對于飛機系統認證,需要進行嚴格的測試,以確保在所有操作和環境條件下的性能符合設計要求。傳統上,這些測試是在物理測試平臺上進行的,而系統復雜性的提高和開發周期的縮短需要創新的測試方法。基于物理的仿真虛擬測試是一種飛機高升力系統驗證和認證過程的改進方法(圖 1)。

圖1:高升力測試系統裝置
空客高升力測試部門不僅建立的物理測試方法(例如試驗臺 TR),而且還投資開發了虛擬測試方法。與其他方法相比,虛擬測試可在產品和操作條件表示之間實現理想的折衷 (圖2)。

對于空客公司的高升力設備而言,使用MSC Adams進行多體仿真是進行虛擬測試的首選方法。除了需要高度代表性的、可靠的和高效的計算機模型外,還需要相應的仿真數據和過程管理系統(SPDM),能夠隨著飛機的開發,建立可追溯的仿真生命周期管理。
空客公司的高升力測試部門基于MSC的SPDM解決方案—SimManager,開發了高升力系統測試平臺(HLSVT平臺),使生成的仿真數據與用于創建仿真數據的模型之間具有關聯關系,并追蹤仿真模型的創建,協調整個仿真工作流程。
通過SimManager與測試管理系統的集成,可以在系統需求、用于評估的數據以及用于生成此數據的模型/過程之間建立完整的追溯關系。
空客公司的虛擬測試
2002年以來,空客公司的高升力測試部門通過合作研究項目在虛擬測試領域進行了投資。虛擬測試從那時開始一直在不斷發展,并且在降低風險和系統認證等的方面已經越來越成熟。這些是基于物理測試與虛擬測試/仿真之間的強耦合。物理測試與仿真相結合,可以更深入地了解被測系統及其行為,從而減少在設計周期后期進行高成本設計變更的可能性。
試驗臺模型,包括實際物理測試所要設置的詳細信息,首先要經過驗證(圖3),然后才能擴展應用到接近于實際飛機的變量。

使用集成方法的好處,如圖4所示,包括縮短時間和減少成本,以及更好的結果質量。

適航認證管理局的規章還要求一個
定義明確和健全的過程,來追蹤認證過程中涉及的完整數據鏈。當前,飛機系統的開發是基于需求工程(RBE)的。反過來說,這個過程推動了測試部門內部去開發基于需求的測試(RBT)流程。系統要求的所有功能和屬性(例如性能和安全性)均以結構化方式,并由基于Doors(Telelogic)的數據庫進行管理。
測試管理系統(TMS)將每個需求的形式化驗證分配給一個或多個已有的測試工具。每個測試工具都有一個本地流程和數據管理系統。進行測試后,TMS會匯總來自本地平臺的所有測試數據,并且自動生成測試報告和最終的認證文檔(覆蓋報告)。圖5顯示了全局測試過程的示意圖。為了在現有測試過程中成功進行虛擬測試,基于SimManager開發了一個解決方案(圖6)。SimManager環境連接到測試管理系統,實現物理測試與虛擬測試間的數據流。


后處理定義表用于定義原始仿真結果的處理方式。這包括相關參數的逐塊定義,及其條件(例如,偏移量或縮放因子的應用)和關鍵結果提取的定義。
定義表在MS Excel中實現,還包含關鍵結果值輸出表的模板和用于優化展示的格式宏。從給定的仿真結果開始,高升力系統虛擬測試平臺把仿真結果和后處理定義表提供給Matlab函數,來讀取數據和定義并執行請求的操作。
SPDM系統可對仿真前處理、仿真求解和仿真后處理進行統一管理。SimManager環境還鏈接到HPC Linux環境,進行批處理和計算求解。除此之外,還可以使用用于連接Windows系統的相同流程。
通過執行腳本(例如,FEA模板)和由虛擬平臺觸發的交互式前處理來管理仿真過程。除了將仿真結果與特定版本模型相關聯的配置外,平臺還采集了用于生成模型版本的輸入數據和過程。
雖然多體仿真模型的執行通常會產生大量的數據,但是對于評估系統要求,即得出通過/失敗的結論,通常只需要幾個關鍵值。因此,必須要有一個高效的后處理過程,從而能夠從仿真的原始結果中穩健和方便地提取關鍵結果值。這個方法還涵蓋了全局虛擬測試需求的可追溯性以及數據的可復現性。圖7是該過程的概述。

該過程涉及仿真結果的提取和相應圖的創建。除基本值外,輸出表還包含指向創建圖的超鏈接。執行后處理后,HLSVT平臺收集生成的輸出結果(圖8),并準備上傳到測試管理系統,在該系統中進行系統需求評估。

相同的Matlab函數還能夠通過將仿真結果與相應的參考數據(例如物理測試數據或另一個仿真方法和工具的結果,如FEM分析結果)進行比較來驗證模型。在這種情況下,輸入定義中提供了附加信息,用于指定參考數據的處理和定義要執行的比較。
物理和虛擬測試的結合幫助空客戰勝了系統復雜性增加和開發時間減少間相互矛盾的挑戰。MSC的軟件工具對于高升力系統的虛擬驗證和認證過程至關重要。基于SimManager的工作流程可確保以自動化和可擴展的方式在飛機開發周期內完全地追溯仿真生命周期內的數據和流程。
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