首页/文章/ 详情

GCAir在飞机滑跑性能分析中的应用

3天前浏览73


导读

随着航空技术的革新,飞机滑跑性能的精准预测成为保障飞行安全与机场效率的关键。传统方法依赖经验公式,难以应对复杂环境,而数字孪生与仿真技术的兴起为高精度分析提供了新路径。世冠科技GCAir系统仿真测试验证一体化平台(简称“GCAir”)基于模型的系统工程(MBSE)理念,构建了仿真与测试验证一体化平台,支持从全虚拟到半实物的无缝切换,推动数字孪生技术落地。  

本文基于GCAir搭建了滑跑系统多源异构模型集成平台,融合机电、液压、控制等多专业模型,实现飞机不同飞行状态下滑跑行为的动态模拟。通过跨平台模型联合调试,解决了传统单一模型精度不足的痛点,显著提升性能评估的可靠性与效率,为飞机设计优化与实时决策提供了高置信度技术支撑。

   

前言

随着航空科技的不断进步,飞机的设计与性能分析已逐渐向更加精细和高效的方向发展。飞机的滑跑性能是评价飞机在起飞和着陆阶段能否顺利进行的核心参数之一。滑跑距离的长短直接影响到飞机的安全性与机场跑道的使用效率,因此,在设计和测试过程中,对滑跑性能的准确预测尤为重要。

传统的滑跑性能分析往往依赖于经验公式和简单的模型,这些方法虽然在一定程度上能提供参考,但精度有限,且难以应对复杂的环境变化。随着计算机技术和航空工程的进步,基于模拟、优化以及数字孪生技术的性能分析工具逐渐成为主流。世冠科技的GCAir基于模型的系统工程(MBSE)思想,为复杂装备系统研制的正向设计提供了工具支撑,为数字孪生技术落地提供了解决方案,可以实现全虚拟仿真到半实物仿真。

基于GCAir搭建了滑跑系统多源异构系统级模型的一体化集成仿真测试验证平台,将机电、液压、起落架、控制律等不同专业、不同平台的模型进行集成调试,能够模拟飞机在不同飞行状态下的滑跑行为,极大提高了性能评估的精度。

GCAir软件的核心优势 

GCAir支持多源异构模型集成,从全虚拟仿真到半实物仿真的一键切换,能够在同一平台上完成模型在环、软件在环、硬件在环仿真及测试,具备连续综合集成测试验证的能力,用于支撑航空、航天、地面装备、汽车、机器人等大型复杂工业装备的设计和运维,能够实现从产品设计到产品运维的全过程数字化。

主要有以下4个方面的产品优势:

1


虚实结合仿真测试验证

GCAir形成了控制系统一体化工具链,支持从纯虚拟模型设计、代码生成、实时仿真,到半实物仿真全生命流程开发;

2


丰富的多源异构模型集成接口

GCAir接口丰富,可集成来自不同软件、硬件设备的模型,实现系统仿真,提高模型的置信度及模型运算效率;

3


与需求分析软件无缝衔接

按照控制系统设计的应用场景和需求,来定义软件功能,能够解决实际工程问题,并且需求与设计之间的迭代以工程文件的形式保存;

4


V流程全生命周期测试支持

针对需求建立测试场景,以文件形式保存测试用例,从纯虚拟测试到半实物测试,实现全生命周期测试自动化,有效支持产品对需求的验证。

系统模型集成的架构,如下图所示:

   

图1 系统模型集成的架构

   

图2 FMU模型集成


飞机滑跑系统建模


接下来将介绍如何基于GCAir平台,构建飞机滑跑系统的模型,并通过详细的仿真分析和优化策略的实施,有效提高飞机的运行可靠性,减少滑行过程中的风险,为相关专业的设计人员提供技术验证平台。  

飞机滑跑系统建模

System Modeling

飞机滑跑系统模型由起落架系统模型、液压缓冲器系统模型、增益控制系统模型等组成,其中:


1

起落架系统模型

基于公开的窄体机参数,在多体动力学仿真专业软件中对某窄体机进行动力学建模,包括机身(Body)模型,前起落架(Nose Landing Gear)模型,主起落架(Main Landing Gear)模型,轮胎(Tire)模型以及路面(Road)模型。同时预留与液压仿真专业软件、控制系统设计专业软件、GCAir软件的联合仿真接口,以便进行滑跑系统在复杂工况下的集成联调及验证,并实现仿真结果与验证数据集的实时传输对比功能,窄体机起落架动力学模型封装成FMU如下图所示。

     

图3 起落架系统模型


2

液压缓冲器系统模型

基于窄体机正常液压缓冲器原理图,在液压仿真专业软件中对窄体机缓冲器进行建模,封装成FMU如下图所示。

     

图4 液压缓冲器系统模型


3

增益控制系统模型

在控制系统设计专业软件中搭建增益系统模型,封装成FMU如下图所示。

     

图5 增益控制系统模型

飞机滑跑系统模型集成

Model Ensembling

根据窄体机的物理属性及其飞行特性,调研起落架滑行状态下的典型稳态特征数据,并形成验证数据集,将验证数据集以.csv格式导入到GCAir中,各系统模型均基于FMI标准封装为FMU模型的形式,在GCAir中进行飞机滑跑系统的模型集成;再通过调试起落架模型的关键参数,实现与验证数据集的匹配,并完成上述多源异构模型的集成、联合调试以及仿真验证。  
在GCAir中构建的飞机滑跑系统模型,如下图所示。  
 

图6 飞机滑跑系统模型集成

仿真结果查看和对比

Simulation Comparison

在GCAir仿真平台上搭建集成模型,并将机电、液压、起落架、控制律等不同专业、不同平台的模型进行集成联调。  
仿真结果与验证数据集的对比结果如下:  
 

图7 前向加速度accx


 

图8 侧向加速度accy

 

图9 法向加速度accz


对多源异构系统级的滑跑模型进行集成联调后,通过对比可知,仿真结果与验证数据集的结果曲线基本一致,误差控制在5%左右  

总结与展望

综上所述,基于世冠科技GCAir软件搭建的飞机滑跑系统模型,能够模拟飞机在滑行过程中的动力学行为,包括起落架的承载和减震性能,该模型能够反映真实环境下的滑行阻力、刹车性能、转弯性能等关键因素。同时飞机起落架的数据输出合理,可以通过缓冲器和前轮执行机构等模型的输出信息进行有效的功能性能分析,进而验证起落架模型的设计合理性。通过详细的仿真分析和优化策略的实施,将有效提高飞机的运行可靠性,减少滑行过程中的风险,为相关专业的设计人员提供技术验证平台


来源:世冠科技
SystemMBSE系统仿真航空航天船舶汽车MATLABSimulink多体动力学机器人数字孪生控制试验世冠科技
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2025-04-12
最近编辑:3天前
世冠科技
国内领先的系统仿真工业软件和数...
获赞 28粉丝 18文章 152课程 1
点赞
收藏
作者推荐
未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习计划 福利任务
下载APP
联系我们
帮助与反馈