ПАО «Корпорация «Иркут»
Aerospace & Defense Simcenter Simcenter Sysdm Simcenter Amesim
ПАО «Корпорация «Иркут»

ПАО «Корпорация «Иркут» использует 1D моделирование в Simcenter Amesim для разработки и комплексирования систем самолета МС-21

Москва, Russia

Использование Simcenter Amesim позволило сократить сроки разработки систем самолета МС-21 и объем натурных испытаний

Aerospace & Defense Simcenter Simcenter Sysdm Simcenter Amesim

ПАО «Корпорация «Иркут» использует 1D моделирование в Simcenter Amesim для разработки и комплексирования систем самолета МС-21

Москва, Russia

Использование Simcenter Amesim позволило сократить сроки разработки систем самолета МС-21 и объем натурных испытаний

quotation marks Siemens Digital Industries Software предоставляет великолепную техническую поддержку. Мы легко получаем всю необходимую информацию и расширяем наш опыт благодаря учебным семинарам, на которых специалисты Siemens Digital Industries Software рассказывают об оптимальных приемах работы при моделировании систем. Марина Гришина, инженер отдела инженерных расчётов ПАО «Корпорация «Иркут»
ЗАДАЧИ
  • Разработка и комплексирование систем самолета МС-21
  • Расчетно-обоснованный выбор оптимальных архитектур систем autonomous driving
  • Расчетное прогнозирование параметров работы комплекса систем на борту самолета при выполнении полетного задания
  • Снижение числа ошибок при принятии проектных решений
  • Решение задачи обеспечения температурного баланса в отсеках самолета при выполнении полетного задания
  • Сокращение времени разработки и доводки систем
ФОРМУЛА УСПЕХА
  • Внедрение решения Simcenter Amesim в качестве стандарта при виртуальном моделировании систем самолета
  • Внедрение технологии «Виртуальный Интегрированный Самолет» для обеспечения комплексирования систем
  • Тесное взаимодействие с ведущими специалистами Siemens Digital Industries Software, имеющими опыт реализации подобных проектов на лидирующих авиационных компаниях successfully implemented similar projects at major aerospace companies
РЕЗУЛЬТАТЫ
  • Обеспечена эффективная поддержка разработки комплекса систем самолета численным моделированием в Simcenter Amesim
  • Расчётно обоснованы наиболее целесообразные из возможных проектных альтернатив систем
  • Построена интегрированная математическая модель самолета с учетом взаимодействия с многочисленными внешними поставщиками систем и оборудования
  • Создан управляемый процесс разработки и управления расчетными моделями, архитектурой и исполнениями изделия
  • По ряду систем до 25% сокращены объемы стендовых испытаний

ПАО «Корпорация «Иркут»

ПАО «Корпорация «Иркут» занимает лидирующие позиции среди российских авиастроительных предприятий, и представляет собой вертикально-интегрированный холдинг, деятельность которого направлена на проектирование, производство, реализацию и послепродажное обслуживание авиационной техники. Корпорация разрабатывает и производит компоненты для пассажирских авиалайнеров семейства Airbus, активно ведет подготовительные работы для начала серийного выпуска пассажирского самолета МС-21.

http://www.irkut.com/

quotation marks За счёт проведения виртуальных испытаний на математических моделях было сокращено количество стендовых испытаний, например, для топливной системы испытания сократились на 25%. Михаил Пыльнев, начальник отдела инженерных расчётов ПАО «Корпорация «Иркут»
quotation marks Siemens Digital Industries Software предоставляет великолепную техническую поддержку. Мы легко получаем всю необходимую информацию и расширяем наш опыт благодаря учебным семинарам, на которых специалисты Siemens Digital Industries Software рассказывают об оптимальных приемах работы при моделировании систем. Марина Гришина, инженер отдела инженерных расчётов ПАО «Корпорация «Иркут»

Внедрение 1D моделирования для разработки авиационных систем

ПАО «Корпорация «Иркут» начала применять решение Simcenter Amesim компании Siemens Digital Industries Software (ранее LMS Imagine.Lab Amesim) для 1D моделирования систем при разработке самолета МС-21 в 2010 году, когда уже завершался этап эскизного проектирования, но при этом еще не существовало ни испытательных стендов, ни опытного образца авиалайнера. Сложные и комплексные вопросы обеспечения работоспособности и увязки систем на борту современного летательного аппарата традиционно решаются на этапе технического проектирования, а доводка и отладка систем производится на этапе стендовых и летных испытаний.

