飞机综合设计和飞行测试软件(J2 Universal Toolki

 

 

    飞机综合设计和飞行测试软件可以应用于从飞机设计建模到飞行测试数据处理所有环节。对飞行测试数据的前期处理,包括前期数据校准、修正,到模型设计、修改、验证,以及气动参数识别和校准。软件同时具有很强的管理分级制,网络共享合作模式,可扩充性和自适应性。内嵌函数可以自动计算模型以及参数,并加以验证,同时可以生成曲线图或者视景3D模型来直观演示飞机特性。

 

    软件用的是回归分析为主,Linear、SVD、MRQ、最大似然法, , 等算法为辅的模型建立,校准,以及参数识别的方式。从获取的飞行数据开始,此软件可以先做重建,对飞行数据进行计算和验证,检验是否有获取的测试数据存在错误或过大误差,当验证完成后,此软件可以进行重新预测和回归两种方式的校准模型,优化,和修正气动参数来达到完善模型的目的。

 

    软件在做完模型和参数修正以后,可以立即运行QTG(Qualification Test Guide),来验证建立的模型是否和真机模型匹配。从生成的参数曲线和测试获取的曲线相对比,验证模型和各参数是否还需要调整。 针对模拟器制造,此软件能够起到一个虚拟实验室的作用,一旦拿到试飞数据,从数据处理,到模型建立,验证和校准修正,再到规范测试标准(生成QTG),和最终模拟器成型并认证。

 

    如果需要,这个软件还可以直接用到模拟器上,作为气动模型使用 (含义是此软件可以直接作为模拟器的运行平台,而不需要在单独开发别的软件),而且此软件还支持用户自定义模型输入(可以把用户自己的模型直接整合到软件中),还支持功能扩充,如果用户有自己其他的分析工具,也可以和此软件直接对接。

 

    该软件还具有视景生成功能,用此功能可以将飞行测试动作生动可视的还原出来。在新的飞行测试前期,还可以用来模拟飞行动作并和实测效果对比。如过模拟动作和实际试飞动作存在偏差,可以通过软件的帮助查找原因。

 

软件框架的主要特点:

Ø  以数据为中心的架构

能够确保所有用户都在同一数据集工作

使数据模型与分析能够在整个公司内共享

消除通信错误,缩短学习过程

改善运行过程,减少运行时间

Ø  配置管理

提供所有设计变更的可追溯性

确保最新的设计已经过评估

Ø  集成式构架

为飞机的生命周期提供统一的环境

Ø  插件程序管理

提供“混合匹配”功能以适应团队的规模及需求    

能够创建用户自定义的插件程序进行深入分析。 

 

 

软件各个模块介绍:

 

建模模块

    建模模块能够使公差和很多其他的变量能在同一数据模型中得到应用并进行深入分析。

    这种独特且便于使用的界面能够让用户快速高效的建立从简单到高度复杂的各种飞机数据模型。

 

 

主要特征及优势:

 

Ø  友好数据录入和存储结构

能够使用户以最快速度建立简单或复杂的模型

Ø  集成已有的工具

本模块拥有高级的导入/导出功能

支持将现有的模型集成到本模块进行深入分析,

如根据模型参数进行预测与回归统计

Ø  用户自定义结构

能够根据用户的设计和数据生成飞机模型

Ø  利用多种数据进行建模

用户可以尽早开展设计工作

Ø  基于各个零部件建立模型

用户能够通过修改某个零件来更新整体结构

Ø  通用参数定义方式

使用参数查找表或简单输入算式即能定义参数

 

 

动力学评估模块

    评估模块能够使用户创建修正和响应等模型分析,并将这些模型与事先建立好的飞机模型结合起来进行静态和动态分析。

    在整个研发周期的早期开展静态和动态分析,能够快速发掘潜在问题,谨防由于低效和错误的设计理念而造成大量宝贵时间和金钱的浪费。

    通用的飞行动力学建模能力是设计者使用评估模块的准则。海量的飞行和机动从而能够进行预测和评估。

 

