用户故事

空客采用基于模型的设计开发A380燃油管理系统

挑战

为空客A380燃油管理系统开发一个控制器

解决方案

利用MATLAB、Sim金宝appulink和Stateflow for model - based Design对控制逻辑进行建模和仿真,沟通功能规范,加快仿真器的开发

结果

  • 省去了几个月的开发时间
  • 在开发过程中重用的模型
  • 在没有员工的情况下处理的额外复杂性增加了

“基于模型的设计让我们对系统的功能设计有了更深入的了解。我们还提前完成了需求验证,并模拟了多个同时发生的组件故障,因此我们知道将会发生什么,并有信心控制逻辑将对其进行管理。”

克里斯托弗松弛,空客
空客A380。

空客A380是目前最大的商用飞机,航程超过8000英里。为了实现这样的长途不间断飞行,A380的11个油箱的容量为250公吨(32万升)。

A380的复杂燃油管理系统可以在地面处理加油和卸油操作,以及在空中处理发动机和油箱之间的燃油流动。该系统可以在油箱之间移动燃料,以优化飞机的重心,减少机翼弯曲,并将燃料保持在可接受的温度范围内。

空客的工程师使用了Simulink金宝app®和Stateflow®开发在整个项目中重复使用的燃料管理系统模型。空中客车燃油系统计算分析专家克里斯托弗•斯莱克(Christopher Slack)表示:“通过基于模型的设计,我们用来代表功能规格的模型,使我们能够比以前提前数月验证需求。”

挑战

A380的燃油管理系统必须能够安全地处理系统的21个泵、43个阀门和其他机械部件的任何故障。在一个复杂的系统中,对于工程师来说,在需求阶段预测相对较小的故障组合可能导致的问题是很有挑战性的。

A380的前身A340的燃油系统规格文件有超过1000个书面要求。“文本要求可能会留下歧义和误解的空间。当你有那么多要求时,任何人都很难理解它们之间所有可能的交互作用,也很难确定,例如,第20页的要求与第340页的要求是否冲突。”

解决方案

空中客车采用基于模型的设计(model - based Design)对A380的燃油管理系统进行建模,通过仿真验证需求,并清晰地传达功能规范。

空客工程师使用Simulink和statfl金宝appow对系统的控制逻辑进行建模,该逻辑由45个顶级图表、近6000个状态和超过8700个转换组成。该模型定义了地面(包括加油、除油和地面转移)和飞行(包括正常的发动机供油、重心控制、负载减轻和燃料丢弃)的操作模式。

每个顶级模式中的功能被分组到子图表中,使工程师能够独立地处理层次结构中的各个组件。

该团队使用Simulink开发了一个参数化的储罐、泵、阀门和电气部件的工厂模型。金宝app工程师可以设置参数值来配置该模型,以代表任何空客飞机的燃油系统。

在Simulink中运行了单个操作组件的闭环仿真之后,该团队将它们集成到一个完整的系统级仿真模型中。金宝app

使用并行计算工具箱™和MATLAB并行服务器™,该团队在一个50人的计算集群上进行了蒙特卡罗模拟。在一个周末,他们可以在不同的环境条件和飞机操作场景下进行10万次模拟飞行。

该团队使用Simulink Coder™从工厂和控制逻辑模型生成代码,从而创建了一个桌面模拟器。金宝app一个MATLAB®基于用户界面,使供应商、航空公司客户、维护工程师和其他空中客车团队能够可视化燃料管理系统的工作方式以及与其他飞机系统的交互方式。

该团队还使用Simulink模型开发了硬件在环金宝app(HIL)测试,并在真正的硬件可用之前委托他们的硬件在环测试设备。

A380的飞行测试成功后,该团队使用系统识别工具箱™使用测量的飞行测试数据来调整他们的工厂模型。他们使用信号处理工具箱™从测试数据中去除噪声,并使用曲线拟合工具箱™来评估测量数据和预测结果之间的差异,并预测超出通常飞行信封的系统性能。在优化电厂模型的同时,他们使用Simscape Electrical™来整合继电器和电力系统的其他元素。

基于A380模型设计的成功实施,空客工程师目前正在使用这种方法开发空客A350XWB的燃料管理系统,将该飞机的开发时间缩短了一年。

结果

  • 省去了几个月的开发时间.“在早期的项目中,我们花了长达9个月的时间来整合我们的燃料系统设计与模拟驾驶舱,或铁鸟。在A380上采用基于模型的设计,只用了不到一个月的时间,”Slack说。“同样,通过重新使用模型来调试HIL钻机,我们节省了3个月的开发时间,缩短了从最初概念到首次飞行的时间。”

  • 在开发过程中重用的模型.Slack金宝app表示:“Simulink和statflow模型使我们能够尽早验证需求,并与供应商沟通功能规范,补充符合ARP 4754的书面需求。”“这些模型被重用来创建桌面模拟器,委托我们的HIL测试平台,在我们的虚拟集成平台上运行,并向客户展示系统功能。”

  • 在没有员工的情况下处理的额外复杂性增加了.“A380的燃油系统比A340复杂三到四倍,”Slack指出。“基于模型的设计使我们能够用同样规模的工程团队处理更加复杂的项目。”