一种基于Modelica语言的高速直升机防护救生系统建模仿真方法与流程

本发明属于高速直升机防护救生系统建模仿真领域，具体涉及一种基于modelica语言的高速直升机防护救生系统建模仿真方法。

背景技术：

1、高速直升机防护救生系统是直升机从概念设计、研制过程以及制造运行阶段高度关注的直升机运行维护的重要系统。随着高速直升机的规模与复杂性地不断增加，针对高速直升机、飞行员的防护救生系统也越来越复杂，防护救生系统下任意一个部件发生故障，即会对高速直升机和飞行员的安全产生重大威胁。高速直升机防护救生系统能够根据模拟座舱内环境、飞行员状态、直升机状态、救生装备状态，将飞行信息发送到防护救生信息综合管理单元进行控制处理，并将控制信号发送给可视化模型和防护救生装备，可视化模型对飞行员和塔台进行报警提示，防护救生装备根据控制信号产生相应的作动，从而保障高速直升机和飞行员的安全。

2、高速直升机防护救生系统中部件精密度高，工作原理复杂，采用整体直接建模难度较大且重用性很低，因此采用一套自上而下系统分解的方式将高速直升机防护救生系统分为虚拟座舱子系统模型、防护救生信息综合管理单元子系统模型、可视化显示单元子系统模型，并将各个子系统分为若干个子模型，采用合适的建模语言对子模型进行开发，然后采用自下而上集成的方式，根据防护救生系统的物理拓扑结构，通过图形化拖拽的方法将子模型搭建成子系统，再将子系统搭建形成高速直升机防护救生系统模型，可以通过更换子模型的方式完成不同型号的仿真模型设计验证工作，有效的提高了系统的重用性和设计效率。

3、目前的建模方式主要为因果式建模，因果式建模对工程师的数学推导能力较高，同时需要工程师对系统进行人工解耦，明确各个模型接口变量的输入输出关系，这种建模方式很容易引入人为的错误，同时割裂了各子系统的之间的相互作用关系，难以对系统整体的功能和性能进行有效的仿真。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种基于modelica语言的高速直升机防护救生系统建模仿真方法，可以有效地降低模型的开发难度和模型的复杂度，提高模型的重用性和扩展性，能够有效的扩展试验工况的全面性和针对性，大大降低试验成本和设计周期，同时在系统设计早期对设计方案进行验证。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种基于modelica语言的高速直升机防护救生系统建模仿真方法，包括以下步骤：

3、根据高速直升机防护救生系统的工作原理进行功能结构分解，得到分解结果；工作原理至少包括：模型组件的功能、性能需求和原理方程，模型的接口定义和参数定义；分解结果至少包括：模型接口、虚拟座舱子系统模型、防护救生信息综合管理单元子系统模型和可视化显示单元子系统模型；

4、根据分解结果，对高速直升机防护救生系统的模型库进行架构设计，得到高速直升机防护救生系统模型；

5、根据模型的接口定义，对高速直升机防护救生系统模型中虚拟座舱子系统模型内各组件之间的连接器进行设计；

6、根据高速直升机防护救生系统的工作原理，构筑高速直升机防护救生系统模型中模型组件的基础模型；

7、基于modelica语言，对高速直升机防护救生系统的模型库进行建模，得到基于modelica语言的高速直升机防护救生系统模型；

8、对基于modelica语言的高速直升机防护救生系统模型的模型库进行验证；

9、对验证后的基于modelica语言的高速直升机防护救生系统模型进行调试；

10、对调试后的基于modelica语言的高速直升机防护救生系统模型进行仿真试验。

11、虚拟座舱模型至少包括飞行员疲劳模型、飞行员过载模型、直升机任务模型、座舱烟雾模型和救生装备预位模型；救生装备预位模型至少包括浮囊预位模型、伞包预位模型、安全带预位模型和弹射座椅预位模型。

12、救生装备预位模型中的各模型以及各模型之间的连接器均与物理设备一一对应，即均存在实际的物理模型。

13、根据广义基尔霍夫定律，对连接器的物理模型的流变量和势变量进行确定。

14、基于modelica语言，对高速直升机防护救生系统的模型库进行建模的方法具体包括：1)对于单机设备原理清楚且模型数学表达方式成熟的模型库中的模型，根据其单机设备原理，通过modelica语言的语法语义进行文本建模；2)单机设备原理不清楚或模型数学表达方式不成熟的模型库中的模型，根据其单机设备的基础数据或测试数据进行建模。

15、还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述方法的步骤。

16、还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述方法的步骤。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

18、本发明通过基于modelica语言的高速直升机防护救生系统建模仿真方法的运用，可以有效地降低模型的开发难度和模型的复杂度，提高模型的重用性和扩展性，能够有效的扩展试验工况的全面性和针对性，大大降低试验成本和设计周期，同时在系统设计早期对设计方案进行验证。

技术特征：

1.一种基于modelica语言的高速直升机防护救生系统建模仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于modelica语言的高速直升机防护救生系统建模仿真方法，其特征在于，虚拟座舱模型至少包括飞行员疲劳模型、飞行员过载模型、直升机任务模型、座舱烟雾模型和救生装备预位模型；救生装备预位模型至少包括浮囊预位模型、伞包预位模型、安全带预位模型和弹射座椅预位模型。

3.根据权利要求2所述的一种基于modelica语言的高速直升机防护救生系统建模仿真方法，其特征在于，救生装备预位模型中的各模型以及各模型之间的连接器均与物理设备一一对应，即均存在实际的物理模型。

4.根据权利要求3所述的一种基于modelica语言的高速直升机防护救生系统建模仿真方法，其特征在于，根据广义基尔霍夫定律，对连接器的物理模型的流变量和势变量进行确定。

5.根据权利要求1所述的一种基于modelica语言的高速直升机防护救生系统建模仿真方法，其特征在于，基于modelica语言，对高速直升机防护救生系统的模型库进行建模的方法具体包括：1)对于单机设备原理清楚且模型数学表达方式成熟的模型库中的模型，根据其单机设备原理，通过modelica语言的语法语义进行文本建模；2)单机设备原理不清楚或模型数学表达方式不成熟的模型库中的模型，根据其单机设备的基础数据或测试数据进行建模。

6.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-5任一项所述方法的步骤。

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-5任一项所述方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种基于Modelica语言的高速直升机防护救生系统建模仿真方法，包括：根据高速直升机防护救生系统的工作原理进行功能结构分解，得到分解结果；根据分解结果，对模型库进行架构设计；根据模型的接口定义，对高速直升机防护救生系统模型中虚拟座舱子系统模型内各组件之间的连接器进行设计；根据工作原理，构筑模型组件的基础模型；基于Modelica语言，对模型库进行建模，得到基于Modelica语言的高速直升机防护救生系统模型；对模型进行验证调试后进行仿真试验。本发明可以有效地降低模型的开发难度和模型的复杂度，提高模型的重用性和扩展性，能够有效的扩展试验工况的全面性和针对性，大大降低试验成本和设计周期，同时在系统设计早期对设计方案进行验证。

技术研发人员：谭杰,张海波,甘俊杰,舒林,张锦玲
受保护的技术使用者：航宇救生装备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25