При разработке систем МС-21 перед инженерами на этапе проектирования были поставлены задачи определения облика систем и основных параметров, принятие рациональных конструкторских решений, а также исследование физических процессов, происходящих в системах (гидравлических, газодинамических, тепловых, механических, электрических и др.). Более того, важно было провести анализ поведения комплексного взаимодействия систем до установки на борту самолёта, изучение влияния внешних воздействующих факторов на работу систем и отработку функционирования отдельных систем. При этом необходимо было учесть оптимизацию систем.

На этапе стендовых, наземных и летных испытаний ключевыми задачами стал выбор оптимальных параметров и режимов реальных испытаний, формирование программы испытаний и минимизация рисков выхода из строя оборудования при проведении реальных испытаний.

Руководством было принято решение использовать Simcenter Amesim для поддержки решений такого класса задач с фокусом на комплексирование систем на агрегатном уровне физического взаимодействия с использованием уже апробированных инструментов проектирования на базе технологий распределения энергии по системам (энергобаланса систем). Важным достоинством данного решения является поддержка использования большинства уже имеющихся методик проектирования систем самолета на предприятии, а также возможность применять современные мировые практики, заложенные в его функциональные возможности.

Благодаря разработке многодисциплинарных 1D моделей самолетных систем и агрегатов, специалисты Инженерного центра ПАО «Корпорация «Иркут» смогли провести анализ взаимодействия самолетных систем на уровне физических процессов (тепловых, гидравлических, газодинамических, электрических, механических, информационных и т.д.) на этапе технического и в начале этапа рабочего проектирования.

«Simcenter Amesim позволяет легко разрабатывать модели систем либо из стандартных библиотечных элементов, либо путем создания своих собственных. Затем выполняется анализ поведения системы. Стандартные библиотеки Simcenter Amesim, которые проверены на практике и регулярно обновляются, позволяют нашим инженерам разрабатывать самолетные системы, а не создавать библиотеки агрегатов. По сравнению с ранее применявшимся программным обеспечением, решение Simcenter Amesim в несколько раз сократило сроки создания сложных моделей», – рассказывает Сергей Гусаркин, инженер-конструктор отдела инженерных расчётов ПАО «Корпорация «Иркут».

Фото взято с www.irkut.com Фото взято с www.irkut.com

Проектирование систем самолета с помощью 1D моделей

Создание 1D моделей применялось при проектировании таких систем, как система уборки и выпуска шасси (СУВШ), топливная система (ТС), гидравлическая система (ГС), комплексная система кондиционирования воздуха (КСКВ), противообледенительная система (ПОС) и система электроснабжения (СЭС).

Все модели перечисленных систем верифицировались а, по мере получения данных, валидировались по результатам стендовых испытаний.

«По мере освоения все большего числа инженерных дисциплин, в Корпорации для разработки нескольких самолетных систем был создан отдел инженерных расчётов, – рассказывает Антон Поплавский, заместитель начальника отдела инженерных расчётов ПАО «Корпорация «Иркут». – Отдел решает задачи по многим направлениям. Например, недавно отделу механизации крыла потребовалось проанализировать случай повреждения лонжерона. При помощи имеющейся в Simcenter Amesim библиотеки планарной механики мы исследовали ситуацию и получили результаты, хорошо согласующиеся с данными, которые позднее были предоставлены поставщиком».

Еще одной задачей, успешно решенной в Simcenter Amesim, стал тепловой расчет пилона крепления двигателя. На самолете МС-21 в пилоне, в непосредственной близости от двигателя, размещается большое количество гидравлических узлов. Нижняя часть пилона подвержена воздействию потока горячих газов из сопла, а его внешняя поверхность охлаждается воздухом из компрессора. Специалисты отдела при помощи Simcenter Amesim смогли успешно выполнить анализ распределения температуры внутри пилона.

