第一届航空CAE技术发展论坛

<正>会议主题智能化CAD/CAE集成技术会议内容面向航空产品的CAD/CAE集成设计系统多学科、多尺度CAE仿真技术CAE的平台技术与应用可靠性分析与CAE工程稳健设计CAE在航空、航天工业中的应用     

基于混合现实技术的民机驾驶舱仿真平台

为了满足民机驾驶舱设计早期多方案对比和快速优化迭代的需求,研发了面向民机驾驶舱的混合现实仿真平台。以实体场景模块、可视化模块和运行逻辑模块为依托, 构建了仿真平台的系统框架; 在此基础上, 研究了高精度动态虚实融合技术, 解决了混合现实平台中操控部件和人的数字孪生问题; 为了验证混合现实仿真平台的可行性和有效性, 在物理驾驶舱仿真平台和混合现实驾驶舱仿真平台开展相同的试验,采用主观评估和客观测量相结合的方法对驾驶舱操纵部件可达性、布局合理性、仪表显示可视性和可读性方面进行人机工效分析, 并将两组试验的试验数据进行对比。试验结果表明,混合现实平台与物理平台的测试效果基本一致,能够为驾驶舱设计早期多方案对比评估提供有效的测试平台。     

室内混合智能定位系统仿真平台框架研究

针对室内场景中实验环境搭建困难、鉴定评估样本少、实际系统与仿真系统需相互检验等问题，在介绍室内混合智能定位系统的基础上，研究了利用仿真技术搭建虚拟仿真实验环境。构建了室内混合智能定位系统仿真平台的体系结构和层次结构，论述了仿真平台涉及的理论模型及算法，并介绍了构建仿真平台的相关关键技术。研究结果能为用户提供一个具备环境建模、信号模拟、调度控制、可视化显示、数据存储、系统间交互等要素的室内混合智能定位仿真平台框架，为后续平台集成测试提供指导。     

图形交互设计的核心技术在航空部门的工程应用

综述了IBM计算机图形交互设计的核心支持软件——CGI的主要用户功能与在航空部门的工程应用。CGI支持开发的CAD系统已成功地应用于几种飞机型号设计,在工程分析软件的开发与移植中也发挥重要作用。工程应用表明,CGI是一种功能全面的高级图形用户接口,是IBM机开发CAD/CAE/CAM应用系统的基础手段之一。     

模型实时驱动的航空发动机沉浸式虚拟运行系统

为实现多学科信息的融合与沉浸式表达,针对当前虚拟现实技术在航空发动机领域的应用存在多学科信息综合表达不 足、仿真实时性低等问题,开发了一种跨学科异构模型集成仿真的航空发动机沉浸式虚拟运行系统。在信息融合与实时交互方 面,研究航空发动机气动热力性能实时仿真、实时控制、参数化结构建模与仿真、数据实时共享与多学科联合仿真集成等技术,实 现了模型实时驱动的航空发动机虚拟运行功能;在数据可视化及3维渲染方面,研究结构数据轻量化处理技术、实时渲染优化技 术,对温度、压力等流场数据进行实时映射,实现了逼真、流畅的沉浸式实时渲染效果。基于上述研究工作,在中国首次开发了1 套由模型实时驱动、跨学科数据集成的航空发动机沉浸式虚拟运行系统,结果表明：该系统实现了发动机结构、系统和性能模型数 据的关联与交互。相关技术和成果可用于协同设计、沉浸式评审、虚拟培训等场景,为未来实现数字孪生、虚实融合的数字发动机 研发提供关键技术支撑和参考。     

SABRE系统振动分析前后处理软件的设计与实现

针对国产大型CAE软件SABRE系统振动分析求解功能对基于图形交互的前置建模与后置求解结果数据的可视化需求,基于模块化的程序设计思想设计并实现了SABRE振动分析前后处理软件。软件兼容性方面,设计了适配频响分析与随机响应分析的数据结构,并通过函数重载解决了振动分析前后处理软件与SABRE基础平台的数据兼容性与接口兼容性问题;界面设计方面,基于Qt实现了满足振动分析流程需求的图形交互前后处理界面;数据可视化方面,以三角形网格为基础生成等值线,建立了物理场量值与颜色的对应关系,实现了后处理数据的云图可视化,并基于QWT实现了数据的曲线可视化。     

