KSR/J2 Universal Tool-Kit是一款飛機(jī)綜合設(shè)計(jì)和飛行測(cè)試軟件。
該軟件可以應(yīng)用于從飛機(jī)設(shè)計(jì)建模到飛行測(cè)試數(shù)據(jù)處理所有環(huán)節(jié)。對(duì)飛行測(cè)試數(shù)據(jù)的前期處理，包括前期數(shù)據(jù)校準(zhǔn)、修正，到模型設(shè)計(jì)、修改、驗(yàn)證，以及氣動(dòng)參數(shù) 識(shí)別和校準(zhǔn)。軟件同時(shí)具有很強(qiáng)的管理分級(jí)制，網(wǎng)絡(luò)共享合作模式，可擴(kuò)充性和自適應(yīng)性。內(nèi)嵌函數(shù)可以自動(dòng)計(jì)算模型以及參數(shù)，并加以驗(yàn)證，同時(shí)可以生成曲線圖 或者視景3D模型來直觀演示飛機(jī)特性。
軟件用的是回歸分析為主，Linear、SVD、MRQ、最大似然法, , 等算法為輔的模型建立，校準(zhǔn)，以及參數(shù)識(shí)別的方式。從獲取的飛行數(shù)據(jù)開始，此軟件可以先做重建，對(duì)飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)證，檢驗(yàn)是否有獲取的測(cè)試數(shù)據(jù)存在錯(cuò)誤或過大誤差，當(dāng)驗(yàn)證完成后，此軟件可以進(jìn)行重新預(yù)測(cè)和回歸兩種方式的校準(zhǔn)模型，優(yōu)化，和修正氣動(dòng)參數(shù)來達(dá)到完善模型的目的。
軟件在做完模型和參數(shù)修正以后，可以立即運(yùn)行QTG（Qualification Test Guide），來驗(yàn)證建立的模型是否和真機(jī)模型匹配。從生成的參數(shù)曲線和測(cè)試獲取的曲線相對(duì)比，驗(yàn)證模型和各參數(shù)是否還需要調(diào)整。 針對(duì)模擬器制造，此軟件能夠起到一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室的作用，一旦拿到試飛數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)處理，到模型建立，驗(yàn)證和校準(zhǔn)修正，再到規(guī)范測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)（生成QTG），和 最終模擬器成型并認(rèn)證。
如果需要，這個(gè)軟件還可以直接用到模擬器上，作為氣動(dòng)模型使用 （含義是此軟件可以直接作為模擬器的運(yùn)行平臺(tái)，而不需要在單獨(dú)開發(fā)別的軟件），而且此軟件還支持用戶自定義模型輸入（可以把用戶自己的模型直接整合到軟件 中），還支持功能擴(kuò)充，如果用戶有自己其他的分析工具，也可以和此軟件直接對(duì)接。
該軟件還具有視景生成功能，用此功能可以將飛行測(cè)試動(dòng)作生動(dòng)可視的還原出來。在新的飛行測(cè)試前期，還可以用來模擬飛行動(dòng)作并和實(shí)測(cè)效果對(duì)比。如過模擬動(dòng)作和實(shí)際試飛動(dòng)作存在偏差，可以通過軟件的幫助查找原因。
軟件框架的主要特點(diǎn)：
Ø 以數(shù)據(jù)為中心的架構(gòu)
能夠確保所有用戶都在同一數(shù)據(jù)集工作
使數(shù)據(jù)模型與分析能夠在整個(gè)公司內(nèi)共享
消除通信錯(cuò)誤，縮短學(xué)習(xí)過程
改善運(yùn)行過程，減少運(yùn)行時(shí)間
Ø 配置管理
提供所有設(shè)計(jì)變更的可追溯性
確保最新的設(shè)計(jì)已經(jīng)過評(píng)估
Ø 集成式構(gòu)架
為飛機(jī)的生命周期提供統(tǒng)一的環(huán)境
Ø 插件程序管理