«Simcenter Amesim постоянно развивается в плане повышения удобства работы, – отмечает Марина Гришина, инженер отдела инженерных расчётов ПАО «Корпорация «Иркут». – В последней версии Amesim представлены улучшения, направленные на повышение удобства задания параметров модели, а также реализована мгновенная визуализация результатов при изменении значений параметров. Казалось бы, такие улучшения не слишком важны с точки зрения процесса проектирования, но на самом деле они значительно облегчают моделирование и сокращают сроки анализа проектных данных. Siemens Digital Industries Software предоставляет великолепную техническую поддержку. Мы легко получаем всю необходимую информацию и расширяем наш опыт благодаря учебным семинарам, на которых специалисты Siemens Digital Industries Software рассказывают об оптимальных приемах работы при моделировании систем».

Евгений Данилов, ведущий инженер-конструктор отдела топливных систем ПАО «Корпорация «Иркут», рассказывает: «Имитационное моделирование позволило получить ясное представление поведения топливной системы во всех режимах полета, с учетом эволюции и перегрузок. Результаты расчета модели подтверждены стендовыми данными и позволили улучшить эксплуатационные показатели, уменьшить вес и количество покупных изделий системы».

Симметричные баки при маневре с отрицательной перегрузкой Симметричные баки при маневре с отрицательной перегрузкой

Комплексирование систем

Важнейшей задачей разработки самолетных систем является анализ работ систем в комплексе. В Корпорации задачи комплексирования с использованием Simcenter Amesim решались для следующих систем: ГС и СУВШ; ГС и КСУ; ГС и СЭС; ТС, маршевая силовая установка и КСКВ; СУВШ, ГС и системой управления общесамолетным оборудованием. Отдельным направлением стала отладки алгоритмов управления в части системы управления общесамолетным оборудованием.

При комплексировании систем и агрегатов самолета МС-21 реализовывались задачи анализа работы и комплексного взаимодействия систем на борту самолёта в нештатных режимах, оценки влияния внешних воздействующих факторов на работу и параметры систем во всем диапазоне, а также анализ поведения систем в отказных и аварийных ситуациях. Важными направлениями работы стали разработка программ и методик испытаний систем и сравнительные и параметрические расчётные исследования (анализ альтернативных вариантов конструктивных решений).

Михаил Пыльнев, начальник отдела инженерных расчётов ПАО «Корпорация «Иркут», отмечает, что Simcenter Amesim позволяет выполнять ко-симуляционные расчеты, в которых некоторые смежные подсистемы представлены расчетными моделями, созданными в другом ПО. Например, была выполнена интеграция модели гидросистемы самолета, разработанной в Simcenter Amesim, с моделью комплексной системы управления полетом (КСУ), выполненной в Matlab/Simulink. В задачах комплексирования удалось выявить и проанализировать большое количество сложных эффектов, принять обоснованные решения по работе систем и их взаимовлиянию. За счёт проведения виртуальных испытаний на математических моделях было сокращено количество стендовых испытаний, например, для топливной системы – на 25%. Были сокращены сроки проектирования систем для модификации самолёта МС-21. Более того, математическое моделирование в Simcenter Amesim является действенным инструментом контроля и управления работой с соисполнителями.

Полученные результаты подтвердили правильность принятого решения по внедрению технологии 1D моделирования на базе Simcenter Amesim для использования в процессе проектирования АТ.

Создание виртуальной интегрированной модели самолета

Цель разработки виртуальной интегрированной модели самолета – обеспечение возможности комплексного анализа и оптимизация работы систем самолета при выполнении полетного задания. Simcenter Amesim позволяет смоделировать полный полетный цикл самолета: подготовку к вылету, выполнение полетного задания и посадку с учетом взаимодействия всех систем самолета. При этом могут моделироваться как различные внешние условия, так и полетные задания. Другой важной задачей является комплексный анализ температурного баланса самолета. Традиционно за тепловое состояние систем на борту самолета отвечает отдел, выполняющий тепловые расчеты по запросам смежных подразделений. Такие расчеты выполняются выборочно, для характерных режимов работы систем, что не дает полной картины теплового состояния на протяжении всего полета самолета. Использование динамических моделей поведения дает возможность проанализировать тепловое состояние систем не только на выборочных режимах, но и на переходных. Появляется возможность более достоверно выявить дисбаланс по тепловой нагрузке на базе комплексной тепловой модели самолета.

Использование динамических моделей поведения дает возможность проанализировать тепловое состояние систем не только на выборочных режимах, но и на переходных. Появляется возможность более достоверно выявить дисбаланс по тепловой нагрузке на базе комплексной тепловой модели самолета.

