GCKontrol-GCAir工具链在飞机功能系统设计中的应用
前言
当前，数字化转型正引领着飞行器研发方式向智能化、协同化、定制化、自主化等方向发展，为飞行器研发带来了新的机遇和挑战。其中，系统仿真作为数字化转型的重要工具，在飞行器研发过程中发挥着关键作用。国际上，各大航空制造商纷纷加大在数字样机和虚拟仿真领域的投入，力图通过先进的数字化手段加速产品研发周期，提高设计准确性和可靠性。我国的航空行业也紧随这一技术趋势，持续深化数字化转型，确保在国际竞争中占据有利位置。
在此技术革新的背景下，世冠科技的GCKontrol-GCAir基于模型的系统设计工具链，凭借其在复杂装备系统建模、综合虚拟飞行试验以及虚实融合仿真测试领域的优秀表现，得到了用户的一致认可。
本文致力于对GCKontrol-GCAir基于模型的系统设计工具链在航空领域正向研发模式中的应用实践进行深度剖析，探究其如何提升设计效率、优化装备性能并促进技术快速迭代等方面的独特价值与具体应用策略。
工具链概述
世冠科技聚焦MBSE底层技术，构建起“GCKontrol-GCAir基于模型的系统设计工具链”，覆盖研发设计全流程，实现了基于模型的系统设计、仿真及测试验证，并可支持数字孪生体的构建与应用。核心关键技术处于国内首创、国际领先地位，已具备对欧美相应软件的国产化能力。
主要包括：
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GCKontrol系统设计与仿真软件
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GCAir系统测试验证一体化平台
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TestManager自动化测试工具
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GCAir实时仿真机
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3D航空视景系统
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可视化任务仿真环境
GCKontrol-GCAir基于模型的系统设计工具链
应用流程
GCKontrol-GCAir基于模型的系统设计工具链，为飞行器的系统设计、试验鉴定、运用保障提供全面的解决方案，下面介绍这一工具链在飞行器研制中的具体应用流程和方法。
1、飞行器子系统设计
GCKontrol支持对飞行器各子系统进行详细建模，并且软件内置大量白盒示例工程，可以快速修改后复用。
2、飞行器系统集成
GCAir支持对飞行器进行系统架构设计、多源异构模型集成、模型校核优化，能够集成任务仿真环境，以及控制系统模型（飞控系统、起落架控制系统、发动机控制系统等）、物理系统模型（飞行动力学模型、发动机模型、起落架模型、航电系统模型、机电系统模型等各类分系统模型，以及历史实飞数据等数据模型），搭建飞行器飞行仿真系统。
飞行器飞行仿真系统集成
对于三维有限元仿真模型/CFD流体仿真模型，支持将其降阶模型集成到飞行器数字样机中。
三维降阶模型的集成
3、全虚拟仿真+虚实融合仿真
在GCAir中支持同一平台连续飞行器飞行仿真系统的全虚拟仿真测试和半实物仿真测试，并且支持虚实一键切换、硬件或模型随动仿真等特色功能。虚实映射工具能够将飞行器实物部件的物理端口与模型变量进行关联绑定，构建飞行器半实物仿真系统。GCAir也能够将实飞数据接入飞行器飞行仿真系统进行快速模型校核优化。
虚实一键切换、硬件或模型随动仿真
4、数字化飞行试验与性能摸边探底
基于飞行器数字样机，参照相关标准，针对不同飞行工况进行飞行性能试验，例如机动性能、最大速度、起飞和着陆性能、爬升性能、升限、续航能力、燃料效率。采用自动化测试工具TestManager批量生成覆盖边界条件的测试用例、批量执行覆盖性测试用例、自动生成测试报告的方法，鉴定飞行器的性能边界，指导飞行器运用安全裕度的同时，挖掘最大效能，也为飞行器的升级优化设计提供数据支撑。
5、运用保障
GCKontrol-GCAir基于模型的系统设计工具链能够集成飞行器在役期间的海量运行数据，运用GCAir仿真能力、内置Jupyter的高级数据分析算法（如机器学习）对数据进行深度挖掘分析，实时评估飞行器的健康状况、预测潜在的故障模式，发出预测性维护警告。此外，可以将GCAir工程部署在飞行模拟器后，通过飞行员在环仿真，提升飞行员应对突发状况的能力，降低实际操作风险。
应用案例
GCKontrol-GCAir基于模型的系统设计工具链在飞行器研制中的应用场景主要集中在飞行器系统建模、全虚拟仿真和半实物仿真、数字孪生的实施上。以下是几个具体的应用场景概述：
飞机飞行动力学建模仿真
本案例在飞机数字样机开发过程中，利用GCKontrol软件进行飞机飞行动力学模型构建，通过运动学和动力学模型模拟飞机三个平动（纵向、横向、垂向）、三个转动（俯仰、偏航和滚转）共6个自由度的瞬时参数及其变化情况，结合坐标转换矩阵，对飞机进行操纵量输入到执行机构和发动机，再基于气动数据、飞机转动惯量、质量等参数输入来得到飞机的航迹、速度、加速度、姿态角、姿态角速度等参数。
飞机飞行动力学模型架构
飞发一体化综合仿真
本案例基于GCKontrol-GCAir基于模型的系统设计工具链构建了飞发一体化综合仿真系统，建立全包线，用于评估发动机性能、噪音、排放和安全性，并利用三维视景技术动态显示飞机的飞行场景，最终实现了飞发一体化综合仿真系统的数字孪生和综合虚拟验证。
飞发一体化综合仿真系统架构图
飞发一体化综合仿真系统仿真结果曲线
无人机飞控系统的虚实结合的适航审定测试
本案例基于GCKontrol-GCAir基于模型的系统设计工具链，完成了无人机试验综合管理系统，该系统硬件参测设备包括六部分：加速度转台、大气模拟器、角速度转台、卫星导航模拟器、地面站、飞控制计算机。本案例完成了总体系统设计、多源异构系统集成，参测设备、激励设备硬件集成，完成了系统总体的半实物仿真、实时仿真，三维视景和数字孪生。并完成了自动化批量测试，自动化测试报告生成。实现了全面工具链对复杂装备系统设计研发过程的全生命周期覆盖。
无人机飞行控制与管理系统适航性测试验证架构图
GCKontrol-GCAir基于模型的系统设计工具链，通过整合一系列前沿技术，为飞行器从数字化建模到性能评估、数字孪生应用提供了解决方案，可以极大加速飞行器从概念设计到实际应用的进程。未来，世冠科技还将以该工具链为核心，持续推动技术创新与行业标准升级，为我国航空科技的飞跃贡献力量。