 

主要特征与优势

 

Ø  通用的飞行动力学建模能力

评估完整的飞行包线与更大范围

对通常只能在飞行测试中进行分析的区域展开研究

(如升力/阻力曲线)。

Ø  该系统的使用贯穿整个设计过程

当飞机模型被更新时,可重新计算现有的配平和响应

Ø  分析发生任何问题的领域   

能够在任何阶段对设计进行分析评估,尽早发现问题

 

 

经典气动分析模块

    在对一个完整模型进行线性化时,通常都从一个初始条件开始,对该初始点进行线性化。既然已经获得了从一系列不同飞机结构和飞行条件下得到的计算结果,我们可以从此展开分析。

    经典气动分析模块会采用上一个稳定状态的分析结果,并从这一状态开始线性化。与此同时,它将计算这一起始点的状态空间矩阵组及其各阶导数。从该状态空间中可以建立特征值和特征向量,以及其相关的运动方程。

    所有工作都能够通过一组完整的修正结果在几分钟内完成。利用这些结果,我们可以进一步对稳定性进行分析。

 

 

性能分析模块

    性能分析插件程序使用已有的飞机模型数据,采用搜索的方式寻找最大/最小值,并且通过新的修正法则来实现相同功能。

用户能够进行以下性能分析

Ø  最大的升力/失速计算

Ø  转弯和机动飞行(负载因子)

Ø  地面飞行速度

Ø  最大爬升和升限率

该参数作为根据特定感兴趣区域计算得到的修正值或瞬间值。这一非常有价值的搜索规则特征能够让用户不必进行性能计算就将其他因子和参数最大化/最小化。

 

 

可视化模块

    该系统能够让用户利用评估数据绘制图形并查看和监控各模块的分析,从而快速地生成最优的飞机结构。所有图形和数据可以方便的传输至其他应用程序以生成报告。

 

 

 

主要特征与优势

 

Ø  完整的数据处理能力

无需购买额外的图形工具

Ø  用户定义的数据监控和图释

能够快速查看和评估飞机的行为

Ø  从多数据集获取交叉绘图结果

创建完整的飞行包线图

Ø  覆盖以前执行的结果

比对设计更改对先前模型的影响

比较预测数据与实际飞行数据的差异

Ø  注释图

突显感兴趣的领域

将结果存入到报告文件中

 

 

Virtual 虚拟机模块

    用虚拟机来掌握飞机在飞行中的状况。该插件程序提供了独特的3D可视功能,能够在任何动作中展示飞机及飞行特点。

    虚拟机不仅让用户清晰了解到飞机如何对每次扰动进行响应,而且可以展示飞行测试数据,以清楚的展示飞机在完成某一难以描述的复杂飞行动作时的真实状态。

 

主要特征与优势

Ø  能够实时直观的观测到飞机飞行的状态和过程

360°全景观察

理解试飞员在试飞中谈及的飞行问题

支持用户定义的3D飞机模型和飞行场景

显示多个飞行状态和飞行路径

Ø  综合能力

无需购买额外的可视化工具

 

 

Developer 开发模块

    开发模块能够发挥已有数据的最大价值

    有了本软件,用户不必再丢弃已经使用过的用来计算气动性能、质量、惯量和推力特性的数据模型。开发模块和软件开发工具包(SDK) 使用户能够集成以往和现在的数据来找到最优的解决方案并获得最大的投资回报。

    除此之外,用户还将获得所有配置、版本控制、数据管理能力、集成化可视能力,以及现有数据模型通用工具包的全面分析功能。

 

主要特性与优势:

 

Ø  重用已有解决方案

无需从工作中的解决方案里提取数据。只要将其插入

至通用工具包即可。

使用现有的预编译解决方案作为基线进行敏感性研究;

在上方叠加变量

Ø  开放接口

任何语言编写的模型都可以使用软件开发工具包(SDK)进行打包

进行打包提供的模板适用于大多数编程语言

Ø  用户至上的服务

无需计算导数来查明动力效果。

自动计算本地迎角,根据平台、二面角和扭矩计算升力分布

在每个气动条上展示速率变化,显示横滚、偏航和俯仰的变化

 

