МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ В САЛОНЕ
SIMULATION OF AIRFLOWS IN CABIN

Область техники, к которой относится изобретение
Рассматриваемый здесь предмет изобретения относится к моделированию воздушных потоков в замкнутом пространстве и, в частности, к системам и способам компьютерного моделирования воздушных потоков в салонах.
Уровень техники
Транспортные средства, такие как коммерческие воздушные, морские и наземные транспортные средства, могут включать в себя один или более салонов для размещения экипажа, пассажиров и/или грузов. Владельцы и операторы подобных транспортных средств могут запрашивать различные конфигурации салона для размещения разных классов обслуживания и разных типов пассажиров, фирменного оформления и т.п.
Например, коммерческие воздушные суда могут включать в себя кабину пилотов, пассажирский салон и грузовой отсек. Пассажирский салон может быть разделен на первый класс, бизнес класс и экономический класс. При разработке дизайна авиационные дизайнеры и инженеры могут сталкиваться с необходимостью моделирования параметров воздушных потоков, проходящих через салон, для обеспечения санитарных норм и норм безопасности. Соответственно им могут потребоваться системы и способы для моделирования воздушных потоков в салоне.
Сущность изобретения
Варианты осуществления систем и способов по настоящему раскрытию изобретения позволяют улучшить моделирование воздушных потоков в салоне. По одному из вариантов осуществления компьютерный способ моделирования динамики воздушных потоков в регулируемой салонной среде включает в себя создание хранилища данных, содержащего шаблон регулируемой салонной среды и множество логических объектов, представляющих физические объекты, причем логические объекты содержат связанные с ними характеристики воздушных потоков, построение двумерной компоновки салонной среды, а также создание на основе двумерной компоновки салонной среды сценария для построения трехмерной модели воздушных потоков для салонной среды.
По одному из вариантов осуществления система компьютерного моделирования динамики воздушных потоков в регулируемой салонной среде содержит хранилище данных в материальной машиночитаемой памяти, в которой хранится шаблон регулируемой салонной среды и множество логических объектов, представляющих физические объекты, причем логические объекты содержат связанные с ними характеристики воздушных потоков, а также процессор для построения двумерной компоновки салонной среды и создание на основе двумерной компоновки салонной среды сценария для построения трехмерной модели воздушных потоков для салонной среды.
Другие области применения станут очевидны из предлагаемого здесь описания изобретения. Следует понимать, что описание изобретения и конкретные примеры используются исключительно в иллюстративных целях и не преследуют целью ограничение объема настоящего изобретения.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления способов и систем в соответствии с идеями настоящего изобретения подробно рассматриваются ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 показано схематическое изображение системы для моделирования воздушных потоков в салоне по вариантам осуществления.
На фиг. 2 показано схематическое изображение компьютерного устройства, которое может быть выполнено с возможностью реализации систем и способов моделирования воздушных потоков в салоне по отдельным вариантам осуществления.
На фиг. 3 показана блок-схема, иллюстрирующая операции по созданию задач в системе для моделирования воздушных потоков в салоне по вариантам осуществления.
На фиг. 4 показано схематическое изображение компоновки салона воздушного судна по вариантам осуществления.
Подробное описание изобретения
Ниже описаны системы и способы моделирования воздушных потоков в салоне. В последующем описании изобретения и на фигурах 1-5 представлены конкретные детали отдельных вариантов осуществления для формирования всестороннего понимания подобных вариантов осуществления. Между тем, специалисту в данной области будет понятно, что допустимы альтернативные варианты осуществления без некоторых деталей, рассматриваемых в последующем описании.
На фиг. 1 схематически изображена система 100 для моделирования воздушных потоков в салоне по вариантам осуществления. Со ссылкой на фиг. 1, по одному из вариантов осуществления система 100 содержит несколько хранилищ данных или баз данных, в том числе хранилище 110 данных с шаблонами салона и хранилище 112 данных по логическим объектам. По отдельным вариантам осуществления система 100 дополнительно содержит конфигурационный модуль 120, который в свою очередь содержит модуль 122 компоновки салона и генератор 124 сценариев. Система 100 дополнительно содержит сценарий 140 моделирования, исполнительную среду 142, а также один или более имитационных модулей 146. Система 100 дополнительно содержит анализатор/загрузчик 150 данных, модуль 152 отчетности, способный создавать один или более отчетов 154, и может содержать интерфейсы 104, 160 пользователя для взаимодействия с компонентами, хранилище 110 данных с шаблонами салона может содержать данные отождествляющие компоновки салона для одного или более конкретных транспортных средств.
