Testy nowych samolotów z wykorzystaniem wirtualnych podzespołów Tworzenie prototypów na potrzeby testowania innowacyjnych projektów samolotów jest trudnym i kosztownym przedsięwzięciem. Modele matematyczne stanowią pod tym względem mniej skomplikowaną metodę pozwalającą na symulację działania poszczególnych elementów statku powietrznego. Transport i mobilność © By Skycolors, Shutterstock W nadchodzących latach pojawi się nowa generacja zelektryfikowanych statków powietrznych zgodnych z koncepcją MEA (ang. „more electric aircraft”) – samolotów, które nadal są napędzane paliwami kopalnymi, ale do zasilania przeważającej części ich systemów wykorzystywana jest energia elektryczna. Dzięki tej nowej koncepcji możliwe będzie zmniejszenie masy samolotu, jak również niższe zużycie paliwa, co przełoży się na większą wydajność, a jednocześnie – niższe emisje. Modele matematyczne Zrozumienie, jak oba systemy będą ze sobą współpracować, nie jest łatwym zadaniem. Aby zgłębić to zagadnienie, zespół finansowanego przez UE projektu AEMS-IdFit podjął się opracowania dokładnych modeli podzespołów elektrycznych i elektronicznych, a następnie przeprowadził symulacje ich działania w prototypowym samolocie. „Do analizy tego, jak w praktyce będzie działał projektowany samolot, niezbędne jest sprawdzenie funkcjonowania wszystkich jego komponentów łącznie”, wyjaśnia koordynator projektu Jordi Riba. „Fizyczne testy nie są niestety możliwe, ale jeśli uda się stworzyć dokładne modele matematyczne, dadzą one pewność, że przeprowadzona symulacja w bardzo dużym stopniu będzie odpowiadać rzeczywistym wynikom”. Chociaż z teoretycznego punktu widzenia projektowane elementy powinny działać zgodnie z opisem, architektura rzeczywistych urządzeń elektronicznych, a także rzeczywiste warunki, w jakich mają działać – takie jak niskie ciśnienie, ujemne temperatury i drgania – mogą mieć wpływ na ich funkcjonowanie. Czarna skrzynka „Problem, z którym borykają się producenci, polega na tym, że na przykład przy zakupie przekształtnika może się zdarzyć, że nie mają oni wiedzy na temat elementów znajdujących się wewnątrz ani jego dokładnej architektury. Dlatego trudno jest przewidzieć zachowanie tych urządzeń podczas użytkowania”, mówi Riba. „Przekształtniki mają nie tylko elementy fizyczne, ale również elementy pasożytnicze, które jako takie nie są oznaczone w specyfikacji produktu, aczkolwiek pojawiają się w wyniku wysokich częstotliwości lub szumu elektronicznego”. Ponadto niektórzy producenci odmawiają ujawnienia informacji o wewnętrznych elementach i architekturze ich podzespołów, powołując się na prawo do ochrony tajemnicy handlowej. Riba określa te produkty mianem sprzętu działającego na zasadzie „czarnej skrzynki”. Pomimo tych przeszkód zespół był w stanie wygenerować modele podzespołów, choć nie dysponował wiedzą o tym, co tak naprawdę kryje się w środku. Aby stworzyć te modele, Riba i jego zespół z Politechniki Katalońskiej poddali badane podzespoły dokładnej analizie w laboratorium, dokonując pomiarów danych wejściowych i wyjściowych w szerokim spektrum różnych wartości i warunków. Kolejnym krokiem było zastosowanie algorytmów uczenia maszynowego do zbudowania wirtualnych podzespołów opartych na danych uzyskanych w drodze uprzednich analiz. Ciągłość badań Modele te zostały już udostępnione partnerowi projektu, spółce Airbus, który wykorzysta je do zaprojektowania nowego samolotu. Zakończone prace zostały sfinansowane w ramach unijnego programu „Horyzont 2020”. „Nie osiągnęlibyśmy tego bez dofinansowania, po prostu byłoby to możliwe”, dodaje Riba. „Uzyskane środki finansowe były dla nas bardzo ważne – zapewniły ciągłość naszego projektu, którego realizacja trwała już od trzech lat”. Jak podkreśla Riba, chociaż projekt jest oficjalnie zakończony, zespół nadal pracuje nad tworzeniem modeli podzespołów (zarówno tych o znanej, jak i nieznanej budowie) na potrzeby przemysłu. Pasażerowie samolotu nowej generacji będą mogli czuć się bezpiecznie, biorąc pod uwagę, że na długo przed pierwszym lotem maszyna została dokładnie sprawdzona w wirtualnej przestrzeni powietrznej wygenerowanej przez zespół Riby. Słowa kluczowe AEMS-IdFit, samolot, wirtualny, podzespół, model, matematyczny, maszynowe, uczenie, prototyp, zachowanie, działanie, pasożytniczy