 

飞行员操控模块(Pilot SDK

    放飞你的设计

 

 

    你曾想过在设计阶段就看到飞机实时飞行吗?利用飞行员插件程序自动接口/模型,你能够在设计的任何阶段于一个简单的仿真平台上,使用通用数据库进行人工飞行。通过比较不同的设计方案得到的对飞行性能的完整理解。你也可以使用飞行员接口将完成的设计方案合并到完整任务模拟器,并将该模型集成到飞行员训练模拟器。

 

 

主要特性与优势 

Ø  含人回路分析

使用实时含飞行员回路反馈的概念设计。使用含设计师回路

反馈的模拟飞行来进行评估和改进设计

Ø  接口简单

插件程序式USB控制,可在即时桌面模拟器进行飞机操纵

标准的图形界面符合行业标准的视觉系统要求。无需额外

工作来获取'窗口外'的视觉效果

Ø  直接链接到数据库

可直接从数据库中选择和飞行任何飞机

可通过鼠标单击来查看燃料/存储的配置和飞机的变化,或另一架飞机。

修改设计方案后可立即测试飞行结果,以获得即时的反应和对照。

无需重新编写或重新编译代码

Ø   协作能力

能够通过互联网打开飞机模型——设计和工程模块可以创建数据模型,飞行模拟器能够对其进行飞行测试

能以单机飞行模式飞行,或以多机飞行模式中的一部分飞行

 

 

Active 主动式插件模块

集成化解决方案

    现有解决方案能够在一定程度上满足设计和工程的需求,它还能够充分利用通用工具包的独特设计能力,无需舍弃自身的仿真功能。这归功于主动式插件程序的强大功能。

    主动式插件能够将通用软件包的强大功能与用户当前的设计软件功能合二为一,提供一个高效接口与所有外部应用程序相连,从而分析通用模型。主动式插件模块中也包含与Matlab Simulink的接口,因此用户可以快速展开工作。

    本模块能够令用户将高度保真的飞机模型结构无损的连接到任何Simulink模型中,或高效的嵌入到任何软件包中。

 

主要特征与优势

Ø  集成已有的解决方案

无需重新编写现有的分析方法,可直接使用通用工具包来工作。
开放式接口,适用于接任何语言编写的分析工具,并允许外部工具直接访问模型和结果。

Ø  协同工作

能够将已有分析合并到统一的工作环境,在所有条件下保证数据一致性,提供一个中央设计环境。

Ø  提供Matlab / Simulink

Ø  内嵌式Simulink©模块能够直接投入已有或新建的系统设计,无需编写将数据存入数据库的代码。

 

 

气动条剖分模块

气动条剖分模块通过计算所有气动条的理论数据来自动得到总气动系数和导数。

这种先进的插件程序能够快速分析和研究不同飞机结构、机翼平面形状和翼型特点-----这些都不需要计算复杂的导数和系数。

 

主要的特征和优势 

Ø  能够将整个升力表面分解为单独的气动条

能够通过改变机翼表面的剖分个数来更精细的进行分析计算。

Ø  每个气动条具有自身尺寸

能够在任何机翼平面定义气动条,研究不同的形状区域的影响。

Ø  每个气动条具有独立的气动系数

只需定义翼型系数,其余计算由气动条剖分模块自动完成。

Ø  自动计算迎角

能够依据平台、二面角和扭矩计算升力分布

Ø  自动计算动力学特征

无需计算导数就能得到动力学效果

Ø  每个气动条的速率变化

展示横滚、偏航及俯仰的变化

 

软件流程图

 

飞行匹配过程

 

软件在模拟器上的应用 

 

软件的国际客户与合作伙伴分布

 

 

 

 

