空客采用基于模型的设计为A380开发燃油管理系统
挑战
解决方案
结果
- 数月的开发时间被取消
- 在整个开发过程中重用的模型
- 在不增加工作人员的情况下处理额外的复杂性
“基于模型的设计为我们提供了系统功能设计的高级可视性。我们还比以前更早地完成了需求验证，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，并对控制逻辑能够管理它有信心。”
克里斯托弗·斯莱克，空中客车
空客A380是目前最大的商用飞机，航程超过8000英里。为了实现如此长的不间断飞行，A380的11个油箱的容量为250公吨(32万升)。
A380先进的燃油管理系统可以处理地面上的加油和脱油操作，以及在空中向发动机和油箱之间的燃油流。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。
空客工程师使用Simulink金宝app®和Stateflow®开发在整个项目中可重复使用的燃料管理系统模型。空客燃油系统计算分析专家Christopher Slack表示:“通过基于模型的设计，我们用来表示功能规格的模型使我们能够比以前提前几个月验证需求。”
挑战
A380的燃油管理系统必须能够安全地处理该系统的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，对于处于需求阶段的工程师来说，预测由相对较小的故障组合可能导致的问题是具有挑战性的。
A380的前身A340的燃油系统规格文件有超过1000项书面要求。“文本要求可能会产生歧义和误解。当你有这么多需求时，任何人都很难理解它们之间所有可能的交互作用，也很难识别，例如，第20页的需求与第340页的需求冲突。”Slack说。
解决方案
空客采用基于模型的设计(model - based Design)对A380燃油管理系统进行建模，通过仿真验证需求，并清楚地传达功能规范。
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，其中包括45个顶级图表、近6000个状态和8700多个转换。该模型定义了地面(包括加油、脱油和地面转移)和飞行(包括正常发动机供油、重心控制、负荷减轻和燃油喷射)的操作模式。
每个顶层模式中的功能被分组为子图，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、阀门和电气组件的工厂模型。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中运行单个操作组件的闭环仿真之后，团队将它们集成到一个完整的模型中进行系统级仿真。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人的计算集群上执行了蒙特卡罗模拟。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。
该团队通过使用Simulink Coder™从植物和控制逻辑模型生成代码，创建了一个桌面模拟器。金宝app一个MATLAB®基于用户界面的技术使供应商、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油管理系统如何工作以及如何与其他飞机系统交互。
该团队还使用Simulink模型开发了硬件在环金宝app(HIL)测试，并在实际硬件可用之前调试了他们的HIL测试平台。
在A380成功飞行测试后，该团队使用系统识别工具箱™根据实测飞行测试数据调整其工厂模型。他们使用信号处理工具箱™来去除测试数据中的噪声，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，并预测系统性能超出通常的飞行包线。在完善工厂模型的同时，他们使用Simscape electric™集成了继电器和电力系统的其他元素。
在成功实施A380“基于模型的设计”的基础上，空客工程师现在正在使用这种方法开发空客A350XWB的燃油管理系统，将这款飞机的开发时间缩短了一年。
结果
数月的开发时间被取消．“在早期的项目中，我们花了长达9个月的时间将我们的燃油系统设计与模拟座舱或铁鸟集成在一起。在A380上使用基于模型的设计，花了不到一个月的时间。”同样，通过重复使用该模型来调试HIL钻机，我们节省了三个月的开发时间，缩短了从最初的概念到首次飞行的时间。”
在整个开发过程中重用的模型．“Simu金宝applink和Stateflow模型使我们能够早期验证需求，并将功能规范传达给我们的供应商，补充符合ARP 4754的书面需求，”Slack说。这些模型被重用来创建桌面模拟器，调试我们的HIL测试平台，在我们的虚拟集成平台上运行，并向客户演示系统功能。”
在不增加工作人员的情况下处理额外的复杂性．“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一个更加复杂的项目。”
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