一种面向涵道飞行器气动特性验证的数字孪生平台

本发明涉及新能源领域，具体而言，涉及一种面向涵道飞行器气动特性验证的数字孪生平台。

背景技术：

1、随着数字孪生技术的不断发展和普及，其在航空领域的应用也日益广泛。其中，利用数字孪生技术对飞行器进行数字化测试建模已经成为一种趋势。数字孪生技术通过将实际飞行器的物理特性与数学模型相结合，可以在仿真环境中进行大量的测试和验证，从而为实际飞行器的设计和改进提供重要参考和指导。采用数字孪生技术可以弥补传统的实验测试中对于数据采集效率低下、数据可靠性低的缺陷。尤其对于涵道式飞行器而言，这种紧凑型飞行器的气动特性往往由多种模块结构耦合决定，因此对于其气动特性的测试往往需要大量的重复性测试，对于实验数据的可靠性及数据采集效率有较高要求。通过数字孪生技术可以提高测试效率，从而缩短涵道飞行器的设计周期。

2、然而，在设计涵道飞行器时，舵面的设计需要根据具体的涵道气动特性进行调整和优化。由于现有数据集难以完全反映实际舵面的特性，因此仅仅依靠现有数据集的方法无法精确地构建出符合特定要求的舵面气动模型。这意味着需要开展更多的实验或模拟来获取更准确的数据，以支持舵面气动模型的建立和优化，从而确保涵道飞行器在不同飞行条件下的稳定性和性能。因此我们对此做出改进，提出一种面向涵道飞行器气动特性验证的数字孪生平台。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：解决目前背景技术中存在的问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供了面向涵道飞行器气动特性验证的数字孪生平台，以改善上述问题。

3、本发明采用的技术方案是，一种面向涵道飞行器气动特性验证的数字孪生平台，包括：硬件采集平台，所述硬件采集平台连接数据链路层，所述数据链路层连接数据层，所述数据层连接应用层，所述应用层连接拟合孪生气动模型，且应用层还与硬件采集平台相互连接。

4、作为本申请优选的技术方案，硬件采集平台用于实现对单涵道飞行器的倾转扭矩力和动力结构升力数据的采集，且根据应用层设置的自动化测试实验参数，自适应地调整外部传感器电压，并为飞行器提供所需的电力供给，硬件采集平台还用于将采集到的原始数据传输至数据链路层，且硬件采集平台还用于连接上位机。

5、作为本申请优选的技术方案，硬件采集平台包括电源模块，电源模块连接电源输入、电源输出以及主控模块，所述主控模块连接信号输出、信号输入、通信模块以及数据采集模块。

6、作为本申请优选的技术方案，电源模块的用于将电池或直流电压源的v输出分为多路输出，以满足测试平台上飞行器的供电需求，并将部分电压转换为v用于adc供电及作为adc基准电压源。

7、作为本申请优选的技术方案，通信模块的用于建立上位机和主控模块之间的通信。

8、作为本申请优选的技术方案，数据采集模块用于采集外部传感器的模拟信号，并通过模数转换器(adc)将其转换为数字信号，以便主控模块读取并进行数据整合。

9、作为本申请优选的技术方案，主控模块是用于电源模块、电源输入、电源输出、信号输出、信号输入、通信模块以及数据采集模块，负责协调整个硬件系统的工作。

10、作为本申请优选的技术方案，数据链路层流程包括：编码，编码后进行缓存队列，然后传输队列，最后进行解码。

11、作为本申请优选的技术方案，数据层用于对接收到数据链路层的解码数据进行平滑窗口滤波处理并传输至应用层。

12、作为本申请优选的技术方案，拟合孪生气动模型通过接收应用层的数据及模型部署参数，先进行判断模型是否部署在算力较低的飞控平台，如果模型是用于飞控平台，则利用简易拟合对气动实验数据进行拟合，并发送给飞控平台进行参数更新，再显示实时预测的孪生动态模型，如果不是用于飞控平台，而是其他算力较高的平台，则利用深度模型拟合，然后直接输入至应用层并显示实时预测的孪生动态模型。

13、本发明的有益效果：与现有的方法相比，本发明提出的技术方案能够对不同类别的涵道飞行器的模块化组件进行实际数据采集与气动特性建模，同时将需要大量人工资源的测试任务转为自动化测试，减少由于人工及复杂环境带来的数据干扰，减少了人力开支，保证了数据一致性与稳定性，极大缩短了涵道飞行器的开发周期。

