数字孪生及其在飞行器领域应用

行器作为典型的高科技含量产品, 对其物理实体进行行为、状态复现与预测是一项具有较大挑战性的工作. 数字孪生技术作为物理世界与虚拟世界的纽带, 能够在虚拟空间对飞行器进行高精度、高实时性、高集成度的表达, 从而推进对飞行器的深入研究. 探讨了复杂产品模型建立技术、信息物理融合技术、数据收集与传输技术、大数据技术等数字孪生核心技术.重点讨论了信息物理融合技术在数字孪生技术中的主要应用方式. 在飞行器领域, 数字孪生在飞行器全寿命周期中, 如设计验证、制造装配、健康监测与维护等方面均有应用. 最后对数字孪生技术目前面临的困难进行了简要分析.飞行器广泛应用于社会生产的各个方面, 对飞 行器的研究也愈发深入, 因此, 在虚拟空间中分析飞 行器的各种运动状态也愈发重要. 近年来提出的数 字孪生概念能够很好地满足目前在虚拟空间对飞行 器实体进行模拟的需求. 数字孪生是联系物理空间与虚拟空间的纽带, 以复杂物理建模、实时数据采集与分析、大数据技 术、信息物理融合技术为关键技术, 构建物理实体在 虚拟空间中的孪生体, 并复现物理实体的所有状态. 数字孪生能够以实时性、高保真性、高集成性地在 虚拟空间模拟物理实体的状态, 从而分析飞行器的 相关数据记录, 提前发现飞行器相关故障征候, 辅助 操作员进行决策, 降低飞行器各类事故发生概率. 最早的孪生体概念是由美国航空航天局 (National Aeronautics and Space Administration, NASA) 提出用于空间飞行器, 2003 年, 美国密歇根大学的 Grieves 教授最早提出 “与物理产品等价的虚拟数字化表达” 的表述, 推进了数字孪生的概念发展. 在飞 行器的全生命周期中, 从设计过程中的模型验证, 制 造装配过程中的零件检测, 到运行过程中的辅助决 策等, 数字孪生技术都有着广泛的应用空间. 此外, 在任务规划方面, 数字孪生技术可以帮助决策员进 行任务分配与航迹规划, 提出高效低耗的任务执行 方案, 降低指挥与控制的复杂度与成本.