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Aircraft Systems Conceptual Design: An object-oriented approach from <element> to <aircraft>
Linköping University, Department of Management and Engineering, Fluid and Mechatronic Systems. Linköping University, Faculty of Science & Engineering.
2016 (English)Doctoral thesis, monograph (Other academic)
Abstract [en]

Aircraft Conceptual Design (ACD) is facing new challenges on the way to enhanced fidelity level required of the nowadays complex system design. Namely the integration of models and simulations of different fidelity levels to enhance the analysis capability while maintaining a streamlined, transparent, and low cost working process is required.

In this thesis, the use of object-oriented Knowledge-Based Engineering (KBE) methods to enable an early integration of simulation models within the ACD phase are presented. Careful investigations of modelling and simulation approaches of multi-domain systems are carried out before, and their use in the ACD phase is examined regarding the efficiency between spend effort and result in accuracy. Enabling the named topics, a central, parametric information model approach is presented. By the extended use of XML, XSD and XSLT, domain-specific models can be translated from this dataset, supporting a direct CAD and automated simulations integration.

Modelling systems as graph networks is a simple approach for unified modelling within the conceptual design stage. Based on this theory, the similarity of different modelling approaches like Dependency Structure Matrix (DSM), MDDSM, or Channel-Agency Networks is shown. Using object-oriented programming, all these and more aspects such as e.g. Fault Tree Analysis (FTA) can be globally handled as one graph set.

Based on the outcomes of the theoretical part, the development of a ACD framework is described. Backed by a central XML-based namespace, this framework integrates a complete CAD environment to ensure an appropriate environment for the geometric domain modelling. Furthermore, the use of KBE for automated simulation model integration is exemplified by a whole aircraft simulation including the hydraulic aircraft flight control system (FCS).

Abstract [de]

Mit steigenden Anforderungen durch immer mehr optimierte, leistungsfähigere, zuverlässigere und langlebigere technische Produkte nimmt die Modellierung und Simulation einen immer größeren Stellenwert ein. Um das Zusammenspiel von Systemen bereits im Flugzeugvorentwurf analysieren zu können, bedarf es einer geschickten Systemmodellierung und geeigneter Arbeitsprozesse, die die Erstellung von Simulationsmodellen auf Basis unvollständiger Daten- und Informationslage ermöglichen. Vor Allem, um das volle Optimierungspotential moderner, integrierter elektrischer Systemarchitekturen ausschöpfen zu können, ist eine Einbeziehung dieser in das Gesamtkonzept innerhalb des Flugzeugvorentwurfs notwendig.

In dieser Arbeit wird ein wissensbasierter Arbeitsprozess (englisch: Knowledge-Based Engineering) für den Flugzeugvorentwurf präsentiert, welcher die Zusammenführung unterschiedlicher Informationen – wie z.B. Domänen- und Produktspezifischer Daten ermöglicht. Dies soll die Einbeziehung der Bordsystemarchitekturen dienen, um die gestiegenen Genauigkeitsanforderungen im Flugzeugvorentwurf bewältigen zu können. Dem vorausgehend werden verschiedene Modellierungsgrundsätze erörtert und ihre Anwendungsmöglichkeit im Hinblick auf die mögliche Implementierung und Anwenderfreundlichkeit im Flugzeugvorentwurf diskutiert.

Ausgehend von den theoretischen Überlegungen wird die Entwicklung eines XML-basierten Flugzeugvorentwurfsprogramms beschrieben, das die vollständige Integration eines kommerziellen CAD-Werkzeuges ermöglicht. DesWeiteren werden die Möglichkeiten aufgezeigt, welche sich durch den Einsatz eines universalen Modells im XML-Format ergeben. Durch Interpretation der Produktdaten in Form eines Graphennetzwerks werden verschiedene Modellierungs- und Analysemöglichkeiten wie Beispielsweise DSM und C-A Net Modell erörtert und die Integration von Teilaspekten wie der Systemzuverlässigkeit aufgezeigt.

Ziel ist ein universeller Modellierungsansatz, der eine plausible, verständliche und anwenderfreundliche Integration der verschiedenen Teilaspekte des Flugzeugvorentwurfs ermöglicht sowie die Einbindung domäne-spezifischer Programme (wie z.B. CAD) mit Hilfe einer parametrischen, auf XML basierenden Datenbank erlaubt.

Place, publisher, year, edition, pages
Linköping: Linköping University Electronic Press, 2016. , 157 p.
Series
Linköping Studies in Science and Technology. Dissertations, ISSN 0345-7524 ; 1805
National Category
Embedded Systems Vehicle Engineering Fluid Mechanics and Acoustics
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-132614DOI: 10.3384/diss.diva-132614ISBN: 9789176856369 (Print)OAI: oai:DiVA.org:liu-132614DiVA: diva2:1047138
Public defence
2016-12-08, ACAS, A-huset, Campus Valla, Linköping, 10:15 (English)
Opponent
Supervisors
Funder
VINNOVA, 2010-1251VINNOVA, 2014-0927
Available from: 2016-11-16 Created: 2016-11-16 Last updated: 2016-11-16Bibliographically approved

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Aircraft Systems Conceptual Design: An object-oriented approach from <element> to <aircraft>(5614 kB)54 downloads
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File name FULLTEXT01.pdfFile size 5614 kBChecksum SHA-512
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File information
File name COVER01.pdfFile size 207 kBChecksum SHA-512
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Staack, Ingo
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Fluid and Mechatronic SystemsFaculty of Science & Engineering
Embedded SystemsVehicle EngineeringFluid Mechanics and Acoustics

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