提供“混合匹配”功能以適應(yīng)團(tuán)隊(duì)的規(guī)模及需求
能夠創(chuàng)建用戶自定義的插件程序進(jìn)行深入分析。
軟件各個(gè)模塊介紹：
建模模塊
建模模塊能夠使公差和很多其他的變量能在同一數(shù)據(jù)模型中得到應(yīng)用并進(jìn)行深入分析。
這種獨(dú)特且便于使用的界面能夠讓用戶快速高效的建立從簡(jiǎn)單到高度復(fù)雜的各種飛機(jī)數(shù)據(jù)模型。
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Ø 友好數(shù)據(jù)錄入和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)
能夠使用戶以最快速度建立簡(jiǎn)單或復(fù)雜的模型
Ø 集成已有的工具
本模塊擁有高級(jí)的導(dǎo)入/導(dǎo)出功能
支持將現(xiàn)有的模型集成到本模塊進(jìn)行深入分析，
如根據(jù)模型參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)與回歸統(tǒng)計(jì)
Ø 用戶自定義結(jié)構(gòu)
能夠根據(jù)用戶的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)生成飛機(jī)模型
Ø 利用多種數(shù)據(jù)進(jìn)行建模
用戶可以盡早開展設(shè)計(jì)工作
Ø 基于各個(gè)零部件建立模型
用戶能夠通過修改某個(gè)零件來更新整體結(jié)構(gòu)
Ø 通用參數(shù)定義方式
使用參數(shù)查找表或簡(jiǎn)單輸入算式即能定義參數(shù)
動(dòng)力學(xué)評(píng)估模塊
評(píng)估模塊能夠使用戶創(chuàng)建修正和響應(yīng)等模型分析，并將這些模型與事先建立好的飛機(jī)模型結(jié)合起來進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析。
在整個(gè)研發(fā)周期的早期開展靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析，能夠快速發(fā)掘潛在問題，謹(jǐn)防由于低效和錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)理念而造成大量寶貴時(shí)間和金錢的浪費(fèi)。
通用的飛行動(dòng)力學(xué)建模能力是設(shè)計(jì)者使用評(píng)估模塊的準(zhǔn)則。海量的飛行和機(jī)動(dòng)從而能夠進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估。
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Ø 通用的飛行動(dòng)力學(xué)建模能力
評(píng)估完整的飛行包線與更大范圍
對(duì)通常只能在飛行測(cè)試中進(jìn)行分析的區(qū)域展開研究
(如升力/阻力曲線)。
Ø 該系統(tǒng)的使用貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)過程
當(dāng)飛機(jī)模型被更新時(shí)，可重新計(jì)算現(xiàn)有的配平和響應(yīng)
Ø 分析發(fā)生任何問題的領(lǐng)域
能夠在任何階段對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析評(píng)估，盡早發(fā)現(xiàn)問題
經(jīng)典氣動(dòng)分析模塊
在對(duì)一個(gè)完整模型進(jìn)行線性化時(shí)，通常都從一個(gè)初始條件開始，對(duì)該初始點(diǎn)進(jìn)行線性化。既然已經(jīng)獲得了從一系列不同飛機(jī)結(jié)構(gòu)和飛行條件下得到的計(jì)算結(jié)果，我們可以從此展開分析。
