民机环控系统建模与仿真技术研究
发布时间：2022-01-03 16:07
本文的研究工作依托于“民用飞机系统综合集成设计及适航验证技术”项目,以民机安全关键系统之一的环控系统为研究对象,运用面向虚拟样机的数字化设计方法设计环控系统。通过研究环控系统数字化设计方法,解决传统设计方法存在的不足,提高环控系统设计效率和质量,缩减研制周期和成本。本文的研究工作包括以下内容:首先,简要介绍了课题的研究背景和意义,以及环控系统数字化设计的相关技术和国内外研究现状。第二,研究了环控系统数字化设计的方案。研究系统功能需求、组成和工作原理等环控系统特性;结合数字化设计概念,在传统设计方法的基础上结合环控系统的特性给出ECS数字化设计思路,弥补了传统设计方法的缺陷;接着研究了ECS数字化设计建模语言,数字化设计平台搭建以及数字化设计工作流。第三,环控系统虚拟样机模型设计。详细研究了核心建模语言SysML的规范和图符;在ECS数字化设计平台的Rhapsody软件模块上建立ECS数字化模型,包括需求分析、功能分析和设计综合三个阶段。通过模型描述ECS的功能、行为、架构以及数据交联关系,并进行模型阶段性检测,在系统工程层次上消除逻辑设计错误。第四,环控系统Simulink模型集成。在...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ECS组成
图 2.2 ECS 设计流程对比2.3.2 ECS 数字化设计思路针对座舱环控系统当前设计方法存在的缺陷，本文应用数字化设计方法设计 ECS 虚拟样机。设计人员首先基于涉众需求对 ECS 进行系统需求分析，并在需求分析的基础上对 ECS 进行功能分析与系统综合设计，得到包括 ECS 功能操作、状态行为、交互事件、系统架构以及冗余度等特性的设计综合方案，其典型特征为面向需求进行设计。ECS 数字化设计综合采用 MBSE、MDD 和 VP 技术，基于模型对 ECS 进行设计，从功能行为和结构三方面进行描述，最终得到以数字化模型表达的 ECS 虚拟样机。静态结构建模将ECS 按照功能进行分解，得到系统组成模块以及模块间的交联关系等；动态行为建模则是建立模型对 ECS 离散状态行为和连续动态行为进行描述；设计过程中能够基于模型对系统总体设计方案进行仿真验证，尽可能地在系统方案设计阶段消除逻辑错误，避免后期的循环更改。采用数字化设计技术后，ECS 设计由传统的基于文档的设计模式转变为基于模型的系统工程设计模式，各类需求规范，设计方案以及设计成果都以模型作为载体，同时设计过程中充分利用计算机优势进行辅助设计，具有以下优点：
图 2.3 ECS 数字化设计平台结构2.4.3 ECS 设计建模流程在 ECS 数字化设计的过程中，工程研制人员从分析涉众需求得到系统需求，并进行 ECS工程的研制直到满足相关涉众需求，其中会经历多次的迭代循环。如果工程研制人员有一套细致的、按部就班的流程指南，按照流程逐步开展设计工作，就能高效率、规范化地设计出想要的系统，由此可见设计工作流的重要性。在 ECS 数字化设计过程中，工程人员以用户需求为基础，基于 SysML/Simulink 语言进行ECS 需求分析、功能行为分析、系统架构设计、部件接口和端口定义、控制律设计等工作，最终得到所需的 ECS 虚拟样机。由于 SysML 语言提供丰富的图符用于建模，一方面工程人员可以用这些图符充分地对系统进行描述，满足 ECS 数字化设计的不同任务要求；另一方面有的地方需要多种图符进行设计，造成同一图符在不同地方使用，导致工程人员在设计时失去条理性，不能充分发挥 SysML 的特点来完成系统设计。基于以上分析，针对 SysML 的设计特点并结合 ECS 传统设计流程的基础，本文采用基于模型系统工程的方法来规范 ECS 数字化设计，并研究了基于 SysML 的 ECS 数字化设计建模流[47]。图 2.4 给出了 ECS 数字化设计建模流程总体示意图。
本文编号：3566570
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ECS组成
图 2.2 ECS 设计流程对比2.3.2 ECS 数字化设计思路针对座舱环控系统当前设计方法存在的缺陷，本文应用数字化设计方法设计 ECS 虚拟样机。设计人员首先基于涉众需求对 ECS 进行系统需求分析，并在需求分析的基础上对 ECS 进行功能分析与系统综合设计，得到包括 ECS 功能操作、状态行为、交互事件、系统架构以及冗余度等特性的设计综合方案，其典型特征为面向需求进行设计。ECS 数字化设计综合采用 MBSE、MDD 和 VP 技术，基于模型对 ECS 进行设计，从功能行为和结构三方面进行描述，最终得到以数字化模型表达的 ECS 虚拟样机。静态结构建模将ECS 按照功能进行分解，得到系统组成模块以及模块间的交联关系等；动态行为建模则是建立模型对 ECS 离散状态行为和连续动态行为进行描述；设计过程中能够基于模型对系统总体设计方案进行仿真验证，尽可能地在系统方案设计阶段消除逻辑错误，避免后期的循环更改。采用数字化设计技术后，ECS 设计由传统的基于文档的设计模式转变为基于模型的系统工程设计模式，各类需求规范，设计方案以及设计成果都以模型作为载体，同时设计过程中充分利用计算机优势进行辅助设计，具有以下优点：
图 2.3 ECS 数字化设计平台结构2.4.3 ECS 设计建模流程在 ECS 数字化设计的过程中，工程研制人员从分析涉众需求得到系统需求，并进行 ECS工程的研制直到满足相关涉众需求，其中会经历多次的迭代循环。如果工程研制人员有一套细致的、按部就班的流程指南，按照流程逐步开展设计工作，就能高效率、规范化地设计出想要的系统，由此可见设计工作流的重要性。在 ECS 数字化设计过程中，工程人员以用户需求为基础，基于 SysML/Simulink 语言进行ECS 需求分析、功能行为分析、系统架构设计、部件接口和端口定义、控制律设计等工作，最终得到所需的 ECS 虚拟样机。由于 SysML 语言提供丰富的图符用于建模，一方面工程人员可以用这些图符充分地对系统进行描述，满足 ECS 数字化设计的不同任务要求；另一方面有的地方需要多种图符进行设计，造成同一图符在不同地方使用，导致工程人员在设计时失去条理性，不能充分发挥 SysML 的特点来完成系统设计。基于以上分析，针对 SysML 的设计特点并结合 ECS 传统设计流程的基础，本文采用基于模型系统工程的方法来规范 ECS 数字化设计，并研究了基于 SysML 的 ECS 数字化设计建模流[47]。图 2.4 给出了 ECS 数字化设计建模流程总体示意图。
本文编号：3566570
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