Nástroj pro simulace operačního prostředí misí

Co je Digital Mission Engineering (DME)?

Digitální inženýrství misí (DME) je modelově založený přístup, který propojuje simulaci, analýzu a validaci systémů v rámci celého životního cyklu produktu v kontextu jeho operačního prostředí. Tento přístup vytváří digitální nit, která spojuje všechny fáze vývoje a provozu systému, což umožňuje optimalizaci návrhu na základě reálných provozních podmínek.

DME není jen o návrhu jednotlivých komponent, ale také o jejich začlenění do širšího operačního prostředí, kde mohou interagovat s dalšími systémy. Tento přístup je zásadní pro moderní letecký, obranný a mobilní průmysl, kde je potřeba zajistit, aby složité systémy fungovaly spolehlivě i v nejtvrdších podmínkách.

Ansys Systems Tool Kit (STK®)

Digitální inženýrství misí (DME) je modelově založený přístup, který propojuje simulaci, analýzu a validaci systémů v rámci celého životního cyklu produktu v kontextu jeho operačního prostředí. Tento přístup vytváří digitální nit, která spojuje všechny fáze vývoje a provozu systému, což umožňuje optimalizaci návrhu na základě reálných provozních podmínek.

DME není jen o návrhu jednotlivých komponent, ale také o jejich začlenění do širšího operačního prostředí, kde mohou interagovat s dalšími systémy. Tento přístup je zásadní pro moderní letecký, obranný a mobilní průmysl, kde je potřeba zajistit, aby složité systémy fungovaly spolehlivě i v nejtvrdších podmínkách. Klíčovým nástrojem je zde Ansys Systems Tool Kit (STK) umožňující modelování, simulaci a analýzu misí v jakémkoli prostředí a pro jakýkoli typ systému.

Zajímá Vás některé z těchto témat?

Zhlédněte webinář

Výhody simulace misí v STK

Jednou z hlavních výhod používání STK je možnost provádět širokou škálu analýz, které by jinak byly velmi nákladné nebo technicky nemožné. STK umožňuje provádět tzv. „what-if“ analýzy, kde lze zkoumat různé scénáře a jejich dopady na výkon systému. To zahrnuje například změny v parametrech návrhu, změny v prostředí nebo simulaci různých provozních podmínek. Tato flexibilita je klíčová pro vývoj a optimalizaci systémů, které musí fungovat v nepředvídatelných podmínkách.

Podpora více fyzikálních domén

STK podporuje integraci více fyzikálních domén, což umožňuje komplexní analýzu systémů napříč různými oblastmi, jako je strukturální analýza, termální analýza, proudění tekutin a elektromagnetika. Toho je dosaženo díky integraci STK s dalšími nástroji Ansys, jako jsou HFSS (High-Frequency Structure Simulator) pro návrh antén, Fluent pro simulace proudění nebo Mechanical pro strukturální analýzy.

Například při návrhu antény lze její výkon simulovat v Ansys Ansys HFSS, následně importovat výsledky do Ansys STK a analyzovat, jak se anténa bude chovat v reálném prostředí, včetně vlivů terénu, atmosféry a dalších faktorů. Tato integrace umožňuje optimalizovat návrh antény a zajistit její spolehlivý výkon v konkrétní misi. Podobně lze simulovat termální zátěž na strukturu letounu nebo vesmírné lodi a následně analyzovat její vliv na misi v STK.

Případové studie a praktické aplikace

STK se osvědčil v mnoha významných projektech, kde hrál klíčovou roli při návrhu a analýze komplexních systémů. Zde jsou některé z nejvýznamnějších případů:

• Projekt Artemis: V rámci tohoto ambiciózního programu návratu na Měsíc byl STK použit pro návrh oběžných drah a analýzu stabilních bodů v Lagrangeově systému. Inženýři využili STK k detailní simulaci trajektorií a k analýze stability drah kolem těchto bodů, což bylo klíčové pro úspěch mise. STK pomohl optimalizovat trajektorie a zajistit, že mise bude úspěšná i v extrémních podmínkách vesmírného prostředí. 
• James Webb Space Telescope: STK hrál klíčovou roli při plánování trajektorií a analýze možných selhání během této mise. Vzhledem k extrémní složitosti a kritickým požadavkům na přesnost bylo klíčové, aby byly všechny možné body selhání identifikovány a minimalizovány. STK umožnil simulaci více než 300 potenciálních bodů selhání, což vedlo k úspěšnému nasazení tohoto dalekohledu. 
• Testování a evaluace F-35: STK byl také využit při testování letounu F-35, kde hrál klíčovou roli při zkrácení doby testování. Simulace umožnily snížit počet nutných letových zkoušek, což vedlo k výrazným úsporám nákladů. STK zahrnoval zpětnou analýzu letových dat, plánování testů a rekonstrukci poletových záznamů, což umožnilo detailní analýzu výkonu letounu v různých operačních podmínkách. 

