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本文的研究工作依托于“民用飞机系统综合集成设计及适航验证技术”项目,以民机安全关键系统之一的环控系统为研究对象,运用面向虚拟样机的数字化设计方法设计环控系统。通过研究环控系统数字化设计方法,解决传统设计方法存在的不足,提高环控系统设计效率和质量,缩减研制周期和成本。本文的研究工作包括以下内容:首先,简要介绍了课题的研究背景和意义,以及环控系统数字化设计的相关技术和国内外研究现状。第二,研究了环控系统数字化设计的方案。研究系统功能需求、组成和工作原理等环控系统特性;结合数字化设计概念,在传统设计方法的基础上结合环控系统的特性给出ECS数字化设计思路,弥补了传统设计方法的缺陷;接着研究了ECS数字化设计建模语言,数字化设计平台搭建以及数字化设计工作流。第三,环控系统虚拟样机模型设计。详细研究了核心建模语言SysML的规范和图符;在ECS数字化设计平台的Rhapsody软件模块上建立ECS数字化模型,包括需求分析、功能分析和设计综合三个阶段。通过模型描述ECS的功能、行为、架构以及数据交联关系,并进行模型阶段性检测,在系统工程层次上消除逻辑设计错误。第四,环控系统Simulink模型集成。在ECS数字化设计平台的Simulink软件模块上建立ECS控制系统模型,包括座舱温度和压力的Simulink模型;研究了SysML模型/Simulink模型的协同仿真原理;利用Rhapsody和Simulink的软件接口将Simulink模型集成到SysML模型中,构成完整的ECS虚拟样机。第五,环控系统数字化设计验证。基于ECS虚拟样机的数字化设计过程模型设计了可视化仿真界面,对所设计的ECS虚拟样机进行仿真,验证其功能、行为以及性能是否满足设计要求,并利用Rhapsody的代码自动生成功能生成ECS可执行代码。