CEASIOM – 多精度多学科飞机合作集成设计平台 简介之一

zhangmengmeng

CEASIOM作为一个国际领先的集成多精度多学科软件模块的飞机设计平台（侧重与概念设计和前期设计），具有很多的先进性。现在我就CEASIOM的历史背景，现在状态和未来展望做一个简单的介绍，并在最后简单介绍一个用CEASIOM设计的例子。(转载请注明出处，请勿将本帖子的内容用于各类学术论文）

1.  历史背景
CEASIOM 的前身是QCARD，这是Askin Isikveren[1]在他博士期间写的软件（2002年）。QCARD是一个基于XML文件格式并可可视化飞机模型的软件。在2006年，欧盟第六届 框架项目SimSAC历时三年开发了CEASIOM。CEASIOM可生成起动数据库，为做六自由度的飞行仿真做准备。还可以建立梁和板（plate）的 结构模型，进行弹性力学分析。其中无论是气动还是结构计算/分析，都强调多精度/混合精度，并尝试用替代模型进行数据融合。
2015年7月刚刚起动的欧盟Horizon 2020项目AGILE中，CEASIOM将作为项目目标集成MDO软件的起点软件平台之一。

2. 概念设计的现状和前景
传 统的概念设计（以及前期设计preliminary design早期）多依赖于经验法，为此，所依赖的软件多为US Air Force 的Datcom，Dar Corp的AAA 等。而现代飞机设计，其一，需设计很多新型飞机（unconventional configuration），这些经验法不足以提供可信的结果；其二，计算机速度的提高和大型计算机（HPC）的应用，使大型计算成为日常计算的一部 分。结合以上两点，将高精度计算和分析引入飞机概念设计阶段已成为趋势。2015年1月于Kissimmee举行的SciTech国际会议上，于1月5日 下午3点45分进行的keynote speech "Technology Roadmaps Pave the Way to Our Future" 上指出，要将CFD引入飞机概念设计（“ ...a potential of making more use of CFD in conceputal design ...", " Wanted: more focus on CFD")

3. 填补概念设计和后期设计之间的缺口（gaps）
飞 机设计过程人为的分为不同的阶段，概念设计(conceptual design)，前期设计(preliminary design)和细节设计(detailed design)。工业界一直遵从这样的设计顺序。可在不同设计阶段间，以及同一设计阶段不同学科/模块/软件间，数据要经过多次转换，在这些转换的过程 中，数据容易丢失, 误差容易增加。这些无法将数据无缝转接的事实，成为设计阶段间的缺口(gaps).如何填补这些gaps，德宇航（DLR）于2010年至2012年在 TIVA和VAMP项目中，推出了一种数据为中心的共同语言标准CPACS[2]。CPACS使数据为中心的飞机设计平台成为可能。CEASIOM采用了 CPACS语言标准。

zhangmengmeng

4. CEASIOM设计案例1： 跨音速巡航者TCR的设计[3]


跨音速巡航者（TRansonic Cruiser)是一款由瑞典著名战斗机研发制造公司萨博（Saab Group)提出设计要求和提供基线的飞机，要求巡航马赫数达到0.97。通过CEASIOM对设计基线进行多学科分析，发现其存在一系列问题，需要重新设计。其中主要包括：飞行的静态稳定性太差（hard to trim），需要较大的攻角以及副翼控制角; 弹性力学性能过差，T型尾翼甚至在低速下都可产生震颤（flutter）。 运用CEASIOM在满足设计要求的情况下，对TCR进行重新设计，并进行了气动，弹性力学，以及飞行力学的多学科的模拟和分析，最终确定了一款鸭式布局的机型TCR-C15为最优布局。在CEASIOM中进行的了飞行模拟，并在俄罗斯航空局TsAGI制作了风洞模型并进行了低速风洞实验进行验证。

zhangmengmeng

图1； 跨音速巡航者的CAD基线模型

zhangmengmeng

图2： 左：TCR基线在CEASIOM中的模型；中：重新设计的TCR的中间版本；右：最终的优化模型TCR-C15

zhangmengmeng

TCR-C15在CEASIOM的飞行模拟模式下进行模拟飞行

zhangmengmeng

CEASIOM飞行控制模块中的执行器和控制律 （Augmentation System), 运用简单的PI/PID校正实现

zhangmengmeng

参考文献：

[1] Askin T. Isikveren, QUASI-ANALYTICAL MODELLING AND OPTIMISATION
TECHNIQUES FOR TRANSPORT AIRCRAFT DESIGN, Doctoral Thesis, Royal Institute of Technolog KTH, Stockholm, Sweden, 2002.

[2] https://software.dlr.de/p/cpacs/home/, visited on 8 August 2015.

[3] Arthur Rizzi, et al., Design of a canard configured TransCruiser using CEASIOM, Progess in Aerospace Sciences, 47(8):695-705, 2011

[4] Mengmeng Zhang, Contributions to Variables Fidelity MDO Framework for Collaborative and Integrated Aircraft Design, Doctoral Thesis, Royal Institute of Technolog KTH, Stockholm, Sweden, 2015.

ACTDesigneryl

非常期待啊。图中那个圆形仪表很不错啊，能够模拟飞行吗?