软件成功案例及用户评价

1.  该软件用于巴西航空工业公司飞机

巴西航空工业公司飞机近期采用该软件提高他们的概念/初步设计过程(CPD)。巴西航空工业公司有自己可信的航空建模环境,但一直在寻找如何采用新技术来提高内部设计能力。他们选择通用软件工具包,该软件能够融合他们基于FORTRAN运行的现有建模代码,把传统建模系统中有价值部分留存,这是一个至关重要的环节。

 

详细过程如下:

第一周  关于软件的培训和指导

第二周  整合现有的建模环境((传统的FORTRAN系统)

第三周  将现有的系统完整的迁移到全网络通用框架的设计和分析环境:

 

    Decio Pullin德西奥普林,巴西航空公司初步设计团队经理说:“当我们知道我们可以在通用工具套件的软件环境中用现有的建模代码,我们开始看到使用这个非常强大的分析和评估建模工具而产生的重大效益。我们最初的想法是只使用软件来进行整个飞行力学分析。后来我们也打算在工程模拟器安装此软件,作为该项目的主要仿真软件。

    在CPD(初步设计过程)阶段使用该软件,能够让设计团队评估出比常规使用传统工具多50%以上的设计方案。 

 

2. 该软件用于Cassidian公司

    Cassidian公司在2010年通过使用该软件极大的提高了工作效率。他们能够更快的提供详细的设计分析结果,并提升了整体设计过程的质量,包括欧洲战斗机“Typhoon”

 

    Cassidian公司的目标是在其传统建模系统中建立质量,惯性的模型和控制系统。该公司选择通用工具软件包是因为该软件能够无缝的集成基于FORTRAN运行下现存的气动建模代码。把传统建模系统有价值部分留存,这是一个至关重要的环节。附加的质量,惯性和控制系统就可以被叠加到气动模型,通过通用软件包,为客户提供完整的飞机系统解决方案。

 

    Stephan Hitzel 史蒂芬博士(Cassidian公司气动设计和计算方法的专家)说:“我们在对软件的评估中,发现该软件在概念和细节设计中,其性能和周期方面有很大的潜力。毫无疑问,我们现在已经采用该软件,其大大缩短设计和分析周期。同时,我们也得到了其他的收益,那就是在设计过程中探索飞机系统的多学科性。

 

3. 支持事故调查

 

Ø  支持和补充证据

该软件包还可被用于飞行事故调查,用于帮助事故调查局等等机构进行事故重现和分析原因。

该软件曾帮助英国事故调查局做过Piper Navajo, PA-31-325 C/R Navajo机型在外侧机翼被树撞击损坏后的飞行动态响应。

该软件包从模型构建开始,分析执行能够满足事故调查局提出的各项目标,并提供动态的视频场景画面。

随后在与事故调查局的研讨会中增加了附加信息,并使用该信息确定飞机在受到树的影响时,如何进行270度的旋转。这些结果和事故调查局的调查结果一致,包含首次受地面影响的位置。

 

 

    从项目立项到最后的研讨会,并确定模拟场景来匹配事故调查局的调查结果,整个过程只需要10天的时间。这表明该通用软件包不仅功能非常强大,而且能够调查空中事故,可以通过传统的方式,以最短的时间获得结果。

 

Ø  飞行员评估

在使用该软件包工作时,它还有进一步功能就是使用载人模拟器来飞行,该模拟器无需编写和开发任何代码。这就意味着当飞机模型正在被改进的同时,飞行员可以进行测试和评估。最后,当delta 模型被建立用来增加树的打击力以致于失去机翼,这些都可能在任何时间被自动添加到指挥/操作站,这意味着飞机在被树撞击后的可控性能够完全被预测。

由飞行员提供的配置模拟器,提供完整的集成系统,工程工作站直接集成到桌面或者高仿真模拟器。

 

 

4. 模拟器相关产品

该软件的仿真功能已经被成功运用到G座飞行员教练机,例如欧洲战斗机Typhoon, M35 Hawk and F35 lightning 2。6自由度飞行员模拟座椅,其结合该软件提供的最新动态飞机建模技术,已经成为一个真正独一无二的产品提案