航空航天
M-Design用于航空发动机系统设计建模
针对当前航空发动机开发流程中研制周期长、重设计轻需求、专业协调差、综合集成度低等问题,以发动机设计的总体需求为导向,应用基于模型的系统工程MBSE方法,对现有航空发动机的设计流程与数据流进行整合和重构,形成需求驱动的正向设计流程。

项目背景

 

针对当前航空发动机开发流程中研制周期长、重设计轻需求、专业协调差、综合集成度低等问题,以发动机设计的总体需求为导向,应用基于模型的系统工程MBSE方法,对现有航空发动机的设计流程与数据流进行整合和重构,形成需求驱动的正向设计流程通过对航空发动机研制过程中的需求分析、功能分析、系统设计、关键指标等进行梳理,并开展仿真验证,确定基于正向设计的全流程设计的指标分解与验证机制,开发各环节所需的模型表达方式,实现兼顾设计规范性和自主性的航空发动机研发的数字化过程。

 

解决方案

基于系统设计建模软件工具M-Design及MBSE的RFLP过程框架,结合航空发动机领域的知识,建立以需求分析驱动的航空发动机正向设计系统模型。构建航空发动机系统设计的方案模型,打通方案模型与多学科联合仿真验证之间的数据链路,实现数据的双通道与双向传递,完成设计方案与仿真验证方案的实时验证。

 

◆ 需求分析

从利益相关方的需要(任务要求)中提取系统期望,从而精化利益相关方的需求。由于不同的系统需求在后续开发过程中将采用不同的处理方式,根据系统特点对利益相关方的需求进行多种分类(接口要求、功能要求、性能要求)。

 

需求分析流程图

 

◆ 功能分析

根据特定发动机的工作原理将用例进行展开并转换获得顶层功能。使用Pin和Parameter Node元素将原始功能(用例)进行转换,还原发动机原理所描述的条目(事件、物质、数据) 。在此情况下获得的顶层功能并不一定能准确还原用户所期望的、逻辑最佳的功能流程,因而需要进一步细化顶层功能,对其逐一分解以得到一系列的子功能。

 

功能分析流程图

 

◆ 架构设计

定义在规定的性能约束范围内,能够执行所需功能的逻辑架构(即一组产品、系统和/或软件元素),设计集成遵循自顶向下的方法。以功能架构为输入,进行功能分类、架构识别、架构分析。在功能模型的基础上,根据产品的特殊性和不同的业务划分,对系统的功能架构进行设计并衍生出多种方案。

架构设计图 

 

◆ 仿真验证

在架构设计的基础上,给系统及其子系统输入具体的零件物料及关键参数,经验证后的方案可生成规格概要说明,引导下游的详细设计。

 

仿真验证流程图一

 

仿真验证流程图二  

 

仿真验证流程图三

案例成效

基于MBSE的自主开发的建模软件工具M-Design可快速搭建航空涡轮发动机系统的设计模型,完成发动机多故障重叠及处置措施的分析,打通了与航空发动机多学科联合仿真验证程序的融合,实现了方案设计与仿真验证实时交互的目的,可随时对方案设计是否满足需求的情况进行评估。

 

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