經(jīng)典氣動(dòng)分析模塊會(huì)采用上一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的分析結(jié)果，并從這一狀態(tài)開始線性化。與此同時(shí)，它將計(jì)算這一起始點(diǎn)的狀態(tài)空間矩陣組及其各階導(dǎo)數(shù)。從該狀態(tài)空間中可以建立特征值和特征向量，以及其相關(guān)的運(yùn)動(dòng)方程。
所有工作都能夠通過一組完整的修正結(jié)果在幾分鐘內(nèi)完成。利用這些結(jié)果，我們可以進(jìn)一步對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行分析。
性能分析模塊
性能分析插件程序使用已有的飛機(jī)模型數(shù)據(jù)，采用搜索的方式尋找最大/最小值，并且通過新的修正法則來實(shí)現(xiàn)相同功能。
用戶能夠進(jìn)行以下性能分析
Ø 最大的升力/失速計(jì)算
Ø 轉(zhuǎn)彎和機(jī)動(dòng)飛行（負(fù)載因子）
Ø 地面飛行速度
Ø 最大爬升和升限率
該參數(shù)作為根據(jù)特定感興趣區(qū)域計(jì)算得到的修正值或瞬間值。這一非常有價(jià)值的搜索規(guī)則特征能夠讓用戶不必進(jìn)行性能計(jì)算就將其他因子和參數(shù)最大化/最小化。
可視化模塊
該系統(tǒng)能夠讓用戶利用評(píng)估數(shù)據(jù)繪制圖形并查看和監(jiān)控各模塊的分析，從而快速地生成最優(yōu)的飛機(jī)結(jié)構(gòu)。所有圖形和數(shù)據(jù)可以方便的傳輸至其他應(yīng)用程序以生成報(bào)告。
主要特征與優(yōu)勢(shì)
Ø 完整的數(shù)據(jù)處理能力
無需購買額外的圖形工具
Ø 用戶定義的數(shù)據(jù)監(jiān)控和圖釋
能夠快速查看和評(píng)估飛機(jī)的行為
Ø 從多數(shù)據(jù)集獲取交叉繪圖結(jié)果
創(chuàng)建完整的飛行包線圖
Ø 覆蓋以前執(zhí)行的結(jié)果
比對(duì)設(shè)計(jì)更改對(duì)先前模型的影響
比較預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際飛行數(shù)據(jù)的差異
Ø 注釋圖
突顯感興趣的領(lǐng)域
將結(jié)果存入到報(bào)告文件中
Virtual 虛擬機(jī)模塊
用虛擬機(jī)來掌握飛機(jī)在飛行中的狀況。該插件程序提供了獨(dú)特的3D可視功能，能夠在任何動(dòng)作中展示飛機(jī)及飛行特點(diǎn)。
虛擬機(jī)不僅讓用戶清晰了解到飛機(jī)如何對(duì)每次擾動(dòng)進(jìn)行響應(yīng)，而且可以展示飛行測(cè)試數(shù)據(jù)，以清楚的展示飛機(jī)在完成某一難以描述的復(fù)雜飛行動(dòng)作時(shí)的真實(shí)狀態(tài)。
主要特征與優(yōu)勢(shì)
Ø 能夠?qū)崟r(shí)直觀的觀測(cè)到飛機(jī)飛行的狀態(tài)和過程
360°全景觀察
理解試飛員在試飛中談及的飛行問題
支持用戶定義的3D飛機(jī)模型和飛行場(chǎng)景
顯示多個(gè)飛行狀態(tài)和飛行路徑
Ø 綜合能力
無需購買額外的可視化工具
Developer 開發(fā)模塊
開發(fā)模塊能夠發(fā)揮已有數(shù)據(jù)的最大價(jià)值
有了本軟件，用戶不必再丟棄已經(jīng)使用過的用來計(jì)算氣動(dòng)性能、質(zhì)量、慣量和推力特性的數(shù)據(jù)模型。開發(fā)模塊和軟件開發(fā)工具包(SDK) 使用戶能夠集成以往和現(xiàn)在的數(shù)據(jù)來找到最優(yōu)的解決方案并獲得最大的投資回報(bào)。
