数字孪生和综合虚拟验证

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数字孪生和综合虚拟验证

解决方案综述

  对于复杂的装备及系统,在多源异构模型集成的基础上,需要可视化系统总体/部件/子部件的实时运行状况。GCAir可构建数字孪生体,高精度复现复杂任务环境,GCAir采用三维(3D)视景技术动态实时显示系统运行。并通过多种故障注入方式来仿真现实中各种突发状况及运行结果,可使用户预判可能出现的运行异常及系统损坏。从而完成综合虚拟验证和多方案评估。GCAir提供完整的三维视景系统和多个领域的三维模型及模型库。用户可通过快速配置参数,完成数字孪生体的构建。



方案应用-飞发一体化综合仿真

  本案例构建飞发一体化综合仿真系统,建立了全包线,用于评估发动机性能、噪音、排放和安全性,并利用三维视景技术动态显示飞机的飞行场景,最终实现了飞发一体化综合仿真系统的数字孪生和综合虚拟验证。本案例包括三大的部分,如表中所述:


 

 

飞发一体化综合仿真
系统/子系统模型 故障注入 系统测试
飞行任务模型 发动机安装系统脱落 航线性能验证
环境模型 发动机进气道/尾喷管脱落 窄体机/宽体机航线性能测试
飞机模型 单发部分/完全丧失推力 高海拔飞行性能测试
飞控系统模型 双发不能提供安全起飞/复飞的最小推力 极端天气/高海拔起飞着陆性能测试
气动特性模型 单发不可控的高推力 降落性能测试
6自由度飞行动力学模型 发动机推力控制故障 喷流地区航线性能测试
动力装置模型 单发不能提供电源和液压源驱动力 飞机空中停车启动测试
动力装置故障模型 单发意外超转保护导致单发停车  
三维动态视景模型 单发不能按指令进行风车起动  
发动机噪声 单发非指令性开启防冰  
排放模型 双发非指令性开启防冰  


 

方案应用-数字卫星仿真平台和伴飞系统

  数字卫星仿真平台和伴飞系统实现了定制开发数字卫星模板库,内嵌了数字航天器建模标准;在轨航天器故障推演和故障仿真;空间态势信息与空间任务三维视景展示;自动化虚拟测试与评估。在实现过程中,完成了控制系统的开发与测试、虚拟训练设备的开发与应用和半实物仿真系统的开发与应用。




 

方案应用-数字孪生飞机起落架虚实融合平台

  本案例虚实融合平台由GCAir和相关参试设备组成,参试设备包括起落架、控制单元、模拟器等,其中模拟器用于人机交互。基于GCAir仿真测试验证一体化平台完成了系统构建、模型管理、参数配置、总数和端口定义、FMU执行顺序分组及调度。同时通过GCAir实现了飞机起落架的3D动态视景展示、通过人机交互设备模拟器的输入控制、实现驾驶员在环仿真。本案例完成了系统总体综合虚拟验证、虚实融合、数字孪生等功能。


 

起落架仿真系统模型库
模型名称 输入信息 输出信息 备注
操纵指令 - 采集信号 模型/实物
控制单元 动作指令 转弯信号 模型/实物
作动机构 转弯信号 作动机构信息 模型/实物
接口 接口输入信息 接口输出信息 模型/实物
反馈模块 起落架数据 起落架数据 模型/实物
可视化模块 起落架数据 起落架运动状态 数学模型


 

方案应用-无人机飞行控制与管理系统适航性测试验证

  采用GCKontrol+GCAir+TestManager全面工具链,完成了无人机试验综合管理系统,该系统硬件参测设备包括六部分:加速度转台、大气模拟器、角速度转台、卫星导航模拟器、地面站、飞控制计算机。本案例完成了总体系统设计、多源异构系统集成,参测设备、激励设备硬件集成,完成了系统总体的半实物仿真、实时仿真,三维视景和数字孪生。并完成了自动化批量测试,自动化测试报告生成。实现了全面工具链对复杂装备系统设计研发过程的全生命周期覆盖。

 

全面工具链实现:无人机飞行控制与管理系统适航性测试验证
GCAir系统 GCAir功能实现   实物设备 GCAir功能实现
系统配电管理 单个设备上、下电 加速度转台 远程上下电
  所有设备同时上、下电 参数设置及设备运行
试验配置管理 试验配置管理-虚实切换 返回数据解析
系统状态设置 模型初始化 远程停止
视景系统初始化 大气模拟器 设备初始化
参试设备初始化 模拟参数实时设定
故障注入 返回数据解析
系统状态监控 飞机模型参数监控 设备复位
电子围栏飞行轨迹显示 角速度转台 远程上下电、初始化
参试设备数据监控 角速率仿真
故障信息提示及记录 返回数据解析
试验自动化测试
-基于TestManager
创建工程并编辑脚本 远程停止
选择测试用例 卫星导航模拟器 初始化设置
自动测试 连续轨迹发送
生成报告与数据导出 返回数据解析
视景系统 地景切换 远程停止
机型切换 地面站 发送数据给地面站
开启切换 地面站数据接收并解析
机头摄象机视角单独控制 HUD面板视景叠加
    手柄控制信号接收



 

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