航空機のシステムエンジニアリングを加速する仮想的な航空機統合

航空交通の需要に伴う課題に対応するには、まったく新しい技術やコンセプトが必要です。気候変動や交通渋滞の問題に加えて、高まる安全 / セキュリティ要件に対処するうえで、未来の航空交通コンセプトが不可欠になっています。世界経済がより相互に関わり合うなか、業界全体で連携し、次世代に向けた最適なコンセプトを生み出さなければなりません。航空業界は大規模なパラダイムシフトが求められています。

このホワイトペーパーで、仮想統合航空機 (VIA: Virtual Integrated Aircraft) 手法が航空機のシステムエンジニアリングをいかに加速させるかを紹介します。モデルベースの設計手法を取り入れることで、コンポーネントからシステム全体にいたる複雑な航空機システムの統合を習得できます。

航空機モデルの統合にモデルベースの設計手法を採用し、航空機のシステムエンジニアリングを加速

モデルベースの設計手法を取り入れることで、最新の技術でエンジニアリングプロセスを改善できる可能性が広がります。このプロセスは部品表 (BOM) を使用する段階から始まり、すべての変更を管理し、統合システムのテストプロセスにいたるまで、航空機のサブシステム全体の要件検証を追跡します。

システムレベルと構造エンジニアリングレベルでは、スケーラブルなマルチドメイン設計ツールを使ってモデルベースの設計手法を実現し、複雑な航空機システムの設計・開発に対処します。

システムのエンジニアリングとは、正常および異常な条件下、またあらゆる運用サイクルを通じて、さまざまな物理現象が製品の機能にどのような影響を及ぼすかを理解することです。航空機のシステムエンジニアリングの複雑さに対応するには、マルチドメインのツールが不可欠です。

モデルベースの設計手法を用いることで、航空機モデルを早い段階から統合して、仮想航空機システムのマルチフィジックス性能を評価・検証することができます。

Irkut CorporationがMC-21旅客機システムの開発・統合にシステムシミュレーション・ソリューションをどのように活用しているか

これまで、複雑な航空機システムの統合の課題は詳細設計の段階で解決し、微調整やキャリブレーションはベンチテストや飛行テストの段階で行うのが一般的でした。しかしIrkut Corporationは、MC-21旅客機システムの開発と統合に、Simcenter Amesimの導入を決定し、システムエネルギー分配アプローチ (システムパワーバランス) に基づいた実績ある設計ツールを使って、物理コンポーネントの相互作用レベルでシステム統合の課題に取り組むことにしました。

同社エンジニアリングセンターのエンジニアは、航空機システムとコンポーネントのマルチフィジックスのシステムシミュレーションモデルを用いて、設計の前段階と詳細設計の初期段階に航空機システム間の相互作用を物理レベル (熱、油圧、流体力学、電気、機械、制御など) で解析しました。

Irkut CorporationがどのようにMC-21旅客機システムを開発・統合したかをお読みください。

エアバス・ヘリコプターズがシステムシミュレーションとバーチャル航空機手法を取り入れる理由

エアバス・ヘリコプターズのNicolas Damiani氏 (シミュレーション / オペレーション解析エキスパート) が、シミュレーションとバーチャル航空機の役割について語ります。Simcenterブログのインタビューやケースタディをお読みいただけます。

関連するホワイトペーパー: 未来の航空機のイノベーション

このホワイトペーパーは、モデルベース・システム・エンジニアリング (MBSE) アプローチによって、メーカーとサプライヤーが未来の航空機をいかに革新させるかを説明しています。

包括的なデジタル・ツインを性能エンジニアリングに適用する方法、現実的なシミュレーションを通じて検証と妥当性評価を進める方法、設計領域のサイロ化を排除し、設計の複雑性に効率的に対処する方法が分かります。ホワイトペーパーはこちらからご覧ください。

最新・次世代航空機の性能エンジニアリングに役立つSimcenterソリューション

空力、構造、システムに関して今日どのような選択をするかによって、明日の航空機の性能が決まり、10〜40年先の航空機プログラムの成否が分かれる可能性があります。統合デジタライゼーション戦略は、航空機プログラムを加速させ、エンジニアリングリスクを低減してより良い設計を素早く実現することで、設計サイクルの後半にコストのかかる問題が発生するのを回避します。

Simcenterは、航空機の性能エンジニアリングに役立つ豊富な統合ソリューションを提供し、包括的なデジタル・ツインの生成を可能にします。

Model-based design

Modern technologies have the potential to improve engineering processes by implementing a model-based design approach. The process starts with the bill-of-materials (BOM) and manages every change, keeping track of the requirement verification throughout the aircraft subsystems until the integrated system testing processes.

On the systems and structural engineering level, scalable multi-domain engineering tools help you to implement a model-based design approach and capture the complexity of aircraft systems design and development.

Engineering a system is all about understanding how the different physical phenomena affect a product’s functionality under normal and abnormal conditions as well as throughout all operational cycles. The complexity of aircraft systems engineering mandates tools that are truly multi-domain.

Using a model-based design approach, you can realize early aircraft model integration to assess and validate the multiphysics performance of the virtual aircraft systems.

Modeling and simulation for aircraft systems integration

Model-based design with aircraft system simulation closes the loop between the physical and digital world, enabling collaborative engineering processes throughout the extended enterprise of the aviation industry. Tools are available to help the industry initiate the engineering methodology shift for engineers to represent all the physics in an aircraft, such as structural, mechanical, fluid, electrical and thermal, and simulate their dynamic interactions. These tools address the component level up to the system level and can be integrated into a product lifecycle management process.

Model-based design with system simulation is becoming increasingly important in the field of aircraft development. Today, aircraft architecture needs to inherently reflect not only the dynamic interaction and the physical systems but also performance factors, such as fuel economy, safety, emissions and cabin comfort. System simulation allows a product to evolve in the best-possible manner throughout the development timeline.