Arcadia建模方法与SysML建模方法比较研究

基于模型的系统工程与传统系统工程相比,有着形象化、具体化、沟通效率高等多种优势。基于系统建模(System Modeling Language,简称SysML)语言进行建模用途广泛,但是通过实践,针对系统架构和系统运行场景分析,基于Sys ML的建模方法特点并不突出。而Arcadia的基于模型系统工程建模有着简单、清晰等特点,对于系统架构和系统定义均有着Sys ML所不具备的特点。通过系统设计的目标与特点,对基于Sys ML的建模方法和Arcadia方法进行比较研究和实践,总结两种方法在基于模型的系统工程领域中的优劣。     

发动机反推力系统安全性设计

通过分析发动机反推力系统适航规章25.933、相关的适航咨询通告和背景资料,以及民用飞机反推力系统空难事故,获得了反推力系统设计的总体安全性要求,为国内反推力系统的安全性设计提供了重要的指导.运用系统安全性评估的方法对某型号反推力系统的初步方案进行了分析.结果表明:系统架构设计中存在单一故障导致反推力装置意外打开,不满足反推力系统总体安全性要求.为了消除该单一故障,提出了将同步锁的控制独立于反推控制器(EAU)的更改方案.这不仅明显提高了某型号反推力系统的安全性,也对以后其他型号反推力系统的设计具有重要的借鉴意义.      

涡扇发动机配装反推力装置综合影响分析

针对概念设计阶段涡扇发动机开展反推力装置设计的需要,对加装反推力装置对总体性能的综合影响开展了初步分 析。选取大涵道比发动机CFM56为对象建立基准发动机模型,借助克兰菲尔德大学总体性能仿真软件Turbomatch,分析了其对发 动机压缩部件、涡轮及排气系统的性能影响,提出采用流动面积和流动损失作为反推力装置的设计要求。在正、反推力状态下对 发动机推力进行评估,结果表明：理想状态下发动机提供的反推力可达最大起飞推力的50%以上。为了获得涡扇发动机配装反推 力装置的不利影响,建立包括反推力装置在内的推进系统质量评估模型和价格预测模型,利用该模型对质量及成本进行了预测, 结果表明：特定条件下反推力装置的使用会导致推进系统的质量增加12%,价格增长13%。     

基于模型的系统工程设计方法在TCAS中的应用

针对传统空中交通防撞系统(TCAS)设计中基于文档描述的不足,采用基于模型的系统工程方法进行TCAS系统建模。在建模过程中使用SysML语言,通过多个视图来描述和分析系统需求,并通过模型的执行尽早验证需求。整个设计过程都是基于需求的,是可测试、可追溯的,是由经验研发向需求研发的转变。     

基于模型的飞机地面减速系统架构设计方法

地面减速功能在飞机上的实现涉及多个系统,其综合系统架构具有很高的复杂性,多系统间的接口数量巨大且接口形式多样,多系统间的动态协同工作逻辑比较复杂。为了应对这种复杂性,提出了基于模型的系统架构设计方法,将SysML建模语言和面向对象的建模思想应用到飞机地面减速系统的架构设计和行为分析中,可以实现系统架构元素的统一定义和分解,以及多系统集成架构的统一接口定义和分析,同时可以实现系统静态架构和动态行为的协同设计;搭建了飞机级和系统级的架构模型和行为模型,实现了地面减速综合功能的分析和多系统集成架构的设计。实践表明,基于SysML的飞机地面减速综合系统架构设计方法可以有效应对多系统集成设计的复杂性,并提升集成设计的效率和质量。     

基于运行场景模型的测试用例生成和排序方法

大型民用飞机研制是一项多系统、多学科交联的复杂系统工程,民用飞机主制造商应在早期设计过程中进行需求的确认和验证工作,以找出设计中的缺陷,减少后续迭代设计成本,缩短设计周期,提高产品的竞争力。通过引入软件工程领域基于场景测试的方法,利用场景作为工具,以飞机在进近过程中触发TAWS模式1告警为实例,采用SysML活动图构建民机运行场景模型,基于场景模型生成测试用例,同时引入测试用例重要度对测试用例进行排序,用于指导后续的测试工作,为实现基于场景的需求确认和验证提供了支撑。     

