基于MBSE的民机起落架系统建模与仿真分析

发布时间：2020-06-28 13:59

【摘要】：随着民用飞机系统复杂性的提升,以及对其安全性、可靠性的要求愈发严格,业界在寻找新的系统工程方法对系统设计过程进行管理。目前,现代系统工程正逐渐向基于模型的系统工程(Model Based Systems Engineering,MBSE)转变,建立符合逼真度要求的数字模型可以有效的推动MBSE在民用飞机研制中的应用,解决传统研制方法存在的质量低、周期长和花费大等问题。起落架系统是民用飞机的关键系统之一,本文对此开展了深入的研究。本文依照MBSE方法梳理民机起落架系统开发的仿真模型需求,依据需求确立民机起落架系统仿真模型建模方案,形成模型总体设计功能架构并制定仿真模型建模规范。依据方案及建模规范开发民机起落架系统仿真模型,并进行民机起落架系统仿真模型测试与验证技术研究。首先,结合民机起落架系统物理结构和MBSE方法特点,制定民机起落架系统建模及仿真分析整体技术方案,方案将建模流程分为需求分析、顶层元素建模、组件元素建模三个阶段,并规定了仿真验证的方式。第二,详细研究了民机起落架系统建模及仿真过程中涉及的基本理论、需求管理机制、建模仿真语言、建模仿真环境,并研究了系统静态结构模型和动态行为模型各自的架构和特点。第三,对民机起落架系统关键子系统/部件建模的三个阶段(需求分析、顶层元素建模、组件元素建模)进行了实践。得到基于DOORS/Rhapsody的需求模型、满足系统功能需求的基于SysML/Simulink的民机起落架系统模型及模型软件代码。第四,设计Simulink和Rhapsody联合仿真机制以支持基于SysML/Simulink的民机起落架系统模型内部数据交互和动态运行。以Rhapsody面板图作为人机交互界面设计环境,并以人机交互界面结合状态图动画运行的方式对所建立的民机起落架系统模型的正确性和有效性进行仿真和验证。最后,对本文所做的工作进行了总结,并对课题后续研究方向作出展望。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V226
【图文】：

系统工程,传统系统,工程

1.2 研究现状系统工程是在系统设计过程中寻求最优的组织结构、管理模式、技术，促进系统设计高效进行的科学方法，诞生于第二次世界大战期间，上世纪 50 年代以后开始迅速发展。上世纪 60年代以来，系统工程在国内外航空航天和国防领域被广泛应用，是上述领域进行设计、研究、管理的首选方案，保障了自美国“阿波罗计划”以来国内外众多项目的成功。1969 年，美国主导形成了军用级别标准《系统工程管理》[5-7]，从此以后，系统工程领域的方法论变化微小，我们可以将基于模型的系统工程出现之前采用的系统工程方法称为传统的系统工程。传统的系统工程的发展历程分为基于纸质文档和自然语言的系统工程以及基于电子化、网络化文档的系统工程两个阶段。以上两个阶段对系统工程的改进之处只是将纯纸质和自然语言形式的系统设计文档转换为电子文档的形式，但这种转变只是有助于系统设计过程中的复制、存储、修改，从实质上并没有改变设计各阶段工作人员对文档内容易理解出现二义性的问题[8-12]。所以，不管是基于纸质文档和自然语言的系统工程还是将文档电子化、网络化都没有促使系统工程这门学科发生实质性的突破。在此背景下，基于模型的系统工程应运而生，传统系统工程到基于模型的系统工程的转变如图 1.1 所示。

发展路线

图 1.2 MBSE 发展路线图国外已经于国防、航空航天等多个复杂系统设计领域进行了探索和梳理，给出较有代表性的案例如下：盟开展了科研机构、企业、高校协同参与的 EUROSYSLIB 计划共享的系统工程模型库。截止 2010 年项目结束期间，来自 5 个国开源模型库和 18 个商业模型库，覆盖机械、电子、控制等众多福尼亚州 PARC 研究中心承担的 DARPA 自适应运载器制造计TA 项目开发了一套适用于 MBSE 不同阶段的语言和工具，用估标准，以及基于 MBSE 方法的系统设计的流程与平台工具[26]天中心在用于执行实验任务的国际空间站外部装置 MISSE-X 的 MBSE 方法，期间采用 No Magic 公司的 MagicDraw 平台建立系统数字模型，并以 Vitech 公司开发的 CORE 平台进行模型内国内的研究还处于起步阶段，中航工业于 2014 年率先启动了 ME 的需求分析、管理方面，中航工业采用 IBM DOORS 需求管

【参考文献】