除此之外，用戶還將獲得所有配置、版本控制、數(shù)據(jù)管理能力、集成化可視能力，以及現(xiàn)有數(shù)據(jù)模型通用工具包的全面分析功能。
主要特性與優(yōu)勢(shì)：
Ø 重用已有解決方案
無需從工作中的解決方案里提取數(shù)據(jù)。只要將其插入
至通用工具包即可。
使用現(xiàn)有的預(yù)編譯解決方案作為基線進(jìn)行敏感性研究；
在上方疊加變量
Ø 開放接口
任何語言編寫的模型都可以使用軟件開發(fā)工具包(SDK)進(jìn)行打包
進(jìn)行打包提供的模板適用于大多數(shù)編程語言
Ø 用戶至上的服務(wù)
無需計(jì)算導(dǎo)數(shù)來查明動(dòng)力效果。
自動(dòng)計(jì)算本地迎角，根據(jù)平臺(tái)、二面角和扭矩計(jì)算升力分布
在每個(gè)氣動(dòng)條上展示速率變化，顯示橫滾、偏航和俯仰的變化
飛行員操控模塊（Pilot SDK）
放飛你的設(shè)計(jì)
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主要特性與優(yōu)勢(shì)
Ø 含人回路分析
使用實(shí)時(shí)含飛行員回路反饋的概念設(shè)計(jì)。使用含設(shè)計(jì)師回路
反饋的模擬飛行來進(jìn)行評(píng)估和改進(jìn)設(shè)計(jì)
Ø 接口簡(jiǎn)單
插件程序式USB控制，可在即時(shí)桌面模擬器進(jìn)行飛機(jī)操縱
標(biāo)準(zhǔn)的圖形界面符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的視覺系統(tǒng)要求。無需額外
工作來獲取'窗口外'的視覺效果
Ø 直接鏈接到數(shù)據(jù)庫
可直接從數(shù)據(jù)庫中選擇和飛行任何飛機(jī)
可通過鼠標(biāo)單擊來查看燃料/存儲(chǔ)的配置和飛機(jī)的變化，或另一架飛機(jī)。
修改設(shè)計(jì)方案后可立即測(cè)試飛行結(jié)果，以獲得即時(shí)的反應(yīng)和對(duì)照。
無需重新編寫或重新編譯代碼
Ø 協(xié)作能力
能夠通過互聯(lián)網(wǎng)打開飛機(jī)模型——設(shè)計(jì)和工程模塊可以創(chuàng)建數(shù)據(jù)模型，飛行模擬器能夠?qū)ζ溥M(jìn)行飛行測(cè)試
能以單機(jī)飛行模式飛行，或以多機(jī)飛行模式中的一部分飛行
Active 主動(dòng)式插件模塊
集成化解決方案
現(xiàn)有解決方案能夠在一定程度上滿足設(shè)計(jì)和工程的需求，它還能夠充分利用通用工具包的獨(dú)特設(shè)計(jì)能力，無需舍棄自身的仿真功能。這歸功于主動(dòng)式插件程序的強(qiáng)大功能。
主動(dòng)式插件能夠?qū)⑼ㄓ密浖膹?qiáng)大功能與用戶當(dāng)前的設(shè)計(jì)軟件功能合二為一，提供一個(gè)高效接口與所有外部應(yīng)用程序相連，從而分析通用模型。主動(dòng)式插件模塊中也包含與Matlab Simu
本模塊能夠令用戶將高度保真的飛機(jī)模型結(jié)構(gòu)無損的連接到任何Simu
主要特征與優(yōu)勢(shì)
Ø 集成已有的解決方案
無需重新編寫現(xiàn)有的分析方法，可直接使用通用工具包來工作。
開放式接口，適用于接任何語言編寫的分析工具，并允許外部工具直接訪問模型和結(jié)果。
Ø 協(xié)同工作
能夠?qū)⒁延蟹治龊喜⒌浇y(tǒng)一的工作環(huán)境，在所有條件下保證數(shù)據(jù)一致性，提供一個(gè)中央設(shè)計(jì)環(huán)境。
Ø 提供Matlab / Simu
Ø 內(nèi)嵌式Simu
氣動(dòng)條剖分模塊
氣動(dòng)條剖分模塊通過計(jì)算所有氣動(dòng)條的理論數(shù)據(jù)來自動(dòng)得到總氣動(dòng)系數(shù)和導(dǎo)數(shù)。
