一种基于运行场景的飞机需求验证方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及飞机总体技术领域，提供了一种基于运行场景的飞机需求验证方法及系统，所述方法包括S1建立飞机运行场景数据库；S2运行场景分析，建立飞机运行场景模型库；S3对待测飞机运行场景模型进行仿真试验，检测特定的待测飞机运行场景模型下飞机的实际响应是否满足设定标准；S4循环验证。所述系统包括飞机运行场景生成子系统、飞机运行场景建模平台和飞机仿真试验平台。本发明专利技术建立一套完整的飞机运行场景捕获方法和系统，可半自动化生成经过优化的运行场景库，提高场景捕获的完整性、科学性和效率，便于运行场景向下游专业的传递；建立一套完整的建模到需求验证方法，同时整套平台进行支撑，大大提高仿真试验的效率和需求验证的充分性。的充分性。的充分性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于运行场景的飞机需求验证方法及系统


[0001]本专利技术涉及飞机总体
，特别涉及一种基于运行场景的飞机需求验证方法及系统。

技术介绍

[0002]运行场景定义了飞机的运行阶段、运行环境、飞机状态产生的各类运行场景，运行场景是功能定义、需求分析、关键指标权衡的输入，是飞机研制中的关键输入。传统的需求捕获方法主要通过与客户交流或者采用调查问卷等方式来识别利益攸关方的需要，但这些方法缺乏系统性，难以确保所捕获的飞机需求的完整性以及需求本身的正确性。随着基于模型的系统工程方法在民机研制中的逐步应用与推广，通过构建飞机的运行场景模型来捕获需求，已经成为一种适航局方可接受的方法。运行场景的完备性对于飞机需求捕获的完整性至关重要，典型运行场景的合理性与科学性对于基于运行场景的需求验证同样至关重要，因此，如何定义和捕获飞机的运行场景清单是基于场景的需求验证中的首要且关键一环。
[0003]根据SAE ARP 4754A所规定的民用飞机研制流程，民用飞机应在早期设计阶段进行飞机级需求的确认与验证工作。在传统的工作中，这一过程主要基于需求文档完成。近年来，以场景作为工具，通过SysML语言构建运行场景模型，利用场景模型驱动仿真模型完成MIL/SIL/HIL的自动化测试，完成需求的确认与验证的方法逐渐受到行业内的关注。
[0004]现有技术存在的不足：
[0005]在民机领域，目前主要是利用运行场景分析来进行需求的捕获，但由于民机本身作为一个复杂产品，加上其所处的环境具有多重影响因素，运行场景捕获的完整性尚未形成一套科学高效的方法，需要技术人员人工迭代完成，工作量大，无法保证人为错误发生，同时，运行场景的合理性仍需进一步提升，对于无效场景的剔除缺乏一套标准、完善的原则或算法来支持，运行场景尚未实现运行环境的集中赋值，下游专业尚未能实现对运行场景的应用。其次，对于运行场景建模及基于场景模型的需求验证方法的研究尚处于初步阶段，尚未形成一套固化、成熟的可用于民用飞机研制的场景建模与验证方法或平台，导致场景验证不充分，且仿真试验的效率低。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是至少克服现有技术的不足之一，提供了一种基于运行场景的飞机需求验证方法及系统，解决目前民机研制过程中飞机需求捕获不完善、基于场景的需求验证不充分等问题，实现飞机在早期设计阶段对飞机需求的验证。
[0007]本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一方面，本专利技术提供了一种基于运行场景的飞机需求验证方法，包括：
[0009]S1、建立飞机运行场景数据库：提取多维场景元素，对所述多维场景元素进行叠加，得到完备的飞机运行场景数据库；
[0010]S2、从所述飞机运行场景数据库中选取待测飞机运行场景，基于第一飞机需求进行飞机运行场景建模，得到飞机运行场景模型；多个所述飞机运行场景模型构成飞机运行场景模型库；所述第一飞机需求为已捕获的飞机需求；
[0011]S3、在步骤S2中所述飞机运行场景模型库中选取待测飞机运行场景模型，对所述待测飞机运行场景模型进行仿真试验，验证特定的所述待测飞机运行场景模型下飞机的实际响应是否满足设定标准；当不满足设定标准时，进而捕获第二飞机需求，转往步骤S4；所述第二飞机需求为潜在的飞机需求；当所有所述待测飞机运行场景模型的飞行实际响应满足设定标准时，即完成基于运行场景的飞机需求验证；
[0012]S4、返回步骤S2，同时以第一飞机需求和第二飞机需求为基础，重新进行飞机运行场景建模，并对重新建模所得飞机运行场景模型进行飞行仿真和运行环境仿真，直至飞机的实际响应满足设定标准。
[0013]如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S1中，多维场景元素包括基础维度元素、适航元素和运行问题元素；所述基础维度元素包括飞机参数、气象数据、地理地形数据和飞机失效数据。
[0014]如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S1中，对所述多维场景元素进行叠加，得到完备的飞机运行场景数据库，具体方法为：
[0015]S1.1依据飞行阶段，匹配场景元素及其取值范围，将场景元素的取值、场景元素之间的行为逻辑，按照排列组合的方式生成初步运行场景清单；
[0016]S1.2设置约束规则和剔除规则，在所述初步运行场景清单中剔除无效运行场景，筛选出满足约束规则的运行场景；
[0017]S1.3将筛选出的满足约束规则的运行场景存入飞机运行场景数据库中。
