Возможно, вы слышали о беспилотных летательных аппаратах с батарейным питанием для доставки посылок, или о воздушных такси для оживленных городов, или об электрических самолетах, используемых в рейсах для ближних и средних расстояний. Так, например, инженеры Zunum Aero и magniX применяют программное обеспечение Ansys для моделирования полета. В связи с проблемами, присущими новым концепциям электрической воздушной мобильности, инженерные инструменты имеют решающее значение для эффективного проектирования и моделирования сложных систем.
Программное обеспечение является существенным элементом любого нового транспортного средства. Такие сложные системы, как электрические самолеты, требуют целостного подхода к моделированию системного уровня со встроенным программным обеспечением в контуре.
Системное моделирование является ключевым на ранних этапах проектирования, особенно для анализа и прогнозирования поведения электромеханической системы. Это мощное средство для дальнейшего внедрения новых технологий с точки зрения производительности и безопасности. Оно может использоваться при разработке систем управления полетом и торможением, управления двигателем и аккумулятором, а также встроенных человеко-машинных интерфейсов (HMI).
Ansys SCADE и Ansys Twin Builder с программным обеспечением управления и HMI, выполняемым в реальном времени в замкнутом контуре в модели транспортного средства
Моделирование с обратной связью (сlosed-loop simulation) является более точным, чем программное обеспечение в контуре (software in the loop –SiL). При таком подходе встроенное программное обеспечение «реального времени», опирающееся на строгую и безопасную реализацию законов управления, может быть добавлено в среду моделирования, включая динамику самолета, которая моделируется как высоконадежные мультифизические модели.
Сеанс моделирования в Ansys Twin Builder с приложениями Ansys SCADE, выполняемый с помощью FMU-блока.
Моделирование и программное обеспечение в контуре
Взаимодействие между инструментами Ansys для встроенного программного обеспечения и системного моделирования обеспечивается с помощью Ansys SCADE и Ansys Twin Builder через Functional Mock-Up Interface (FMI), представляющий собой стандартный интерфейс для обмена данными и моделями между ПО для системного/имитационного моделирования. FMU-блоки могут применяться для управления программным обеспечением через HMI.
Интегрированная среда проектирования Ansys SCADE Display для человеко-машинного интерфейса (HMI) и автоматической генерации кода
Кроме того, программное обеспечение в контуре полезно для проектирования архитектуры системы. Оно также подходит для уточнения требований к ПО и безопасности при рассмотрении различных режимов работы транспортного средства (например, номинального или режима ограниченной функциональности) или при рассмотрении нескольких сценариев траектории полета с различными условиями отказа. Для каждого сценария отказа инженеры могут проанализировать реакцию контроллера и устойчивость самолета, а затем настроить параметры системы.
Среда проектирования Ansys Twin Builder для мультифизического моделирования летательного аппарата с использованием блоков библиотеки
Быстрое прототипирование возможно с помощью SCADE с использованием FMU-блоков для предоставления входных данных сценария для моделирования, либо вручную через графический интерфейс (GUI) с предварительно настроенными виджетами, а также путем отправки данных о траектории полета непосредственно из модели Twin Builder.
Среда Ansys SCADE Rapid Prototyper, позволяющая разрабатывать интерактивную панель для визуализации данных и передачи входного сигнала в Ansys Digital Twin
С помощью SCADE и Twin Builder системные инженеры получают эффективную среду для взаимодействия с инженерами по программному обеспечению и управлению, когда они анализируют поведение системы с учетом скорости, высоты и направления движения самолета.
Моделирование внешней аэродинамики самолета и определение нагрузок, действующих на элементы конструкции летательного аппарата, также можно осуществлять с помощью расчетных модулей Ansys. Например, для расчета аэродинамических характеристик или оценки теплового состояния системы можно использовать пакет Ansys Fluent или Ansys CFX; для импорта или построения CAD-модели – пакет SpaceClaim, а для создания расчетной сетки – сеточные препроцессоры Ansys Meshing и Fluent Meshing. При этом платформа Ansys Workbench предоставляет широкие возможности для параметризации и оценки отклика выходных параметров при изменении входных данных.
Ansys Twin Builder строит графики полетных данных, показывая результат итерационного моделирования
У вас есть задачи, связанные с моделированием систем авиации? Напишите нам через форму обратной связи (https://elearning.cadfem-cis.ru/contact-us/), и наши специалисты обязательно помогут вам в их решении!
Оригинал статьи: https://www.ansys.com/blog/simulate-flight-control-systems