這種先進(jìn)的插件程序能夠快速分析和研究不同飛機(jī)結(jié)構(gòu)、機(jī)翼平面形狀和翼型特點(diǎn)-----這些都不需要計(jì)算復(fù)雜的導(dǎo)數(shù)和系數(shù)。
主要的特征和優(yōu)勢(shì)
Ø 能夠?qū)⒄麄€(gè)升力表面分解為單獨(dú)的氣動(dòng)條
能夠通過改變機(jī)翼表面的剖分個(gè)數(shù)來更精細(xì)的進(jìn)行分析計(jì)算。
Ø 每個(gè)氣動(dòng)條具有自身尺寸
能夠在任何機(jī)翼平面定義氣動(dòng)條，研究不同的形狀區(qū)域的影響。
Ø 每個(gè)氣動(dòng)條具有獨(dú)立的氣動(dòng)系數(shù)
只需定義翼型系數(shù)，其余計(jì)算由氣動(dòng)條剖分模塊自動(dòng)完成。
Ø 自動(dòng)計(jì)算迎角
能夠依據(jù)平臺(tái)、二面角和扭矩計(jì)算升力分布
Ø 自動(dòng)計(jì)算動(dòng)力學(xué)特征
無需計(jì)算導(dǎo)數(shù)就能得到動(dòng)力學(xué)效果
Ø 每個(gè)氣動(dòng)條的速率變化
展示橫滾、偏航及俯仰的變化
軟件流程圖
飛行匹配過程
軟件在模擬器上的應(yīng)用
軟件的國際客戶與合作伙伴分布
軟件成功案例及用戶評(píng)價(jià)
1. 該軟件用于巴西航空工業(yè)公司飛機(jī)
巴西航空工業(yè)公司飛機(jī)近期采用該軟件提高他們的概念/初步設(shè)計(jì)過程（CPD）。巴西 航空工業(yè)公司有自己可信的航空建模環(huán)境，但一直在尋找如何采用新技術(shù)來提高內(nèi)部設(shè)計(jì)能力。他們選擇通用軟件工具包，該軟件能夠融合他們基于FORTRAN 運(yùn)行的現(xiàn)有建模代碼，把傳統(tǒng)建模系統(tǒng)中有價(jià)值部分留存，這是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。
詳細(xì)過程如下：
第一周 關(guān)于軟件的培訓(xùn)和指導(dǎo)
第二周 整合現(xiàn)有的建模環(huán)境（(傳統(tǒng)的FORTRAN系統(tǒng))
第三周 將現(xiàn)有的系統(tǒng)完整的遷移到全網(wǎng)絡(luò)通用框架的設(shè)計(jì)和分析環(huán)境：
Decio Pullin德西奧普林，巴西航空公司初步設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)經(jīng)理說：“當(dāng)我們知道我們可以在通用工具套件的軟件環(huán)境中用現(xiàn)有的建模代碼，我們開始看到使用這個(gè)非常 強(qiáng)大的分析和評(píng)估建模工具而產(chǎn)生的重大效益。我們最初的想法是只使用軟件來進(jìn)行整個(gè)飛行力學(xué)分析。后來我們也打算在工程模擬器安裝此軟件，作為該項(xiàng)目的主 要仿真軟件。
在CPD（初步設(shè)計(jì)過程）階段使用該軟件，能夠讓設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)評(píng)估出比常規(guī)使用傳統(tǒng)工具多50%以上的設(shè)計(jì)方案。
2. 該軟件用于Cassidian公司
Cassidian公司在2010年通過使用該軟件極大的提高了工作效率。他們能夠更快的提供詳細(xì)的設(shè)計(jì)分析結(jié)果，并提升了整體設(shè)計(jì)過程的質(zhì)量，包括歐洲戰(zhàn)斗機(jī)“Typhoon”
