西门子LMS平台
在航空机电产品概念与开发阶段的应用
夏天翔 博士 工程师 ASEP 航空工业 南京机电 能源传动部 2018年6月1日
主要内容
背景概述
LMS平台的应用案例
总结
背景概述——行业背景
航空工业金城南京机电液压工程研究中心
国内一流的航空机电系统（产品）供应商
中心愿景：引领航空机电新发展，成为国际化卓越强者
在航空机电行业内，率先建设集成产品开发（IPD）、基 于模型的系统工程（MBSE）等管理、研发体系
主要产品有航空柱塞泵、冲压空气涡轮（Ram Air
Turbine，简称RAT）、旋转驱动装置等军机和民机产品
背景概述——行业背景
航空机电系统：
利用机械能、电能、液压 能等各种二次能源，完成 飞机各种飞行保障功能的 系统，如液压、环控、燃 油系统
由各类航空机电产品组成
航空机电产品——
特点：小批量、定制化 挑战：快速设计、验证
生命周期
产品从构思到退出市场的过程 INCOSE 系统工程手册
概 念 开 发
生产使用 退出 维持
背景概述——生命周期
开 发 阶 段
定义、细化系统需求
架构和设计
实施最初的系统
综合、验证并确认系统
概 念 阶 段
定义问题空间
识别和细化利益攸关者需要
探索可行方案
提出解决方案
背景概述——生命周期
概念阶段-探索可行方案
航空柱塞泵
任务：已知压力-流量等要求，研究 转子柱塞CBB（共用基础模块）重用 可能性
措施：CBB模块仿真分析
（UG三维+AMESim 1D模型）
优点：
CBB模块不再是单一的三维
仿真模型模块化、重用
CBB重用有理有据
概念阶段-探索可行方案
某驱动装置
任务：快速确定可行机构方案，向客户汇报 措施：AMESim运动机构建模仿真
优点：
参数化建模
实时分析
生成动画、方便理解和沟通
与基于公式的传统手段相比，时间缩短
60%
开发阶段-需求的数字验证
序号 需求类型 仿真工具
1 功能需求 AMESim、Virtual Lab等 2 性能需求 AMESim、Virtual Lab等 3 环境适应性需求
（温度、振动） Virtual Lab等
4 可靠性需求 AMESim、Virtual Lab等 5 耐久性需求 Virtual Lab Durability等
开发阶段-初步设计
RAT：
飞机应急能源装置，当飞机失去主副动力时伸 出机身，提取风的机械能
液压驱动模块 运动机构动力学模块 气动功率提取模块
AMESim系统仿真模型：研究关键参数对RAT性能等影响
航空柱塞泵
任务：调压机构详细设计与校核 措施：AMESim+Motion联合仿真 优点：
能够准确获得转动惯量、斜盘 力矩等数据
能够计算柱塞泵各关键部件受 力
开发阶段-详细设计
开发阶段-详细设计
RAT
任务：主承力部件详细设计与优化 措施：AMESim+Motion联合仿真
优点：
AMESim液压模型计算液压阻尼力
Motion多体动力学模型计算动态参 数
刚柔耦合计算各关键部件应力水平
开发阶段-详细设计
基于1D+3D刚柔耦合仿真分析结果
疲劳： Virtual Lab Durability模块实现疲劳寿命预测。
可靠性：基于蒙特卡洛模拟实现考虑加工工艺、材料不确定 性的可靠度计算。
RAT前接杆（关键结构件）——疲劳可靠性分析
开发阶段-虚拟试验与物理试验
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 0.5 1 1.5
应力（MPa）
时间（s）
试验
1D+3D刚柔 仿真
耦合仿真 风洞试验
试验工况
动态应力计 算值 动态应力
试验值
对比
RAT前接杆动态应力仿真与试验验证