Отдельным вопросом является обеспечение организации распределенной разработки систем самолета множеством специалистов инженерного центра на множестве рабочих мест. Хранение и доступ к моделям и данным обеспечивается средой SysDM от Siemens Digital Industries Software которая стала единой интеграционной платформой для разнородных средств моделирования и позволила хранить и отслеживать версионность математических моделей с разграничением прав доступа, осуществлять сборку комплексных математических моделей систем, а также отработать технологию распределенного проектирования и контроля выполнения требований с соисполнителями и системными отделами ПАО «Корпорация «Иркут».

Для решения задач виртуального комплексирования систем на предприятии используется среда Simcenter System Synthesis, которая позволяет собрать комплексную модель самолета на базе моделей подсистем, разработанных в различных подразделениях Инженерного центра, задать условия их работы и проанализировать результаты расчета.

Егор Моженков, инженер-конструктор отдела инженерных расчётов ПАО «Корпорация «Иркут», отмечает: «Внедрение процесса комплексирования на базе Simcenter System Synthesis потребовало новых подходов к организации процесса и требований к хранению моделей и вида представления в базе данных для дальнейшего использования их в задачах комплексирования или других задачах проектирования систем. Для этого потребовалось разработать собственную методику для применения данной технологии. Такой подход позволяет четко выстроить процесс проектирования систем самолета на каждом уровне, начиная от поставщиков оборудования и заканчивая анализом работы самолета в целом на всех режимах полета».

Разработка стендов и проведение испытаний

В ПАО «Корпорация «Иркут» успешно создан и применен полунатурный имитатор системы уборки-выпуска шасси (СУВШ), на котором протестирована работа алгоритма управления уборкой-выпуском шасси самолета. После того как было подтверждено, что алгоритм не приводит к выходу из строя дорогостоящего оборудования, виртуальное оборудование заменили реальным для отработки программы испытаний. Для оптимизации работы алгоритма управления и последующей отработки режимов функционирования, имитатор стал мобильным инструментом тестирования новых версий алгоритмов управления.

Проведение испытаний на полунатурном стенде СУВШ позволило выбрать оптимальные параметры и режимы испытаний, а также минимизировать рисков вывода из строя оборудования. Более того, удалось определить причины отказа или несоответствия требованиям (например, ошибка конструкции или обрыв кабеля) и отработать программы (алгоритмы) управления.

Владимир Олейников, заместитель начальника отдела методологии проектирования и обучения ПАО «Корпорация «Иркут», рассказывает: «Технология программного и аппаратно-программного моделирования (MIL-SIL-HIL) помогла в кратчайшие сроки разработать имитатор, который позволяет автоматизировать тестирование программы функционирования системы управления общесамолетным оборудованием на всех режимах работы.

Отладка алгоритмов систем управления осуществляется путем совместной работы моделей агрегатной части системы (объекта управления) и алгоритмов управления. Это дает возможность на ранних стадиях проектирования усовершенствовать ряд конструктивных решений и оптимизировать алгоритмы управления систем».

Моделирование системы кондиционирования в Simcenter Amesim Моделирование системы кондиционирования в Simcenter Amesim

Перспективы на будущее

«Немногие компании предлагают такое полнофункциональное решение для математического моделирования, – отмечает Юрий Логвин, заместитель директора КБ по управлению проектными данными ПАО «Корпорация «Иркут». – Проектирование систем с помощью решения Simcenter Amesim помогло нам сократить число ошибок, выявляемых на этапе контроля проектных решений, и в кратчайшие сроки решать проектные и часть стендовых задач. Мы можем численно оценивать последствия изменений практически любого параметра самолетной системы, не затрачивая на это таких больших финансовых и человеческих ресурсов, какие требуются для проведения натурных испытаний. Наша задача для развития данного подхода - это иметь согласованную процедуру признания результатов численного моделирования сертификационными центрами. Мы стремимся создать конкурентоспособный самолет, а компания Siemens Digital Industries Software предлагает средства, которые помогают решить подавляющее большинство поставленных задач».

Мультифизичные модели отсеков самолета Мультифизичные модели отсеков самолета
Скрыть Еще
quotation marks За счёт проведения виртуальных испытаний на математических моделях было сокращено количество стендовых испытаний, например, для топливной системы испытания сократились на 25%. Михаил Пыльнев, начальник отдела инженерных расчётов ПАО «Корпорация «Иркут»