基于Modelica语言的飞机飞控系统虚拟样机构建、验证及工程应用

飞机飞行控制系统是典型的包含控制、电学、液压、机械等多领域的复杂系统。该文针对飞机飞行控制系统提出并实现了一套基于Modelica语言的多领域模型构建、仿真分析、代码生成的流程方法。针对某型飞机飞行控制系统基于Modelica语言进行了多领域模型统一实现,并通过试验/试飞数据对模型进行了仿真分析与验证。再通过功能模型接口(Functional Mockup Interface,简称FMI)技术将所构建的系统模型生成模型实时代码,并在工程模拟器中得到了工程验证。提出的针对系统设计建模、仿真分析、代码生成与半物理应用一体化的方法流程贴合研发过程,符合设计人员使用习惯,并充分发挥了模型在设计过程中的价值。仿真示例的分析结果以及工程模拟器试验均验证了本流程方法的有效性。     

经理人online

<正>世冠科技有限公司总经理张桥先生世冠科技,用仿真支持中国的飞行器开发世冠科技是一家致力于MBSE(基于模型的系统工程)技术应用的工程咨询公司,在多学科领域系统仿真、多源异构模型集成、智能测试等专业领域处于国内领先地位。世冠开发的飞行器集成设计平台GC-AIR是基于Modelica技术的多物理领域系统仿真工具,是第一家被国际Modelica学会接纳为会员的中国公司高精度航空专业库。这是国内首创,在技术上与国际MBSE功能模型开发平台同步;支持实时和超实时仿真,可与硬件系统一起组成Hi L系统和各种演示、验证系统。在航空领域,世冠科技长期服务于航空各大主机所、主要专业所及行业内骨干企业,并与用户一起开发出     

面向服务的航天测控软件架构设计

在概述SOA(面向服务体系架构)的基础上,分析了目前航天工程地面测控软件系统体系架构的特点和不足,提出一种可基于继承、基于面向服务体系结构的多层架构设计思想,以航天器故障仿真系统的设计为例,描述了该架构的具体实现方法。所研制的系统架构耦合度低,在充分继承和复用已有的历史软件部件基础上,能够通过动态配置支持各类航天器故障的仿真,具有易组合、易适应和易复用等优点。     

基于Modelica和Dymola的压气机系统的建模与仿真方法

基于压气机性能方程推导出一种新的压气机级的数学模型，并在这一模型基础上用Modelica语言和Dymola编译器建立了计算机仿真模型，编成了压气机系统仿真程序。还描述了压气机仿真程序建模系统和面向对象的体系结构，介绍了压气机系统特性分析的应用例子，并进行了仿真验证。结果表明，采用建立的仿真模型能够用来模拟压气机性能。     

基于模型的机电系统多物理域仿真技术应用研究

针对新一代飞机机电系统功能高度集成、系统架构和接口设计复杂等特点,基于LMS Imagine.Lab仿真平台,开展了基于模型的机电系统多物理域仿真技术应用研究。采用系统建模软件AMEsim构建了某型飞机机电系统不同层次(架构层、功能层、性能层)的系统仿真模型,实现了多物理域仿真模型联合仿真与调试的关键技术过程,应用结果证明该方法可以为机电系统的综合权衡提供一种有效的实施途径。     

基于单故障叠加的航天器故障数据仿真方法

针对测试故障诊断系统可靠性的问题,在传统基于对故障航天器的参数估计模拟的故障数据仿真基础上,提出一种基于单故障叠加模型的航天器复杂故障数据仿真方法,新型数据仿真方法能够在有限次迭代的情况下逐次逼近仿真航天器故障数据,对航天器故障的仿真实验证明,该方法可广泛应用于各类航天器故障诊断系统的测试过程。     

面向航天员训练的混合现实场景理解方法研究

针对航天员混合现实系统在人机交互过程中尚未实现自主智能诱导的局限性,结合航天器舱内环境的特殊性,构建了一种航天员混合现实空间场景理解原型系统架构,提出了基于深度学习的空间场景自主理解方法,采用合成样本的方法建立了舱内设备数据库,实现了基于深度学习算法的自主舱内设备识别。实验结果表明,对舱内设备识别的mAP值达到79.8%,混合现实空间场景理解原型架构和场景理解方法可以有效解决航天员舱内训练设备操作状态变化的自然识别需求,并实现混合现实虚拟流程的自主引导。     