技术特征：

1.一种面向涵道飞行器气动特性验证的数字孪生平台，其特征在于，包括：硬件采集平台(100)，所述硬件采集平台(100)连接数据链路层(200)，所述数据链路层(200)连接数据层(300)，所述数据层(300)连接应用层(400)，所述应用层(400)连接拟合孪生气动模型(500)，且应用层(400)还与硬件采集平台(100)相互连接。

2.根据权利要求1所述的一种面向涵道飞行器气动特性验证的数字孪生平台，其特征在于，硬件采集平台(100)用于实现对单涵道飞行器的倾转扭矩力和动力结构升力数据的采集，且根据应用层(400)设置的自动化测试实验参数，自适应地调整外部传感器电压，并为飞行器提供所需的电力供给，硬件采集平台(100)还用于将采集到的原始数据传输至数据链路层(200)，且硬件采集平台(100)还用于连接上位机。

3.根据权利要求2所述的一种面向涵道飞行器气动特性验证的数字孪生平台，其特征在于，硬件采集平台(100)包括电源模块(101)，电源模块(101)连接电源输入、电源输出以及主控模块(104)，所述主控模块(104)连接信号输出、信号输入、通信模块(102)以及数据采集模块(103)。

4.根据权利要求3所述的一种面向涵道飞行器气动特性验证的数字孪生平台，其特征在于，电源模块(101)的用于将电池或直流电压源的24v输出分为多路输出，以满足测试平台上飞行器的供电需求，并将部分电压转换为5v用于adc供电及作为adc基准电压源。

5.根据权利要求4所述的一种面向涵道飞行器气动特性验证的数字孪生平台，其特征在于，通信模块(102)的用于建立上位机和主控模块(104)之间的通信。

6.根据权利要求5所述的一种面向涵道飞行器气动特性验证的数字孪生平台，其特征在于，数据采集模块(103)用于采集外部传感器的模拟信号，并通过模数转换器(adc)将其转换为数字信号，以便主控模块(104)读取并进行数据整合。

7.根据权利要求6所述的一种面向涵道飞行器气动特性验证的数字孪生平台，其特征在于，主控模块(104)是用于电源模块(101)、电源输入、电源输出、信号输出、信号输入、通信模块(102)以及数据采集模块(103)，负责协调整个硬件系统的工作。

8.根据权利要求7所述的一种面向涵道飞行器气动特性验证的数字孪生平台，其特征在于，数据链路层(200)流程包括：编码，编码后进行缓存队列，然后传输队列，最后进行解码。

9.根据权利要求8所述的一种面向涵道飞行器气动特性验证的数字孪生平台，其特征在于，数据层(300)用于对接收到数据链路层(200)的解码数据进行平滑窗口滤波处理并传输至应用层(400)。

10.根据权利要求9所述的一种面向涵道飞行器气动特性验证的数字孪生平台，其特征在于，拟合孪生气动模型(500)通过接收应用层(400)的数据及模型部署参数，先进行判断模型是否部署在算力较低的飞控平台，如果模型是用于飞控平台，则利用简易拟合(501)对气动实验数据进行拟合，并发送给飞控平台进行参数更新，再显示实时预测的孪生动态模型，如果不是用于飞控平台，而是其他算力较高的平台，则利用深度模型拟合(502)，然后直接输入至应用层(400)并显示实时预测的孪生动态模型。

技术总结本申请提供了一种面向涵道飞行器气动特性验证的数字孪生平台，包括：硬件采集平台，所述硬件采集平台连接数据链路层，所述数据链路层连接数据层，所述数据层连接应用层，所述应用层连接拟合孪生气动模型，且应用层还与硬件采集平台相互连接。本申请与现有的方法相比，本发明提出的技术方案能够对不同类别的涵道飞行器的模块化组件进行实际数据采集与气动特性建模，同时将需要大量人工资源的测试任务转为自动化测试，减少由于人工及复杂环境带来的数据干扰，减少了人力开支，保证了数据一致性与稳定性，极大缩短了涵道飞行器的开发周期。技术研发人员：王皓祥,巩伟杰,曹文明,陈宏,李宗信,韩芮斌,郑泽庭,袁俊受保护的技术使用者：深圳大学技术研发日：技术公布日：2024/7/9