安怀信性能虚拟样机库Pyramid软件在航天进入器减速分系统领域的实践应用

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减速分系统是航天进入器重要组成部分，根据方案设计要求，减速分系统组成包括：降落伞减速系统、结构部件和火工装置。减速分系统设计时，需要对结构进行模态分析、频率响应分析、随机振动、冲击等分析；进行火药的物性参数定义、爆炸做功仿真模拟；考虑复杂的流固耦合计算。

因此，在开展减速分系统设计时，需要基于数字模型进行产品的性能预测和优化，必须保证仿真模型具有足够的精度。

在复杂的设计体系中，模型数据、设计流程、结果数据、试验数据很难进行系统化管理和关联，这是导致性能调优方案难匹配、重复性设计多、设计进程慢的关键因素。而虚拟样机技术作为一项工程分析和预测技术，它的可重复性，清晰地规范了试验数据采集、分析和处理等工作，很大程度上提高了结果的准确性和可靠性。

因此，某研究所进行了安怀信性能虚拟样机库——Pyramid的实施，首先对各项仿真参数、性能模拟及模型与研制阶段的关系等进行了层级分析和统筹规划，实现了对仿真业务清晰的结构化管控；并完整地对各个层级的仿真模型结合试验数据进行验证与确认(V&V)，使得原来的仿真模型经过验证与确认之后，被赋予一个重要的新指标——置信度。

通过Pyramid可通过复用高置信度的模型（模板），实现设计方案的快速优化。随着该平台使用不断深入和对减速分系统的不断优化，为未来该所研发中心实现全面的数字化、自动化、智能化管控奠定了基础。

项目背景

目前该研究所在减速分系统设计中，由于降落伞减速系统需要经过长达9个月的空间飞行，在严酷的太空环境中，会面临超音速、低密度、低动压和尘暴等不确定自然因素的考验，给系统的设计和验证带来了很大困难。其单机产品设计的优劣、系统整体性能的优劣直接决定了航天进入器进入太空后的减速性能和姿态稳定性能。

解决方案

通过详细调研和深入沟通，针对该所仿真管理体系中存在的实际问题，安怀信基于Pyramid平台的层级定义，对仿真模型、仿真数据进行梳理。以仿真类型、阶段等特征进行模型数据及仿真结果实行流程化管理，并建立实验数据与仿真数据之间的关联。具体实施方案如下：

1. 按照层级金字塔进行了仿真模型及数据的管理，层级包括系统层（减速分系统）、子系统层（降落伞减速系统、结构部件和火工装置）等；每个层级模型的属性包括：型号、学科（超音速、低密度、低动压等各工况及各学科）、应用阶段、建模工具等。

对照上述树形结构中的层级划分，梳理出层级金字塔模型，显示如下。

2. 将试验数据与仿真数据进行关联链接，包括仿真模型数据、设计数据、仿真分析结果数据、试验数据、规范及文档数据的管理。

3. 在层级金字塔框架中对应的模型位置发起验模任务，通过安怀信仿真验模工具并依照V&V的理论与方法，对仿真数据与试验数据进行校对评估，修正并优化仿真过程中的各项参数，实现完整层级的验证和确认。

项目成果

通过Pyramid平台的应用，该所建立了完善的减速分系统性能虚拟样机库，包括：多学科高精度的仿真模型库、仿真建模基础知识库。并且可以基于规范的方法进行仿真能力评估，为仿真能力的提升提供了合理规划。安怀信Pyramid平台为客户带来了如下效益：

1） 统一的仿真数据管理中心

建立性能虚拟样机库，并按层级进行梳理；统一管理多学科仿真模型、仿真建模规范、仿真材料库、仿真模板库等。各类知识均与设计模型直接关联，让技术人员明确了然，同时摆脱了复杂的人工检索数据的工作模式，可快速获得经过验证的、准确的最优方案。

2） 仿真与试验协同效率提升

安怀信Pyramid平台与客户的试验数据管理系统完成了集成，可以在仿真数据管理平台与试验数据管理系统之间传递仿真任务、共享模型和数据。

3） 层级高精度模型库

可视化的模型应用研制阶段、模型置信度等的检索方式，可快速获取具有高置信度的仿真规范模板，提高了设计方案的可行性，最优设计方案的可复用率也得到提升。

4） 项目设计成本降低

通过Pyramid平台的实施，极大提升了仿真与验证任务的协同效率，并让数据查询与复用更便捷。避免了大量的人工消耗，项目整体设计成本也显著降低。

建设价值 

安怀信性能虚拟样机库——Pyramid可以将仿真和试验相互关联，构建了仿真指导试验和试验验证仿真完整的闭环。企业可通过Pyramid建立产品性能仿真大数据。首先对仿真性能模型按照层级、建模工具进行全面管理，这是企业创新的基础。其次通过与V&V验模工具集成，提高仿真置信度，并将所有的信息形成标准的、高置信度的仿真规范模板，最终实现高精度的、快速的仿真驱动设计。

Pyramid如何助力企业实现快速设计仿真，下期中将结合该研究所的实际实施进展进行详细介绍。

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