基于多视角的民机正向设计建模方法

针对民机正向设计中存在的建模对象复杂耦合程度高、建模理论支撑不足、利益相关方需求缺乏模型描述等问题,提出了基于多视角的民机正向设计建模方法。首先,通过分析民机正向设计流程和基于模型的系统工程（MBSE）方法论,明确民机正向设计自顶向下的映射和关联关系;然后,引入多视角对民机设计流程进行多方位解耦与描述,分析各视角下的建模元素及其逻辑关系,将设计领域知识流与各视角下建模流程相结合,通过建模语言SysML对多个视角下的民机正向设计模型进行抽象建模描述;最后,通过舱压控制系统建模实例验证了本方法能够有效契合民用飞机系统的设计。     

基于UML的无人机飞控系统建模

针对无人机飞控系统功能及其复杂而又难以比较全面的描述,提出利用面向对象统一建模语言UML对飞控系统进行建模,可直观地描述飞控系统,并可以从不同角度较全面地描述飞控系统。首先简要介绍了飞控系统的原理和功能,在此基础上,利用UML例图、类图、协作图、顺序图、活动图,分别从整体、静态、动态角度描述了飞控系统。使用这种方法对飞控系统建模可应用在无人机系统仿真建模中,对无人机系统仿真建模具有积极的研究意义。     

某型飞机反推力装置加载试验

由于反推力系统必须在模拟气动载荷下做试验,以验证反推力系统功能的安全可靠性。因此在液压系统地面模拟试验中需配置一套反推力装置加载系统,以实现对反推力在展开和收起过程中所受气动载荷的模拟。在简要介绍反推力系统及其加载系统的基础上,主要研究如何完成某型飞机反推力装置加载试验,并满足其性能要求。     

民用涡扇发动机结构与建模分析研究

数学模型是航空发动机性能仿真与控制系统设计的重要技术基础,针对民用涡扇发动机建模需求,以广泛使用的大涵道比涡扇发动机为研究对象,参考国外经验并结合理论分析,进行与整机建模相关的发动机主要部件结构特点和部件建模方法研究,给出发动机大风扇特性分解方法,分析空气引气系统、压气机稳定性控制系统、涡轮叶尖间隙控制系统、反推力装置等系统的结构和建模方法,以期为民用大涵道比涡扇发动机整机建模提供技术支持.     

抓斗式反推装置打开时反推性能参数计算

根据共形映射理论建立了抓斗式反推装置二维流动数学模型,得到抓斗式反推装置打开时反向气流喷射角ф与抓斗式反推装置几何参数间的关联关系.将该模型和涡扇发动机性能计算模型耦合,得到了抓斗式反推装置打开时反推参数的计算模型.以某型涡扇发动机为例,计算了着陆时反推气流角和反推装置几何参数,以及反推力随马赫数、发动机转速的变化关系,并与测量数据进行了对比分析.表明给出的抓斗式反推装置打开时反推性能计算模型具有较好的计算精度.      

新型无阻流板反推装置流场结构和影响参数研究

应用CFD数值模拟技术,分析了基于二次流喷射的无阻流板涡扇发动机反推控制机理,并详细分析了二次流喷射的压力、位置、角度及喷流缝宽度对流场结构和反推性能的影响。在计算模型中没有考虑反推导叶,为此,用与反推力成正比的参数,即反推质量流量比来衡量性能的优劣。计算结果表明:二次流喷射压力、位置和角度是影响反推性能的重要参数,并且在一定的风扇涵道流下,存在最佳的二次流喷射位置、角度和压力;而二次流喷射缝宽度在一定范围内对反推性能影响不大。     

翼身融合背撑发动机反推绕流流场数值研究

基于RANS（Reynolds averaged Navier-Stokes）方法,采用SST（shear stress transport）湍流模型和进排气边界条件,对翼身融合背撑发动机反推绕流流场进行了数值模拟,探究得到反推气流动力影响下机体气动载荷的变化规律,并评估了不同发动机功率下反推的增阻效果,以及对进气道流场畸变特性进行了初步的分析。结果表明:反推气流会显著影响机体气动载荷的分布状况,发动机前方的机体表面压力逐渐增大,经过反推出流带后,表面压力急剧减小,沿展向其影响逐渐减弱;在一定范围内,反推气流的轴向折流角越大,对气动载荷分布的影响越剧烈,增阻效果也越好;轴向折流角和来流马赫数的变化会影响进气道流场畸变特性。      