API a otevřená architektura

Jedním z klíčových aspektů STK je jeho otevřená architektura, která umožňuje integraci s dalšími nástroji a platformami. STK podporuje široké spektrum API (Application Programming Interface), což umožňuje přizpůsobit nástroj specifickým potřebám uživatele, automatizovat procesy a vytvářet specifické pracovní postupy. Tato flexibilita dělá ze STK univerzální nástroj, který lze využít v různých oblastech inženýrství, od návrhu a testování až po operační nasazení a udržitelnost.

Otevřená architektura STK také umožňuje integraci vlastních modelů a dat, což je klíčové pro simulace v reálném světě. Uživatelé mohou importovat data z externích zdrojů, jako jsou vlastní modely antén, data o terénu nebo informace o atmosférických podmínkách, a použít je k vytvoření realistických simulací, které odrážejí skutečné operační podmínky.

Využití STK v různých doménách

STK nachází využití v širokém spektru domén, včetně kosmických misí, leteckých misí, obranných aplikací a komerčních sektorů:

• Kosmické mise: STK je standardním nástrojem pro simulaci kosmických misí, kde umožňuje detailní modelování oběžných drah, plánování manévrů a analýzu kolizních rizik. Inženýři mohou pomocí STK simulovat trajektorie satelitů, plánovat manévry pro udržení dráhy a analyzovat rizika kolizí s jinými objekty na oběžné dráze. STK také umožňuje analýzu vlivu prostředí, jako jsou atmosférické podmínky nebo sluneční záření, na výkon satelitů. 
• Letecké mise: STK umožňuje simulaci výkonu letadel a jejich interakce s jinými systémy v rámci komplexních misí. To zahrnuje modelování letových trajektorií, analýzu radarových systémů a simulaci komunikačních sítí. STK je neocenitelným nástrojem pro simulaci misí bojových letounů, bezpilotních prostředků a dalších leteckých platforem, které musí operovat v náročných podmínkách. 
• Obranné aplikace: V oblasti obrany je STK klíčovým nástrojem pro simulaci systémů jako jsou raketové obrany, elektronický boj nebo analýza infračervených a elektrooptických senzorů. Simulace v STK umožňují analýzu výkonu těchto systémů v různých prostředích, včetně simulace rušení, a pomáhá při optimalizaci jejich návrhu a nasazení. STK je také využíván pro simulaci a analýzu komunikačních sítí v náročných prostředích, jako jsou bojové zóny. 
• Komerční aplikace: STK nachází využití i v komerčních sektorech, jako je telekomunikace, přesné zemědělství nebo autonomní řízení. Simulace v STK umožňují například plánování a optimalizaci satelitních konstelací pro globální pokrytí, nebo simulaci sítě autonomních vozidel v městském prostředí. STK je také využíván pro analýzu pokrytí mobilních sítí a plánování nasazení vysílačů v různých prostředích.  Simulace operačního prostředí misí pomocí ANSYS Systems Tool Kit (STK) představuje klíčový nástroj pro inženýry, kteří se zabývají návrhem a analýzou komplexních systémů v různých doménách. STK umožňuje simulovat a analyzovat systémy v reálných podmínkách, což je nezbytné pro zajištění jejich spolehlivého výkonu v misích. Díky pokročilým funkcím a integraci s dalšími nástroji ANSYS je STK nepostradatelným nástrojem pro digitální inženýrství misí, které umožňuje inženýrům předvídat výsledky misí, optimalizovat návrh a minimalizovat rizika spojená s provozem těchto systémů. V prostředí, kde je třeba neustále reagovat na nové výzvy a technologie, se simulace misí stává nezbytným nástrojem pro úspěšný vývoj a nasazení pokročilých systémů.