[0018]如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S1.1中，所述排列组合采用全排列的方式，得到多维场景元素下的所有可能排列组合方式，涵盖了所有可能出现的实际场景。
[0019]如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S2中，飞机运行场景建模采用SysML建模软件，基于飞机需求，利用模块定义图、用例图、活动图、状态机图以及需求图，模型化表达飞机运行场景的结构、利益攸关方在飞机运行场景中的角色、以及场景活动时序，建好的飞机运行场景模型存储于飞机运行场景模型库中。
[0020]如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S3中，所述仿真试验包括飞行仿真和运行环境仿真，所述飞行仿真使用飞行仿真模型，所述飞行仿真模型为飞机六自由度、气动、系统模型；所述运行环境仿真使用运行环境仿真模型，所述运行环境仿真模型为飞机运行环境/机场/管制模型；所述仿真试验借助飞机仿真试验平台进行。
[0021]如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述飞机仿真试验平台，用于飞机集成与测试、故障检测及故障注入的测试试验，所述飞机仿真试验平台包括人机交互系统、实时仿真测试网络、集成仿真环境、实时输入输出接口系统、信号交联系统、数据采集记录和分析系统、故障注入系统、外部仿真测试系统交联接口、用于场景模型驱动仿真模型的接口转发插件。
[0022]另一方面，本专利技术还提供了一种基于运行场景的飞机需求验证系统，包括：
[0023]飞机运行场景生成子系统，用以提取多维场景元素，对所述多维场景元素进行叠
加，得到完备的飞机运行场景数据库；
[0024]飞机运行场景建模平台，从所述飞机运行场景数据库中选取待测飞机运行场景，基于飞机需求进行飞机运行场景建模，得到飞机运行场景模型；多个所述飞机运行场景模型构成飞机运行场景模型库；
[0025]飞机仿真试验平台，用以对所述待测飞机运行场景模型进行仿真试验，验证特定的所述待测飞机运行场景模型下飞机的实际响应是否满足设定标准。
[0026]如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述飞机运行场景生成子系统包括多维场景元素提取模块、场景叠加模块、场景管理模块和场景校验模块；
[0027]所述多维场景元素模块，用以提取多维场景元素，多维场景元素包括基础维度元素、适航元素和运行问题元素；所述基础维度元素包括飞机参数、气象数据、地理地形数据和飞机失效数据；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于运行场景的飞机需求验证方法，其特征在于，所述方法包括：S1、建立飞机运行场景数据库：提取多维场景元素，对所述多维场景元素进行叠加，得到完备的飞机运行场景数据库；S2、从所述飞机运行场景数据库中选取待测飞机运行场景，基于第一飞机需求进行飞机运行场景建模，得到飞机运行场景模型；多个所述飞机运行场景模型构成飞机运行场景模型库；所述第一飞机需求为已捕获的飞机需求；S3、在步骤S2中所述飞机运行场景模型库中选取待测飞机运行场景模型，对所述待测飞机运行场景模型进行仿真试验，验证特定的所述待测飞机运行场景模型下飞机的实际响应是否满足设定标准；当不满足设定标准时，进而捕获第二飞机需求，转往步骤S4；所述第二飞机需求为潜在的飞机需求；当所有所述待测飞机运行场景模型的飞行实际响应满足设定标准时，即完成基于运行场景的飞机需求验证；S4、返回步骤S2，同时以第一飞机需求和第二飞机需求为基础，重新进行飞机运行场景建模，并对重新建模所得飞机运行场景模型进行仿真试验，直至飞机的实际响应满足设定标准。2.如权利要求1所述的基于运行场景的飞机需求验证方法，其特征在于，步骤S1中，多维场景元素包括基础维度元素、适航元素和运行问题元素；所述基础维度元素包括飞机参数、气象数据、地理地形数据和飞机失效数据。3.如权利要求1所述的基于运行场景的飞机需求验证方法，其特征在于，步骤S1中，对所述多维场景元素进行叠加，得到完备的飞机运行场景数据库，具体方法为：S1.1依据飞行阶段，匹配场景元素及其取值范围、场景元素之间的行为逻辑，将场景元素按照排列组合的方式生成初步运行场景清单；S1.2设置约束规则和剔除规则，在所述初步运行场景清单中剔除无效运行场景，筛选出满足约束规则的运行场景；S1.3将筛选出的满足约束规则的运行场景存入飞机运行场景数据库中。4.如权利要求3所述的基于运行场景的飞机需求验证方法，其特征在于，步骤S1.1中，所述排列组合采用全排列的方式，得到多维场景元素下的所有可能排列组合方式，涵盖了所有可能出现的实际场景。5.如权利要求1所述的基于运行场景的飞机需求验证方法，其特征在于，步骤S2中，飞机运行场景建模采用SysML建模软件，基于飞机需求，利用模块定义图、用例图、活动图、状态机图以及需求图，模型化表达飞机运行场景的结构、利益攸关方在飞机运行场景中的角色、以及场景活动时序，建好的飞机运行场景模型存储于飞机运行场景模型库中。6.如权利要求1所述的基于运行场景的飞机需求验证方法，其特征在于，步骤S3...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢培培，朱少凡，谭文韬，汪澔，唐剑，赵乐笛，
申请(专利权)人：中国商用飞机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：