基于任务场景分析的机载导航页面人机界面设计过程研究

顶层飞行任务场景是民机机载显示系统需求捕获的重要来源,显示系统的人机界面设计通过自顶向 下的飞行任务场景分析,识别显示信息内容,开展信息内容设计,继而开展样式设计、交互行为设计与接口设 计等工作。本文以导航页面为例,综合运用层次任务分析和场景用例分析法,阐述了机载显示系统人机界面的 设计约束和过程,可为民机机载显示系统人机界面的正向设计过程提供借鉴。 [ 关键词] 机载显示系统;导航页面;任务场景;人机界面设计     

虚拟现实技术在CAD中的应用

随着计算机技术的不断发展,信息技术不断融合到传统制造业中,虚拟设计/虚拟制造概念的出现受到学术界和企业界的广泛重视,成为研究的热点.阐述了将三维鼠标、立体眼镜原理及数据手套与CAD/CAM技术相结合在具有开放源代码的CAD系统上,将CAD数据模型转换为虚拟场景,保存为VRML格式,实现场景编辑的可视化,可从任意角度观察产品的设计效果.     

基于仿真的机械产品设计系统

分析了现有CAD/CAE方法与产品设计的需求差异,指出:首先,性能分析与设计是机械产品设计的核心;其次,集成了CAD/CAE技术的产品设计应该是以CAE为中心的设计过程。提出了基于仿真的产品设计方法,构造了一种面向性能的产品设计系统。     

天舟COMAN多学科设计/仿真集成管理系统——建设复杂产品研发核心能力平台的利器

基于天舟COMAN,用户可以封装集成用于特定专业产品设计/仿真的工具软件,容纳特定专业产品的多学科设计/仿真业务流程,嵌入特定专业产品的设计知识,融合、继承特定专业产品的设计方法和设计理念,从而构造出支持特定产品多学科设计/仿真的专业集成设计环境和研发核心能力平台。     

基于伴随理论的大型客机气动优化设计研究进展

大型民用客机的气动设计具有巡航马赫数高、部件间流动干扰复杂、外形精细化修形难度大等特点，完全依靠人工试凑法进行气动设计工作量巨大。基于高可信度数值模拟的优化设计技术可以对该类问题进行自动寻优设计，给设计师提供有力参考，因此在大型民用客机气动设计中发挥着越来越显著的作用。首先，以大型民用客机为背景，总结了民机气动设计中的关键科学问题，指出了梯度优化设计方法在民用客机不同优化设计问题中的适用性，并进一步对梯度求解中的伴随方法理论进行了详细介绍。然后，分析了基于伴随理论的气动优化设计方法以及气动结构多学科优化设计方法在民用客机设计中的研究进展，其中气动优化设计方面着重突出了复杂全机多部件气动外形优化设计方法以及飞机/发动机一体化优化设计方法。最后，对基于伴随理论的气动优化设计方法在大型民机中的应用进展进行了提炼，对未来发展趋势进行了展望与建议。     

机动弹头攻防视景仿真系统研究

通过建立机动弹头大气层外动力学模型,利用Vega、Creator视景开发软件建立三维实体模型,在VC/MFC开发平台基础上,解决Simulink仿真模块与视景仿真模块数据交互问题。构建三台计算机联合仿真平台,真实模拟机动弹头攻防对抗过程,并设计开发了弹道导弹中段攻防对抗视景仿真系统。主要包括机动弹头动力学模型构建和弹道数据产生,数据通信交互程序设计,视景仿真程序设计和动态显示。     

