In modernen Raketenstartsystemen erfordert der Betrieb einer Trägerrakete die enge Koordinierung mehrerer Teilsysteme, einschließlich Hydraulik, mechanischer Dynamik und Steuerungssystemen. Zu den Schlüsselfunktionen der Trägerrakete gehören die Nivellierung des Fahrzeugs, die Aufrichtung des Flugkörpers und die Startvorbereitung, die in der Regel von hydraulischen Aktuatoren angetrieben und vom bordeigenen Steuergerät gesteuert werden, das die Steuersignale für die Hydraulikkomponenten auf der Grundlage von Echtzeit-Statusrückmeldungen berechnet. Mit zunehmender Integration der Teilsysteme werden der Austausch und die Übertragung verschiedener Arten von Informationen und Energie immer komplexer. Daher ist die Bewertung und Optimierung der dynamischen und statischen Gesamtleistung des Systems sowie die Beurteilung der Auswirkungen von Komponentenausfällen auf die Betriebsleistung vor der Produktfertigstellung von entscheidender Bedeutung.

Die Echtzeit-Simulationssystem für Raketenabschussfahrzeuge integriert hydraulische, mechanisch-dynamische und Steuerungs-Subsysteme in eine einheitliche Planungs- und Managementplattform. Durch den Einsatz von Simulationstechnologie als Ersatz für einige physische Experimente verkürzt das System die Entwicklungszyklen erheblich, senkt die Kosten und erhöht die Vertrautheit der Bediener mit der Gesamtsystemleistung und den Fehlerbehandlungsverfahren. Durch das Einbringen von Fehlern in die Subsysteme kann das System auf sichere Weise bewerten, wie sich Komponentenausfälle auf die Gesamtleistung der Trägerrakete auswirken, so dass die Bediener Notfallprozeduren üben können und sowohl die Wirksamkeit der Ausbildung als auch die Betriebsbereitschaft verbessert werden.

Das System basiert auf der Hardware-in-the-Loop-Simulationsplattform HRT und bietet eine extrem hohe Echtzeitleistung. Selbst bei komplexen Differentialgleichungen zweiter Ordnung und trigonometrischen Berechnungen erreicht der ODE4-Löser Simulationsschritte von nur 50 Mikrosekunden. Das System verwendet ein Echtzeitnetzwerk mit reflektierendem Speicher mit einer Knotenlatenz von 400 ns, geringem Jitter und End-to-End-Datenübertragung, das bis zu 256 Knoten und Fernübertragung unterstützt. Die verteilte Simulation mit mehreren Knoten wird unterstützt, mit automatischer Simulink-Modellpartitionierung und Echtzeit-Kommunikation zwischen den Modellen. Die Plattform unterstützt auch heterogene x86- und PowerPC-Prozessoren sowie CPCI-, VME- und PCI-Bus-Zielmaschinen und ermöglicht das Laden mehrerer Modelle und die synchronisierte Simulationssteuerung.

Das System besteht aus Echtzeitsimulatoren, einem Simulationssteuerungshost und einem reflektierenden Speichernetzwerk. Drei Echtzeitsimulatoren führen Modelle des elektrischen Steuersystems, des Hydrauliksystems und des dynamischen Systems aus, um die hydraulischen Steuergesetze zu validieren. Das elektrische Steuersystem kann durch physische Hardware für Hardware-in-the-Loop-Simulationen ersetzt werden. Der Simulationssteuerungshost entwirft Systemmodelle in Matlab/Simulink, generiert automatisch ausführbare Programme, lädt sie auf VxWorks-Zielmaschinen herunter und verwaltet den gesamten Simulationsprozess. Virtuelle Instrumente und Kurvendisplays ermöglichen die Überwachung in Echtzeit. Das reflektierende Speichernetzwerk sorgt für synchronisierte Uhren zwischen den drei Simulatoren und gewährleistet so konsistente verteilte Simulationsdaten in Echtzeit.

Diese Lösung ist für die Echtzeit-Simulationsüberprüfung von Raketenstartfahrzeugen, die multidisziplinäre Co-Simulation und die Bewertung elektromechanisch-hydraulischer Systemdesigns weithin einsetzbar. Durch die Integration komplexer Dynamik-, Hydraulik- und Steuerungssimulationen bietet sie sichere, zuverlässige und effiziente technische Unterstützung für Produktentwicklung, Bedienerschulung, Fehleranalyse und Leistungsoptimierung.