一种基于不确定性全寿命周期仿真的分离模块航天器评估方法(英文)

为了对新概念分离模块航天器进行全面评估,本文提出了一种基于不确定性全寿命周期仿真的评估方法。首先,对分离模块航天器术语和体系结构进行了阐述,对评价准则进行了定义,确定以风险调节全寿命周期成本和净收益现值的期望值和方差作为评价指标。其次,对分离模块航天器概念设计阶段学科模型进行了介绍,以此为基础对全寿命周期成本模型和净收益现值模型进行了详细讨论。再次,对全寿命周期不确定性因素进行了分析,并采用概率论进行了数学建模。然后,对全寿命周期仿真过程时序进行了分析,采用面向对象建模的方法对仿真模型进行了建模;仿真模型集成了仿真对象的不确定性模型,能够随着全寿命周期仿真演进对仿真对象的不确定性状态进行动态演化,以此为基础构建了基于不确定性全寿命周期仿真评估平台。最后,基于该评估方法对虚拟对地遥感分离模块航天器方案进行讨论,结果表明在考虑不确定性因素影响下,模块分离方案和分批发射方案对成本与收益有很大影响,且分离模块航天器比其对应传统单颗航天器更有优势。     

可扩展的推进系统仿真平台:部分Ⅰ-工程模型构建

基于java的面向对象建模, 建立了可扩展的推进系统仿真平台(EPSP).研究了EPSP中分级模型建立的机制;基于组件分解和标准化接口, 提出了EPSP中所用的工程模型架构的设计.EPSP允许部件被其它类似功能的部件替换, 用户可以自己组建推进系统模型, 并进行各学科和各精度的仿真计算.如何构建EPSP的工程模型将被描述, 文中给出了部件工程模型创建的示例, 表明可以利用本平台很方便的架构推进系统模型, 体现了“插件化”的思想, 证明本平台的建模达到了预期的目标.      

基于Modelica和Dymola的航空发动机燃气发生器的建模与性能仿真

基于对压气机、涡轮与燃烧室共同工作条件的分析,建立了1种快速简便的单轴燃气发生器性能仿真模型;用Modelica语言和Dymola编译器实现了单轴燃气发生器的性能仿真,验证了该模型的有效性。结果表明:该模型能够模拟单轴燃气发生器的性能,并能实现非设计转速小流量工况下的性能仿真。     

一种基于投影寻踪的航天器健康评估方法

针对常用健康评估方法在航天器测控管理领域应用过程中出现的通用性、易用性和适用性方面的不足,提出了一种基于投影寻踪评估模型的航天器健康评估方法.该方法首先计算得出分系统运行状态的可信度;然后利用卫星故障预案和故障实例构建投影寻踪评估模型,自动获取运行状态指数评价权重;最后通过构建等级评价标准对航天器健康状态进行评估.以某在轨卫星为例进行仿真测试,验证结果显示该方法所构建模型简便且易于升级维护,评估结果与实际情况吻合,对解决实际的工程问题具有实用价值.     

基于Modelica和Dymola的航空发动机建模与性能仿真

本文介绍了Modelica/Dymola软件的主要特点,航空发动机模块划分的原则和方法,以及利用Modelica/Dymola软件开发的航空发动机通用模型库中主要部件的建模方法,并采用己建立的部件模型,搭建了双轴涡扇发动机的系统级模型,对其起动过程进行了仿真.结果表明,仿真结果符合实际情况,该模型库对于航空发动机的概念设计和初步设计具有重要意义和实用价值.     