Применительно к воздушному судну хранилище 110 данных с шаблонами салона может содержать один или более шаблонов для компоновок конкретного воздушного судна, связанных с данными воздушного судна, такими как идентификатор воздушного судна, данные, относящиеся к оператору воздушного судна, выполняемые полеты, а также данные, относящиеся к одной или более системам воздушного судна. Модуль 122 компоновки салона, модуль 124 создания сценариев, анализатор/загрузчик 150 данных и модуль 152 отчетности могут быть реализованы в виде логических команд, хранящихся на машиночитаемом носителе и исполняемых процессором, например, программного обеспечения.
По отдельным вариантам осуществления разные хранилища 110, 112 данных могут быть реализованы в виде баз данных или плоских файлов, хранящихся на машиночитаемом носителе. Шаблон 110 салона может использоваться для хранения компоновок салонов разных воздушных судов, тогда как база данных 112 по логическим объектам может использоваться для хранения логических объектов, представляющих физические объекты, находящиеся в салоне воздушного судна. Так, например, логические объекты могут включать в себя закрепленные предметы, такие как кресла, перегородки, стенки, неподвижное и подвижное кухонное оборудование, багажное оборудование, находящихся на борту лиц (т.е. пассажиров и экипажа) и т.п. Логические объекты могут также включать в себя системы, такие как системы вентиляции и воздушных потоков. Логические объекты могут также включать в себя людей и животных. Данные в базах данных 110 и 112 могут храниться на соответствующем машиночитаемом носителе памяти, например на магнитном носителе памяти, оптическом носителе памяти, либо их комбинации.
Сценарий 140 моделирования и исполнительная среда 142 могут быть реализованы в виде модульных компонентов, которые функционально отделены от конфигурационного модуля 120. По отдельным вариантам осуществления сценарий 140 моделирования может быть реализован в виде логических команд, закодированных на машиночитаемом носителе и выполняемых в процессоре. Например, по одному из вариантов осуществления исполнительная среда 142 может содержать аппаратные и программные средства, на которых может быть выполнен сценарий моделирования.
По отдельным вариантам осуществления имитационный(ые) модуль(и) 146 может использоваться для имитации моделирования воздушных потоков для разных конфигураций и условий салона в соответствии с одной или более заранее заданным моделям. Имитационный(е) модуль(и) 146 может использовать параметры, предоставленные пользователем системы, либо полученные из операционных данных для авиационного парка в виде вводов. Имитационный(ые) модуль(и) 146 может связываться с модулем 152 отчетности, который может создавать один или более отчетов 154, доступных через интерфейс 160 пользователя.
По отдельным вариантам осуществления система, изображенная на фиг. 1, может быть реализована в компьютерной среде. На фиг. 2 схематически изображена компьютерная среда 200, которая может быть выполнена с возможностью реализации систем и способов моделирования воздушных потоков в салоне по отдельным вариантам осуществления. По одному из вариантов осуществления система 200 включает в себя компьютерное устройство 208, а также одно или более дополнительных устройств ввода/вывода, включающих в себя дисплей 202 с экраном 204, один или более динамиков 206, клавиатуру 210, одно или более устройств 212 ввода/вывода и мышь 214. Другие устройства 212 ввода/вывода могут включать в себя сенсорный экран, устройство голосового ввода, трекбол, а также любые другие устройства, позволяющие системе 400 получать вводы данных от пользователя.
Компьютерное устройство 208 включает в себя системные аппаратные средства 220 и память 230, которая может быть выполнена в виде оперативного ЗУ и/или постоянного ЗУ. Хранилище 280 файлов может быть связано с возможностью сообщения с компьютерным устройством 208. Хранилище 280 файлов может находиться внутри компьютерного устройства 208 и быть, например, одним или более жесткими дисками, приводами CD-ROM, приводами DVD-ROM или другими типами накопительных устройств. Хранилище 280 файлов может находиться снаружи компьютера 208 и быть, например, одним или более внешними жесткими дисками, сетевыми устройствами хранения данных или отдельной сетью хранения данных.
