MakeReal3D MultiViz助力中国飞机强度研究所虚拟试验

作者:孙田

1.  背景与挑战

在历史文化和饮食文化同样悠久的长安城有这么一个航空工业的研究所,他们的主要工作就是对飞机“搞破坏”,从运20、C919到“鲲龙”AG600,每一架新型号试验机都需在他们手里通过“百般蹂躏”之后才能取得通行证、允许投入飞行,这就是中航工业中国飞机强度研究所,中国飞机强度研究所是我国航空工业唯一的飞机强度研究中心与地面强度试验验证基地。具有代表国家对新研制飞机强度进行验证试验并给出验证结论的职能。

作为“圈外人”,大家可能对飞机强度试验不了解,在这里要注意“感谢CCTV”,在2018年系列报道《国家记忆》《大国鲲鹏》中第四集 “首次试飞”中较为完整的阐述了“胖妞儿”的飞机强度试验过程,从中我们可以发现全机静力试验一体化框架与加载系统是飞机地面静载强度试验的关键系统,是试验能否按时、安全、有效完成的重要环节,也是技术难度和技术风险最高的环节。以“运20”为例,首飞前整机地面综合试验要进行十三大项试验,持续将近200天。

全机静力试验一体化框架系统

        飞机的全机地面静力试验的难度高在一体化框架系统的建设,风险大在整个静力加载过程的不可预知性,试验过程还具有较大的安全风险,整个过程不仅需要耗费巨大的财力物力和时间,稍有不慎还会在实验中出现非预期的结构损伤和破坏,一直以来这些问题是影响强度所试验顺利进行的较大因素,尤其在近年来随着国防投入持续增加,各种新型号的飞机不断,如果说海军的军舰入列如下饺子一般,那飞机型号就好比放风筝似的,在时间紧、型号多、任务重的局面下,如何在保证试验效果的前提下提高试验效率、缩短试验时间、加强试验过程的安全性,以及如何利用积累在手中的大量宝贵试验数据是强度所一直在考虑突破的问题。

复杂的精力加载系统

2.  解决方案

航空工业强度所锐意进取,积极开展虚拟现实技术在强度试验应用中的探索,提出“虚实结合,创新高效打造地面强度试验新模式”的发展思路,即在做好传统物理试验验证的同时,通过虚拟试验的有效辅助,为飞机结构地面强度试验提供全面技术支撑。

在选择虚拟现实软件平台上,强度所非常重视软件的国产自主知识产权和灵活开放的二次开发能力,北京朗迪锋科技有限公司自主开发的虚拟现实仿真平台软件依靠完善的虚拟现实仿真功能和可定制化的开发服务从多种选择中脱颖而出,成为强度所虚拟现实装配及试验可视化平台的软件基础。

虚拟现实装配及试验可视化平台主要是以虚拟试验模型为基础,开展辅助物理试验。试验前进行结构响应分析、危险部位识别和破坏预估,试验进行过程中进行试验实时监控、试验与分析相关性评估,试验结束后数据的管理和复现。可以有效降低试验风险、缩短试验周期、减少试验成本,达到优质高效完成试验任务的目的。

1.  通过的轻量化在线导入和参数化本地导入两种数据进入模式,将虚拟试验场景中的加载、支持、测量系统和飞机的三维模型轻量化处理进入虚拟现实平台软件。

2.  通过软件中多学科工程数据后处理可视化能力,将用户在用的多款仿真分析结果数据、试验测试数据导入并进行可视化处理与场景、数字样机实现融合展示。

3.  在场景模型和数字样机模型进入虚拟现实软件后进行素材整合、交互功能定义、工作流程及逻辑定义等工作,最终完成试验环境、试验方案的虚拟现实可视化。4.  试验过程中,虚拟现实装配及试验可视化平台可实时读取试验数据并结合可交互式虚拟现实显示系统以直观、易懂、逼真、沉浸的展现方式呈现。5.  试验完成后,经过虚拟现实装配及试验可视化平台处理的内容还可以发布到多通道立体显示系统,实现立体、交互、沉浸式展示,以便于多部门、多人协同评审。

MakeReal3D MultiViz

3.  媒体报道

近日航空工业强度所副总师聂小华接受科技日报专访中谈到,中国飞机强度研究所已经在ARJ21-700、C919、AG600等飞机全机静力实验中开始采用虚拟实验技术在实验前对实验体进行充分分析和预判,在实验过程中进行实验与分析的一致性评估,虚拟实验手段的应用在飞机研制过程中形成了虚实互动融合、双线并行的实验新模式。聂小华副总师讲到“虚拟实验技术是一项集大数据、计算力学与强度理论、实验数字化、虚拟现实等于一体的综合技术,利用现代数字建模、虚拟仿真、增强现实及数据挖掘等计算机数字化手段,在数字空间完成强度研究、设计、验证,在虚拟环境中进行飞机结构强度的评估与验证。”聂小华表示,虚拟实验可以指导和辅助物理实验,提高物理实验的成功率,同时还可以优化和减少物理实验工况,逐步替代部分物理实验,达到降低实验风险、缩短实验周期、节省实验成本的目的。(科技日报实习记者 于紫月)

4.  延伸

虚拟试验是近几年从事计算机辅助设计仿真的科研院所经常提到的一种应用场景,为了满足虚拟试验所需,北京朗迪锋科技有限公司开的软件推出的多学科工程后处理可视化,在此基础上用户方的多种数据,包括模型、各种仿真数据结果、试验数据结果等都可以进入到软件进行数据管理和后处理可视化,形成结合了多种类、多学科数据的综合数字样机,在此技术上进行虚拟试验的方案验证、过程模拟和数据复现,结合虚拟现实硬件条件,可支持多人、跨部门、异地、移动等全终端的交互形式。

当然,任何先进的科学理念和试验手段不可能一蹴而就,目前虚拟现实技术辅助试验还存在不小的难点,如对实验环境的数字化描述和结构力学特性的精确模拟等问题还需要逐步解决,为了进一步发挥虚拟试验在飞机结构地面强度试验中的重要作用,强度所还计划进一步开展基础技术研究,提高虚拟试验成熟度。通过研究和应用,达到基础部件的虚拟试验能力,实现部件级的平台验证;研究高效可靠的虚拟试验建模分析方法,实现虚拟试验精度可控;建立完善的基础试验数据,实现试验数据的体系化、规范化、完备化;进一步扩展虚拟试验功能;

在中国飞机强度研究所以及众多国防科研单位的鞭策和支持下,北京朗迪锋科技有限公司将坚持以自主研发为核心,努力创新、持续研发,为中国国防工业贡献一个国产软件企业微薄之力!