大型航天器无控飞行再入时间短期预报的轨道摄动方法研究

针对寿命末期大型航天器临近再入前轨道衰降受到跨流域多尺度非平衡环境下气动力/力矩影响显著的问题,基于体坐标系下的气动力和力矩分量,建立了航天器轨道-姿态动力学摄动模型;结合航天器再入跨流域空气动力学统一计算理论与数值模拟手段,提出了大型航天器无控飞行轨道衰降过程气动特性一体化快速算法。基于地心惯性坐标系气动融合轨道动力学方程数值积分方法对航天器的轨道姿态摄动模型进行了外推计算,结合无迹卡尔曼滤波方法对外测轨道星历观测数据初值误差和模型误差进行了滤波。针对250～120 km高度范围的大型航天器短期轨道衰降变化进行仿真预测,对比了外测轨道星历数据,结果表明:本文提出的经卡尔曼滤波误差分析的轨道摄动模型方法对寿命末期大型航天器短期轨道预报具有较强的模拟能力与有效性,有助于推动近地轨道空间目标气动融合轨道数值预报领域发展。     

航天器天基测控技术仿真研究

天基测控技术是航天测控系统的发展方向，是弥补地基（陆基＋海基）测控系统缺陷、缓解地基测控资源紧张的有效办法。本文提出了基于“北斗一号”系统的航天器天基测控技术仿真方法，设计并建立了相应的仿真系统。基于建立的仿真系统、按照设计的仿真方法对航天器天基测控技术进行了全面仿真。仿真结果表明，基于“北斗一号”系统的天基测控技术可行，性能指标可以满足中低轨道航天器实际测控需要。     

一种基于AADL的航空电子系统仿真和验证技术

飞机系统集成化程度的提高增加了对航空电子系统设计和分析的难度,同时也对安全性需求等系统特性的验证提出了更高的技术要求。对基于结构化分析和设计语言(AADL)的系统建模和仿真流程及相应的评估分析能力进行了介绍,并在基于AADL的航空电子系统建模框架下,提出基于AADL的航空电子系统仿真评估和验证方法,利用结构化分析和设计语言AADL构建航空电子系统典型子系统的正常模型和错误模型,并以此建立系统的扩展模型。在此基础上,利用形式化方法对系统模型进行描述并转化为Kripke结构。最后对系统模型进行模型仿真和特性验证,验证所构建的系统架构和设计逻辑是否符合系统设计特性需求。     

基于统一模型的多学科多实例优化

介绍基于Modelica语言模型构建多实例优化问题的方法。方法将仿真优化问题转换为标准优化问题,再将单实例优化聚合为多实例优化。并且介绍在MWorks平台软件上使用该方法的步骤,最后通过F14优化实例说明该方法的使用效果。结果表明,优化效果明显。     

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。     

近地航天器量子导航定位卡尔曼滤波算法研究

针对近地航天器量子导航定位系统,为了进一步提高其定位精度,利用滤波技术将QPS测量值结合航天器的运动模型进行状态量的滤波估计.给出了基于基线干涉原理的量子定位系统观测方程和以二体运动为主的航天器轨道运动模型,在此基础上详细推导了扩展卡尔曼滤波处理过程,并针对该模型进行了仿真.仿真结果表明,基于EKF的量子导航定位精度有明显提高.     

太阳帆航天器被动姿态控制研究

针对由有效载荷、太阳帆和4个控制叶片所组成的太阳帆航天器系统,从物理模型出发,利用欧拉方程建立了姿态动力学模型,并通过数值仿真对太阳帆航天器基于控制叶片的对日定向性能进行了研究。研究结果表明,在行星际飞行中太阳帆航天器可以通过使控制叶片保持偏置来保持姿态稳定。     

某型商用飞机前起落架应急放仿真分析

起落架收放功能的可靠性对飞行安全至关重要。首先根据某型商用飞机前起落架系统原理,建立机械、液压领域的Modelica模型。其次,根据系统中组件的独立试验数据对组件模型进行参数标定。再次,利用系统工况试验数据对所标定的模型进行验证。最后,得出关于关键组件参数标定和系统验证结论如下:(1)关键组件应急放作动筒仿真曲线与实验数据基本吻合;(2)系统工况仿真能够准确再现起落架各种实验中观测到的现象,仿真曲线与实验数据吻合度较高;(3)验证了本文构建的系统模型的有效性,为下一步进行阻尼分析,准确查找前起落架故障提供了前提条件。