(来源:中国航空报)
梅彬
飞控系统它如同飞行器的“大脑”,帮助飞行员完成各种复杂的机动动作,但作为一名飞控设计师,我们的感觉是“如履薄冰”,任何一个设计和更改,都需要反复设计与验证,确保飞控系统的“万无一失”。
作为航空工业直升机所的一名直升机飞控设计师,我见证了飞控设计一步步的“成长”。早些年,论证飞控系统各种方案和设计,大家将自己的想法和分析结果写成各种文档,从“上游”的飞行力学设计到“下游”飞控软件的实现,文档如同“关节”一样传递着各种信息,但信息传递总有“损失”,导致在地面验证时才发现问题,这时我们就在“汗牛充栋”的文档中找出“问题”并解决它,那一刻,我深刻体会到基于文档的系统工程带来的版本孤岛与追溯断链。
后来我接触到基于模型的系统工程,记得第一次看见老师用SysML语言建立飞控需求图:飞行员操纵→姿态响应→舵机指令→气动影响,参数双向追溯,改动一处,关联块实时刷新。我感受到了“设计即验证”的威力,也第一次意识到飞控架构和设计逻辑原来可以画出来。那一刻,我觉得这就是我们想要的“系统工程”。
随着集团公司大力推进系统工程落地,我们也开始了“MBSE之旅”,挑最熟悉的系统架构开始,采用传统的方法描述一个飞控系统架构需要写100页需求、80页接口、50页测试文档,现在需要用SysML 一张“活动图”说清信号流和逻辑关系,并能够完成“虚拟”测试。大家在建模时发现,建模远比想象困难,比如一个简单的角速度反馈环节描述为活动图,模型检查时候却总是通过不了,最后发现活动属性缺少“量纲转换”的约束。大家对这些“默认”的东西总是描述得不够仔细,这种“粗心”只有到后续验证环节中才能发现,必然带来大量工作反复。
当我们渐渐接受了建模方法,终于可以用“状态机图”描述系统的复杂行为,当我们把各种模态切换和余度切换条件写进模型时候,系统能够准确描述成系统动态过程中的舵机运动状态,发现大量原来在地面试验阶段或者空中试飞才能发现的问题。使得问题在需求阶段即被捕获,大家第一次真切感到——模型比人更较真。
“十四五”期间,我们承担的国家重点型号,设计师团队从上到下全面使用“模型”开展分析工作,系统之间的交流也从原来的“文档”转为“模型”,构建了全机基于模型的分析框架。气动设计的一个更改,可以直接得到飞控的评估结论,飞控架构的调整也能直接反映在安全性分析结论上,大家就像一架紧密运行的“虚拟直升机”。大家感慨,以前改一行字,桌子上的纸能堆半人高;现在模型像紧密的齿轮把大家都串起来了。
有人问我:“MBSE就是画漂亮图吗?”我笑说:“图只是跑道,真正的起飞是‘可追溯、可验证、可协同’的系统文化。”
当采用全模型流程的直升机轻盈掠过跑道,我知道,它的每一次低头抬头,背后都跳动着一条条可追溯的数字脉络;而我,也在这条脉络里找到了自己的成长坐标。未来,我们还将驶向数字孪生、智能适航的更广阔天空,但MBSE教会我的那段“把复杂飞控装进一张图”的初心,将始终照亮下一段航线。