1.  背景與挑戰(zhàn)

在歷史文化和飲食文化同樣悠久的長安城有這么一個航空工業(yè)的研究所，他們的主要工作就是對飛機“搞破壞”，從運20、C919到“鯤龍”AG600，每一架新型號試驗機都需在他們手里通過“百般蹂躪”之后才能取得通行證、允許投入飛行，這就是中航工業(yè)中國飛機強度研究所，中國飛機強度研究所是我國航空工業(yè)唯一的飛機強度研究中心與地面強度試驗驗證基地。具有代表國家對新研制飛機強度進行驗證試驗并給出驗證結論的職能。

作為“圈外人”，大家可能對飛機強度試驗不了解，在這里要注意“感謝CCTV”，在2018年系列報道《國家記憶》《大國鯤鵬》中第四集 “首次試飛”中較為完整的闡述了“胖妞兒”的飛機強度試驗過程，從中我們可以發(fā)現全機靜力試驗一體化框架與加載系統是飛機地面靜載強度試驗的關鍵系統，是試驗能否按時、安全、有效完成的重要環(huán)節(jié)，也是技術難度和技術風險最高的環(huán)節(jié)。以“運20”為例，首飛前整機地面綜合試驗要進行十三大項試驗，持續(xù)將近200天。

圖1 全機靜力試驗一體化框架系統

        飛機的全機地面靜力試驗的難度高在一體化框架系統的建設，風險大在整個靜力加載過程的不可預知性，試驗過程還具有較大的安全風險，整個過程不僅需要耗費巨大的財力物力和時間，稍有不慎還會在實驗中出現非預期的結構損傷和破壞，一直以來這些問題是影響強度所試驗順利進行的較大因素，尤其在近年來隨著國防投入持續(xù)增加，各種新型號的飛機不斷，如果說海軍的軍艦入列如下餃子一般，那飛機型號就好比放風箏似的，在時間緊、型號多、任務重的局面下，如何在保證試驗效果的前提下提高試驗效率、縮短試驗時間、加強試驗過程的安全性，以及如何利用積累在手中的大量寶貴試驗數據是強度所一直在考慮突破的問題。

圖2 復雜的精力加載系統

2.  解決方案

航空工業(yè)強度所銳意進取，積極開展虛擬現實技術在強度試驗應用中的探索，提出“虛實結合，創(chuàng)新高效打造地面強度試驗新模式”的發(fā)展思路，即在做好傳統物理試驗驗證的同時，通過虛擬試驗的有效輔助，為飛機結構地面強度試驗提供全面技術支撐。

在選擇虛擬現實軟件平臺上，強度所非常重視軟件的國產自主知識產權和靈活開放的二次開發(fā)能力，北京朗迪鋒科技有限公司自主開發(fā)的虛擬現實仿真平臺軟件依靠完善的虛擬現實仿真功能和可定制化的開發(fā)服務從多種選擇中脫穎而出，成為強度所虛擬現實裝配及試驗可視化平臺的軟件基礎。

虛擬現實裝配及試驗可視化平臺主要是以虛擬試驗模型為基礎，開展輔助物理試驗。試驗前進行結構響應分析、危險部位識別和破壞預估，試驗進行過程中進行試驗實時監(jiān)控、試驗與分析相關性評估，試驗結束后數據的管理和復現。可以有效降低試驗風險、縮短試驗周期、減少試驗成本，達到優(yōu)質高效完成試驗任務的目的。

1.  通過的輕量化在線導入和參數化本地導入兩種數據進入模式，將虛擬試驗場景中的加載、支持、測量系統和飛機的三維模型輕量化處理進入虛擬現實平臺軟件。

2.  通過軟件中多學科工程數據后處理可視化能力，將用戶在用的多款仿真分析結果數據、試驗測試數據導入并進行可視化處理與場景、數字樣機實現融合展示。

3.  在場景模型和數字樣機模型進入虛擬現實軟件后進行素材整合、交互功能定義、工作流程及邏輯定義等工作，最終完成試驗環(huán)境、試驗方案的虛擬現實可視化。4.  試驗過程中，虛擬現實裝配及試驗可視化平臺可實時讀取試驗數據并結合可交互式虛擬現實顯示系統以直觀、易懂、逼真、沉浸的展現方式呈現。5.  試驗完成后，經過虛擬現實裝配及試驗可視化平臺處理的內容還可以發(fā)布到多通道立體顯示系統，實現立體、交互、沉浸式展示，以便于多部門、多人協同評審。

圖3 MakeReal3D MultiViz

3.  媒體報道

近日航空工業(yè)強度所副總師聶小華接受科技日報專訪中談到，中國飛機強度研究所已經在ARJ21-700、C919、AG600等飛機全機靜力實驗中開始采用虛擬實驗技術在實驗前對實驗體進行充分分析和預判，在實驗過程中進行實驗與分析的一致性評估，虛擬實驗手段的應用在飛機研制過程中形成了虛實互動融合、雙線并行的實驗新模式。聶小華副總師講到“虛擬實驗技術是一項集大數據、計算力學與強度理論、實驗數字化、虛擬現實等于一體的綜合技術，利用現代數字建模、虛擬仿真、增強現實及數據挖掘等計算機數字化手段，在數字空間完成強度研究、設計、驗證，在虛擬環(huán)境中進行飛機結構強度的評估與驗證。”聶小華表示，虛擬實驗可以指導和輔助物理實驗，提高物理實驗的成功率，同時還可以優(yōu)化和減少物理實驗工況，逐步替代部分物理實驗，達到降低實驗風險、縮短實驗周期、節(jié)省實驗成本的目的。（科技日報實習記者 于紫月）

4.  延伸

虛擬試驗是近幾年從事計算機輔助設計仿真的科研院所經常提到的一種應用場景，為了滿足虛擬試驗所需，北京朗迪鋒科技有限公司開的軟件推出的多學科工程后處理可視化，在此基礎上用戶方的多種數據，包括模型、各種仿真數據結果、試驗數據結果等都可以進入到軟件進行數據管理和后處理可視化，形成結合了多種類、多學科數據的綜合數字樣機，在此技術上進行虛擬試驗的方案驗證、過程模擬和數據復現，結合虛擬現實硬件條件，可支持多人、跨部門、異地、移動等全終端的交互形式。

當然，任何先進的科學理念和試驗手段不可能一蹴而就，目前虛擬現實技術輔助試驗還存在不小的難點，如對實驗環(huán)境的數字化描述和結構力學特性的精確模擬等問題還需要逐步解決，為了進一步發(fā)揮虛擬試驗在飛機結構地面強度試驗中的重要作用，強度所還計劃進一步開展基礎技術研究，提高虛擬試驗成熟度。通過研究和應用，達到基礎部件的虛擬試驗能力，實現部件級的平臺驗證；研究高效可靠的虛擬試驗建模分析方法，實現虛擬試驗精度可控；建立完善的基礎試驗數據，實現試驗數據的體系化、規(guī)范化、完備化；進一步擴展虛擬試驗功能；

在中國飛機強度研究所以及眾多國防科研單位的鞭策和支持下，北京朗迪鋒科技有限公司將堅持以自主研發(fā)為核心，努力創(chuàng)新、持續(xù)研發(fā)，為中國國防工業(yè)貢獻一個國產軟件企業(yè)微薄之力！

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