基于系统工程的航空发动机典型数字化试飞仿真应用系统设计

Design of a typical digital flight test simulation application system for aero-engines based on systems engineering

摘要

以航空发动机典型科目数字化试飞为应用目标，基于系统工程的思维模式，从需求分析、目标确认、架构设计、系统设计等方面开展航空发动机典型数字化试飞仿真应用系统设计，包括仿真目标结构化定义与分析模块、仿真业务架构分析与设计模块、任务仿真设计模块、测试参数与加装测点分析确定模块、任务仿真比对与智能监测模块、结果综合评估模块，支持基于模型的发动机试验设计、测试优化、安全监测及结果评估，实现航空发动机数字化试飞仿真及应用验证，能够适应航空发动机数字化研制新模式变革的需求，加快推进航空发动机数字工程建设与应用。

Abstract

With the goal of digital flight testing for typical aero-engine subjects，a simulation application system for aero-engine digital flight testing was designed based on a systems engineering mindset，covering demand analysis，objective confirmation，architecture design，and system design. This includes modules for structured definition and analysis of simulation objectives，simulation business architecture analysis and design，task simulation design，determination of test parameters and installation of monitoring points，task simulation comparison and intelligent monitoring，and comprehensive result evaluation. It supports model-based engine testing design，test optimization，safety monitoring，and result evaluation，enabling digital flight simulation and application verification for aero-engines. This system can adapt to the evolving needs of new digital development models for aero-engines，accelerating the construction and application of digital aero-engine projects.

关键词

系统工程 / 数字化试飞 / 航空发动机 / 需求分析 / 架构设计 / 仿真应用系统

Key words

systems engineering / digital flight testing / aero-engine / requirement analysis / architecture design / simulation application system

参考文献

[1] 汪应洛. 系统工程[M]. 6版. 北京: 机械工业出版社， 2024.

[2] 梁迪, 单麟婷. 系统工程基础与应用[M]. 北京: 清华大学出版社， 2018.

[3] 郭放, 刘徽, 杨慧赟, 等. 基于系统工程理论的军民机适航管理差异性分析[J]. 科学技术与工程, 2024， 24（13）: 5620-5625.

[4] GUO Fang， LIU Hui， YANG Huiyun， et al. Analysis of the distinction in military and civil aero-engine airworthiness management based on the systems engineering[J]. Science technology and engineering, 2024， 24（13）: 5620-5625（in Chinese）.

[5] 吴云皓, 董宇, 卢元杰. 数字工程战略在航空装备研发中的应用方法研究[J]. 飞机设计, 2025， 45（2）: 7-11.

[6] WU Yunhao， DONG Yu， LU Yuanjie. Research on application method of digital engineering strategy in aviation equipment development[J]. Aircraft design, 2025， 45（2）: 7-11（in Chinese）.

[7] 赵民, 周凡利, 陈立平, 等. 发展数字化工程，实现航天装备数字化[J]. 导弹与航天运载技术, 2021（6）: 106-113.

[8] ZHAO Min， ZHOU Fanli， CHEN Liping， et al. Digitalization of spacecraft by digitization engineering[J]. Missiles and space vehicles, 2021（6）: 106-113（in Chinese）.

[9] 黄维娜, 黎方娟, 祁宏斌. 航空发动机数字工程初步研究与发展思考[J]. 航空学报, 2024， 45（5）: 128-145.

[10] HUANG Weina， LI Fangjuan， QI Hongbin. Preliminary investigation and thoughts on aero-engine digital engineering development[J]. Acta aeronautica et astronautica Sinica, 2024， 45（5）: 128-145（in Chinese）.

[11] 罗婷婷. 基于系统工程的商用航空发动机研制需求管理方法研究[J]. 航空制造技术, 2015（3）: 109-111.

[12] LUO Tingting. System engineering-based requirement management method for commercial aeroengine[J]. Aeronautical manufacturing technology, 2015（3）: 109-111（in Chinese）.

[13] 席伟俤. DOORS在FADEC系统需求确认中的应用研究[J]. 航空计算技术, 2018， 48（2）: 86-89.

[14] XI Weidi. Research on application of DOORS in FADEC system requirements confirmation[J]. Aeronautical computing technique, 2018， 48（2）: 86-89（in Chinese）.

[15] 史妍妍, 王桂华, 刘庆东, 等. 航空发动机需求管理方法研究[J]. 航空发动机, 2017， 43（1）: 91-94.

[16] SHI Yanyan， WANG Guihua， LIU Qingdong， et al. Research on aircraft requirements management method[J]. Aeroengine, 2017， 43（1）: 91-94（in Chinese）.

[17] 卢川川, 李伦未, 孙文斌, 等. 航空发动机研制需求管理探析[J]. 燃气涡轮试验与研究, 2019， 32（4）: 58-62.

[18] LU Chuanchuan， LI Lunwei， SUN Wenbin， et al. Exploration of aero-enginge development requirements management[J]. Gas turbine experiment and research, 2019， 32（4）: 58-62（in Chinese）.

[19] 季雁, 李志敏. 需求管理在民用航空发动机研制中的应用[J]. 航空动力, 2020（2）: 36-39.

[20] JI Yan， LI Zhimin. The application of requirement management in civil aero engine[J]. Aerospace power, 2020（2）: 36-39（in Chinese）.

[21] 高媛媛, 覃宵. 基于数字化技术的航空发动机试车台发展探讨[J]. 内燃机与配件, 2025（9）: 96-98.

[22] GAO Yuanyuan， QIN Xiao. Development of aero engine test bed based on digital technology[J]. Internal combustion engine & parts, 2025（9）: 96-98（in Chinese）.

[23] 矫阳. 飞行试验是挑战风险探寻极限的系统工程[N]. 科技日报, 2023-05-05（2）.

[24] 刘思余, 梁言, 马明明. 基于离散优化的飞行试验点优化设计方法[J]. 空气动力学学报, 2023， 41（1）: 86-92.

[25] LIU Siyu， LIANG Yan， MA Mingming. Optimal flight test design method based on discrete optimization[J]. Acta aerodynamica Sinica, 2023， 41（1）: 86-92（in Chinese）.

[26] 潘鹏飞. 基于试飞数据的航空发动机状态监测与故障诊断[J]. 推进技术, 2021， 42（12）: 2826-2837.

[27] PAN Pengfei. Flight data based condition monitoring and fault diagnosis of aero-engine[J]. Journal of propulsion technology, 2021， 42（12）: 2826-2837（in Chinese）.

基金资助

工信部民机专项科研项目(MJZ3-2N22)