反推装置对翼身融合分布式推进系统气动性能影响数值模拟

为了研究新型反推装置对翼身融合分布式推进系统气动性能的影响,将机身简化为二维模型,利用数值模拟的手段来研究攻角、反推开度,以及风扇打开或关闭对飞行参数的影响,为翼身融合分布式推进系统的反推装置设计提供初步的意见和建议。结果显示:反推闭合和风扇打开之后该机型的升力系数和俯仰力矩系数都会有较大增加;随着反推开度的增加,升力系数和俯仰力矩系数也随之增加;来流攻角对翼身融合分布式推进系统的气动性能也有较大影响。      

蚌壳式反推装置打开时反推性能参数计算

根据自由流线理论建立了蚌壳式反推装置二维流动数学模型,得到蚌壳式反推装置打开时反向气流偏转角 与蚌壳式反推装置几何参数间的关联关系。将该模型和涡扇发动机性能计算模型耦合,得到了蚌壳式反推装置打开时反推参数的计算模型。以某型涡扇发动机为例,计算了着陆时反推气流角和反推装置几何参数,以及反推力随马赫数、发动机转速的变化关系,并与测量数据进行了对比分析。表明本文给出的蚌壳式反推装置打开时反推性能计算模型具有较好的计算精度。     

波音777飞机ACARS系统及马航MH370航班失联事件分析

马来西亚航空公司MH370客机失联事件一度引发媒体与公众的诸多猜测,猜测的焦点之一就是执飞的波音777飞机的飞机通信寻址与报告系统(Aircraft Communication Addressing and Reporting System,简称ACARS)功能是如何被关闭的。从专业角度出发,首先采用Sys ML建模的方式描述了波音777飞机ACARS系统的详细架构和人机接口,并据此深入分析了马航MH370航班失联事件中ACARS被关闭的情景。最后,提出了此次事件暴露出的现代民用飞机设计中存在的问题以及改进方法。     

戽斗式反推力装置气动特性数值仿真研究

在发动机短舱系统上设计反推力装置是民用飞机减小着陆滑跑距离、减轻起落架刹车系统负担的重要手段,对于主体不易更改的发动机而言,戽斗式反推力装置具有原理简单、实施方便等优点,是较好的设计选择形式。 戽斗包角是此类反推力装置设计中的重要参数,对反推性能有较大影响。 为了全面研究不同戽斗包角对反推性能的影响规律,基于某型涡轮风扇发动机设计了戽斗式反推力装置初步方案,并对反推力装置工作时的流场分布进行了数值仿真研究,着重分析了反推力及反推效率的变化情况。 研究结果表明:在所研究的角度范围内,随着戽斗包角逐渐增大,反推力及反推效率先增大后减小,包角为 110°时,反推效率最高;但是,在接近于停机状态的小速度条件下,戽斗包角相对较小时,反向排气流会被大量吸入进气道内,从而影响发动机的正常工作;通过对比不同方案的计算结果,给出了戽斗包角的设计建议值,可为反推力装置的详细设计及后续工程应用提供参考。     

反推力装置运动学与动力学仿真

为了研究叶栅式反推力装置各部件在工作过程中的运动学与动力学特性,根据机构运动原理对反推力装置进行简化并建立了运动学与动力学数学模型。以滑动整流罩位移与阻流门所受气动负荷为输入进行运动学与动力学仿真,得到了反推力装置各部件的位移、速度及受力特性曲线,并对比分析了在不同尺寸参数下各部件特征点的运动轨迹和反推力装置负载力变化。结果表明:运动学及动力学仿真结果与工程实际相符；反推力装置机构参数选择不合理时,各设计点会发生干涉现象并导致机构无法运动;机构参数变化对负载力最大值影响尤为突出,在阻流门AC段长度值增大6%,阻流门CB段长度值减小9%的情况下,负载力正向最大值将增大19.53%,负向最大值增大12.67%。研究方法及研究结果可为反推力装置运动学及动力学分析,以及为反推力装置机构优化设计提供参考。      

新型无叶栅反推力装置的气动性能研究

结合国外的相关研究工作,对新型无叶栅反推力装置的气动性能进行研究和分析,利用康达效应提高新型无叶栅反推力装置的工作效率。计算结果表明,利用康达效应可以使新型反推力装置的轴向反推力系数从0.175提高到0.36。此种反推力装置与常规叶栅式反推力装置相比,质量大大减轻,适合应用在大涵道比涡扇发动机上。