LMS虚拟铁鸟解决方案.doc

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1、LMS虚拟铁鸟解决方案作者：程磊1虚拟铁鸟概述当前，数值仿真与虚拟产品开发技术已经应用到航空产品开发的各个方面，并深入渗透到整个研发流程中，贯穿从概念与方案阶段，到子系统和部件设计，再到系统集成与验证，直到产品认证等各个阶段。虚拟仿真技术在航空产品研发中发挥着越来越重要的作用，已经成为航空产品开发不可或缺的重要技术手段。在现有开发流程中，仿真分析主要应用于子系统或零部件的设计验证及方案优化上，在系统集成和整机验证阶段，由于缺乏有效的集成机制和技术途径，只能进行有限的集成，各子系统和软件建模工具之间是彼此

2、孤立或松散耦合的。因此整机级的性能验证目前主要依靠试验来完成，包括各类地面试验和飞行试验等。完全通过物理试验进行整机性能验证的方法存在一定的弊端和风险，包括分系统的兼容与匹配，物理试验过程复杂、准备周期长、试验成本高，物理试验无法完全考虑各类飞行环境和飞行工况，难以表征系统软硬件的全部特征，难以获取全面的整机性能数据，等等。为进一步加快产品开发进程，缩短开发周期，并提高产品综合性能和品质，目前国外先进的航空制造商都积极地在多学科系统集成和整机数字建模方面进行技术探索和革新。在这种需求的驱动下，出现了一种

3、全新的仿真分析模式，称之为行为式数字飞机建模（BehavioralDigitalAircraft），或称之为“虚拟铁鸟”（VirtualIronBird）。“虚拟铁鸟”（VirtualIronBird）是指通过模块化建模封装和分布式集成等技术途径，集成飞机的各学科和分系统所形成的整机（或部分系统）数字模型，它是国外先进航空制造商为解决系统集成的困难，加强物理试验的有效性和针对性，进一步减少整机物理试验，所提出的技术解决方案。“虚拟铁鸟”是比“物理铁鸟”更广义的概念，除飞控系统外，还包括燃油、发动机、起落

4、架等其它分系统，它是要通过整机全系统虚拟样机的建立，力图全面反映空气动力学、机械、液压、电气、控制等多学科子系统之间的复杂集成和耦合，通过虚拟仿真在整机级洞察和获取更多性能品质，包括控制系统性能、电液系统作动性能、机械系统运动与整机飞行状态、结构强度与应力、疲劳损伤以及复杂的力纷争问题、起落架性能、燃油与推进系统性能、环境控制与空气循环系统品质等，调优系统性能并优化系统设计。通过整机“虚拟铁鸟”建模，一方面可以在整机测试之前全面了解系统性能，为整机物理试验作好充分准备，避免重复工作；另一方面可以尽可能的

5、减少对物理试验的依赖，进一步加快产品开发流程。LMS公司针对当前国外航空制造商对整机数字建模和全系统集成的需求，开发了用于整机系统集成的“虚拟铁鸟”建模平台，基于该平台，可以通过分布式方式整合不同的软件、硬件资源，以开放架构和共仿真技术集成基于不同软件建立的包含不同层次和不同形态的分系统模型，或通过硬件在环集成硬件和实物，形成可代表完整系统的“虚拟铁鸟”。“虚拟铁鸟”具备完整的虚拟试验环境和仿真能力，在虚拟试验环境中，可以通过逻辑控制的设置和定义，像真实的物理试验一样，选择不同的试验模式和试验工况，如起

6、飞、平飞、降落、滑行以及复杂的失效工况。通过“虚拟铁鸟”试验，可以有效了解和洞悉整机性能，研究分系统和各学科之间的耦合，评价整个系统的性能。“虚拟铁鸟”与物理试验紧密结合，互为补充，可形成完整的全系统验证和认证方法体系。2虚拟铁鸟平台架构与技术方案“虚拟铁鸟”通过模块化建模封装和分布式集成等技术途径，集成飞机的各学科和分系统形成整机虚拟模型，其建模具有多学科、多层次、多形态、易扩展的特点：·多学科“虚拟铁鸟”将不同学科的分系统，如飞控、燃油、环控、起落架、液压等等，集成到统一的平台上，通过“虚拟铁鸟”，

7、可以研究多学科系统之间的耦合影响，如液压系统与电气系统之间的耦合。·多层次“虚拟铁鸟”所集成的分系统模型是多层次的，即分系统模型中还可以包含更多的子系统或零部件模型，可逐级嵌套。由零部件或子系统模型组合形成分系统模型，由分系统模型进一步集成形成“虚拟铁鸟”。·多形态模型“虚拟铁鸟”所集成的分系统模型是多形态的，可以基于不同的软件实现，甚至包括硬件和来自测试的模型。就软件模型而言，可以包含基于不同软件工具建立的控制模型、1D系统仿真模型、3D机构动力学模型或有限元模型，等等。·模块化、易扩展“虚拟铁鸟”以

8、模块化方式将各分系统的模型进行集成，各分系统按照事先规定的建模标准配置与其它系统的接口，对整个平台和“虚拟铁鸟”而言，各分系统是即插即用的，因此极易替换和扩展。例如，“虚拟铁鸟”其中的分系统模型，可以方便的用更新版本的模型替换，或者扩展升级到更详细的模型，等等。如上所述，“虚拟铁鸟”是将飞机的各子系统仿真模型以模块化方式，通过分布式共仿真结合硬件在环等方法，在统一的平台和架构上进行集成，在专门的界面环境中进行虚拟仿真和虚拟测试。因此，“虚拟