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      飛行器虛擬集成開發與我們并不遙遠

      社會快速發展的今天,人們乘坐飛機出行已經成為普遍現象,為制造更智能、更能服務于大眾的飛機,制造商設計的飛行器也愈加復雜。

      飛行器復雜程度越來越高,其子系統、各專業的研究也越來越深入,原本對產品生命周期中后期的維護和監測逐漸演變為要求支持全產品的生命周期。伴隨這些要求而來的,是對飛行器進行虛擬集成開發研究,同樣也是數字孿生技術和虛擬仿真技術的開發與應用。

      數字孿生技術(Digital Twin)

      數字孿生技術最早由美國國防部提出,用于航空航天飛行器的健康維護與保障,NASA將其定義為:一個面向飛行器或系統的、集成的多物理、多尺度的概率仿真模型,它利用當前最好的可用物理模型、更新的傳感器數據和歷史數據等來反映與該模型對應的飛行實體的狀態。

      2017年底,美國航空航天制造商洛克希德馬丁公司發布了未來幾年國防和航空航天工業中發揮重要作用的6大頂尖技術,數字孿生在高超音速技術、人工智能技術等技術中位列第一。

      數字孿生技術通過測控、測量系統,支持導入飛行器全生命周期實時測量數據,可以達到讓物理空間的飛行器實體和賽博空間的飛行器數字孿生體的數據同步,最終實現虛實融合、以虛控實,實質性地提高了基于模型系統工程(MBSE)的實施水平。

      虛擬仿真技術(Virtual Simulation Technology)

      虛擬仿真技術是在多媒體技術、虛擬現實技術與網絡通信技術等信息科技發展的基礎上,將仿真技術與虛擬現實技術相結合的產物。虛擬仿真技術以構建全系統統一和完整的虛擬環境為典型特征,并通過虛擬環境集成與控制眾多的實體。實體可以是模擬器,也可以是其他的虛擬仿真系統,也可用一些簡單的數學模型表示。實體在虛擬環境中相互作用,或與虛擬環境作用,以表現客觀世界的真實特征。虛擬仿真技術具有集成化、虛擬化與網絡化的特征。

      目前,將數字孿生用于生產制造的企業很多,但是很少能進行設計研發和運維管理,尤其是貫穿整個產品生命周期。

      飛行器集成仿真平臺——GCAir

      在國產數字孿生尚未興起的情況下,GCAir誕生了。GCAir由北京世冠金洋科技發展有限公司(簡稱“世冠科技”)自主研發,是飛行器集成仿真平臺,可應用于飛行器設計的設計階段、驗證階段和運維階段。

      設計階段:

      -需求分析

      -方案書設計

      -詳細設計

      驗證階段:

      -半物理仿真

      -測試驗證

      運維階段:

      -飛行員模擬演練

      -裝配/維修/檢測訓練

      -故障預測與健康管理(發動機、飛機)

      -任務管理(點對點飛行、無人機任務)等

      集成仿真在航空業的應用方向

      -液壓系統分析

      -飛控作動器仿真

      -制動系統和防滑制動仿真

      -起落架動作、落震試驗仿真

      -航電冷卻系統、防冰

      -主動減振系統

      -故障注入及健康度管理

      應用案例

      1.單通道客機子系統虛擬測試工具——虛擬鐵鳥

      虛擬鐵鳥是飛機系統級設計方案的數學展現。由于飛機系統涉及航空發動機、環控、液壓、飛控等多個專業領域,一個團隊難以完成各專業模型的建立,因此需要由不同專業的團隊分別建立各專業模型,通過耦合仿真實現對整個飛機系統功能的預測。

      該模型集成測試可實現多來源模型的集成仿真與測試,同時還包括不同模型間接口的自動連接、測試任務的自動測試和模型性能的評估、故障注入分析以及試驗過程可視化等功能。

      2.基于飛行品質標準的固定翼飛機設計方案評估

      -基于標準、產品設計任務書、法律法規等飛機設計技術需求,編寫測試用例腳本和結果評估腳本

      -在testmanager中配置仿真工程、測試用例腳本列表、結果評估腳本列表

      -根據測試用例腳本驅動GCAir進行仿真,進行參數敏感分析

      -根據結果評估腳本自動對仿真結果進行評估,判斷是否滿足指標需求

      -自動生成仿真測試報告,用戶可自行配置報告中需要顯示的關鍵數據曲線等信息

      此外,集成仿真平臺還可用于直升機起落架裝置系統、直升機飛行動力學模型庫和飛行品質評價系統等。

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