 年达到了 144.17 km/hr (89.59 mph) 的神奇速度。

“在 SOLIDWORKS 计算工具的帮助下，我们的速度已经逼近 90 mph，改进后应该能够达到 92 mph，”Robertson 说道。“我们有可能突破 100 mph 的界限，但这会面临巨大的挑战，可能需要更长的路线、更强大的车手、能够以某种形式回收车手的热能，或是采用主动式/智能式翼板部件，以能够根据其自身的气流进行自我调节，从而降低阻力。”