并行工程环境下基于约束的叶盘结构建模与分析

在网络工作站的集成化软件平台ＵＧ上,利用复合特征建模技术对复杂零组件的实体造型能力及其特征与ＳＴＥＰ标准定义实体的对应关系,完成了支持并行工程的航空发动机整体叶盘建模系统。针对航发零组件设计跨多学科的特点,建造了约束管理系统,以约束网络和规则库形式协调多功能小组的活动,保证在建模阶段即可避免后续研制中的问题。实现了ＵＧ和分析平台ＰＡＴＲＡＮ的模型传递,并以某型涡扇的整体叶盘为实例,进行了有限元静强度及振动分析。这项工作为并行工程在航发产品中的应用提供了支持工具。     

民机驾驶舱显示触控系统人机工效综合评价

未来民机驾驶舱将广泛采用触控技术,但目前尚未形成针对民机驾驶舱显示触控系统的人机工效评价体系与评价方法。针对上述问题,首先梳理民机驾驶舱显示触控系统相关的现行标准与规范,结合适航规章中人为因素考察项,提出民机驾驶舱显示触控系统人机工效评价指标体系。其次,考虑到评价指标的模糊性与灰色性,基于灰色关联分析,对传统模糊层次综合评价算法从数据集结处理和指标权重确定两个方向进行改进,通过构造专家信度系数修正秩次矩阵,实现专家认知特性的定量描述,建立民机驾驶舱显示触控系统人机工效综合评价模型。最后,结合ACROSS项目下的民机驾驶舱显示触控系统人机工效评价试验案例,分析驾驶舱显示触控系统配置策略对系统人机工效的影响,验证了评价体系与评价方法的适用性和合理性。     

民机试飞测试数据处理分析软件设计开发

测试数据是民机试飞过程中的最终产物,是反映飞机系统状态、表明适航符合性的重要依据。 随着大量先进航空总线在民机上的应用,测试数据的体量越发庞大、类型也更为复杂,为测试数据的处理和分析带来了巨大的挑战。 对民机试飞测试数据的类型、存储特点和常用分析方法进行了研究,深入分析了试飞测试数据的处理和分析需求,立足于 WPF( windows presentation foundation)平台,采用 MVVM(Model-View-ViewModel)设计模式,使用了内存管理、DataBinding 事件模型、反射等关键技术,集成了 SciChart、时序数据库等组件,设计开发了民机试飞测试数据处理分析软件。 软件实现了试飞测试数据的快速处理、分析及可视化,可完成多个数据文件的同时加载、进行 1 Hz ~ 16 kHz 不同采样率下数据分析结果的可视化展示,经实际应用,满足了某国产大型客机的试飞需求。     

发动机非包容性转子失效布置与防护设计

民用飞机发动机服役经验表明:发动机非包容性转子失效仍会发生。为将这种非包容性转子失效可能带来的危害降至最低,基于一种发动机翼吊式安装的民用飞机,结合咨询通告AC20-128A的要求以及民用飞机设计的工程经验,开展了飞机内部系统布置和结构防护设计研究。首先介绍了减小发动机非包容性转子失效危害的设计流程和分析模型,其次从民航局审查关注的角度,重点阐述了不可控制的着火、推力损失、飞机操纵的损失、对乘客和机组人员的保护和结构完整性等五个方面的设计思路和方法。研究结果表明:飞机设计时,通过采取将关键部件和系统移出碎片影响区、冗余设计、提供可接受的防护等预防措施来减小发动机非包容性转子失效对飞机的危害,对发动机非包容性转子失效的设计和适航验证具有指导意义。     

基于层次分析法的民用客机发动机技术评价与选型

层次分析法是1种有效实用的多目标决策方法。针对在大型客机研制中科学选择适合的民用航空发动机问题特点,基于层次分析法,将发动机的选型要求层次化分解,建立了指标技术评估模型,并考虑不同评估专家分配不同权重的方法。以现有民用发动机为例进行分析。分析结果表明：层次分析法在民用客机发动机选择中具有合理性、科学性,符合市场实际情况,适用于民用客机发动机方案选型,并可为民用客机发动机工程技术评估提供科学依据。