Cassidian公司的目標(biāo)是在其傳統(tǒng)建模系統(tǒng)中建立質(zhì)量，慣性的模型和控制系統(tǒng)。該公司選擇通用工具軟件包是因?yàn)樵撥浖軌驘o縫的集成基于 FORTRAN運(yùn)行下現(xiàn)存的氣動(dòng)建模代碼。把傳統(tǒng)建模系統(tǒng)有價(jià)值部分留存，這是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。附加的質(zhì)量，慣性和控制系統(tǒng)就可以被疊加到氣動(dòng)模型， 通過通用軟件包，為客戶提供完整的飛機(jī)系統(tǒng)解決方案。
Stephan Hitzel 史蒂芬博士（Cassidian公司氣動(dòng)設(shè)計(jì)和計(jì)算方法的專家）說：“我們?cè)趯?duì)軟件的評(píng)估中，發(fā)現(xiàn)該軟件在概念和細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)中，其性能和周期方面有很大的潛 力。毫無疑問，我們現(xiàn)在已經(jīng)采用該軟件，其大大縮短設(shè)計(jì)和分析周期。同時(shí)，我們也得到了其他的收益，那就是在設(shè)計(jì)過程中探索飛機(jī)系統(tǒng)的多學(xué)科性。
3. 支持事故調(diào)查
Ø 支持和補(bǔ)充證據(jù)
該軟件包還可被用于飛行事故調(diào)查，用于幫助事故調(diào)查局等等機(jī)構(gòu)進(jìn)行事故重現(xiàn)和分析原因。
該軟件曾幫助英國事故調(diào)查局做過Piper Navajo， PA-31-325 C/R Navajo機(jī)型在外側(cè)機(jī)翼被樹撞擊損壞后的飛行動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
該軟件包從模型構(gòu)建開始，分析執(zhí)行能夠滿足事故調(diào)查局提出的各項(xiàng)目標(biāo)，并提供動(dòng)態(tài)的視頻場(chǎng)景畫面。
隨后在與事故調(diào)查局的研討會(huì)中增加了附加信息，并使用該信息確定飛機(jī)在受到樹的影響時(shí)，如何進(jìn)行270度的旋轉(zhuǎn)。這些結(jié)果和事故調(diào)查局的調(diào)查結(jié)果一致，包含首次受地面影響的位置。
從項(xiàng)目立項(xiàng)到最后的研討會(huì)，并確定模擬場(chǎng)景來匹配事故調(diào)查局的調(diào)查結(jié)果，整個(gè)過程只需要10天的時(shí)間。這表明該通用軟件包不僅功能非常強(qiáng)大，而且能夠調(diào)查空中事故，可以通過傳統(tǒng)的方式，以最短的時(shí)間獲得結(jié)果。
Ø 飛行員評(píng)估
在使用該軟件包工作時(shí)，它還有進(jìn)一步功能就是使用載人模擬器來飛行，該模擬器無需編 寫和開發(fā)任何代碼。這就意味著當(dāng)飛機(jī)模型正在被改進(jìn)的同時(shí)，飛行員可以進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估。最后，當(dāng)delta 模型被建立用來增加樹的打擊力以致于失去機(jī)翼，這些都可能在任何時(shí)間被自動(dòng)添加到指揮/操作站，這意味著飛機(jī)在被樹撞擊后的可控性能夠完全被預(yù)測(cè)。
由飛行員提供的配置模擬器，提供完整的集成系統(tǒng)，工程工作站直接集成到桌面或者高仿真模擬器。
4. 模擬器相關(guān)產(chǎn)品
該軟件的仿真功能已經(jīng)被成功運(yùn)用到G座飛行員教練機(jī)，例如歐洲戰(zhàn)斗機(jī)Typhoon, M35 Hawk and F35 lightning 2。6自由度飛行員模擬座椅，其結(jié)合該軟件提供的最新動(dòng)態(tài)飛機(jī)建模技術(shù)，已經(jīng)成為一個(gè)真正獨(dú)一無二的產(chǎn)品提案
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