Системные аппаратные средства 220 могут включать в себя один или более процессоров 222, два графических процессора 224, сетевые интерфейсы 226 и структуры 228 шин. Используемый здесь термин «процессор» означает любые типы вычислительных элементов, включая, но не ограничиваясь, микропроцессор, микроконтроллер, микропроцессор с полным набором команд (CISC), микропроцессор с сокращенным набором команд (RISC), микропроцессор со сверхдлинными командными словами (VLIW) либо любые другие типы процессоров или устройств обработки данных.
Графический(е) процессор(ы) 224 могут функционировать как дополнительные процессоры, которые управляют графическими и/или видеооперациями. Графический(е) процессор(ы) 224 могут быть встроены в материнскую плату компьютерной системы 400 либо могут быть сопряжены посредством расширительного слота на материнской плате.
По одному из вариантов осуществления сетевой интерфейс 226 может быть проводным интерфейсом, например интерфейсом Ethernet (см., например, Институт инженеров по электротехнике и электронике/IEEE 802.3-2002) или беспроводным интерфейсом, таким как IEEE 802.11а, b или g-совместимым интерфейсом (см., например IEEE стандарт для ИТ-телекоммуникаций и информационного обмена между системами ЛВС/ГВС-Часть II: Дополнение 4 спецификации по управлению доступом к носителю информации (MAC) беспроводной ЛВС и физическому уровню (PHY): Дополнительное расширение скоростной передачи данных в диапазоне 2.4 ГГц, 802.11G-2003). Другим примером беспроводного интерфейса может быть интерфейс системы пакетной радиосвязи общего пользования (GPRS) (см., например, Руководство по требованиям, предъявляемым к телефонам GPRS, Глобальная система для мобильных коммуникаций/Ассоциация GSM, Версия 3.0.1, декабрь 2002).
Структуры 228 шин соединяют различные компоненты системных аппаратных средств 228. По одному из вариантов осуществления структуры 228 шин могут быть одним или более типами структур(ы) шин, включающих в себя шину памяти, периферийную шину или внешнюю шину, и/или локальную шину, использующих несколько доступных архитектур шин, включая, но не ограничиваясь, 11-битную шину, архитектуру промышленного стандарта (ISA), микроканальную архитектуру (MSA), расширенную ISA (EISA), интеллектуальные приводные электронные устройства (IDE), локальную шину VESA (VLB), соединение периферийных компонентов (PCI), универсальную последовательную шину (USB), усовершенствованный графический порт (AGP), шину Международной ассоциации производителей карт памяти для персональных компьютеров (PCMCIA), а также интерфейс для малых компьютерных систем (SCSI).
Память 230 может включать в себя операционную систему 240 для управления операциями компьютерного устройства 208. По одному из вариантов осуществления операционная система 240 включает в себя аппаратный интерфейсный модуль 254, обеспечивающий интерфейс с системными аппаратными средствами 220. Кроме этого операционная система 240 может включать в себя файловую систему 250, которая управляет файлами, используемыми во время работы компьютерного устройства 208, и подсистему 250 управления процессами, которая управляет выполнением процессов на компьютерном устройстве 208.
Операционная система 240 может включать в себя (или управлять) одним или более коммуникационными интерфейсами, которые могут использоваться совместно с системными аппаратными средствами 220 для приемопередачи пакетов данных и/или потоков данных от удаленного источника. Операционная система 240 может дополнительно включать в себя модуль 242 системного интерфейса вызова, который обеспечивает интерфейс между операционной системой 240 и одним или более прикладными модулями, резидентно находящимися в памяти 230. Операционная система 240 может быть реализована на базе операционной системы Windows или операционной системы UNIX, либо их производной (например, Linux, Solaris и т.п.) или других операционных систем.
По разным вариантам осуществления компьютерное устройство 208 может быть реализовано в виде компьютерной системы, такой как персональный компьютер, ноутбук, сервер или иного компьютерного устройства.
По одному из вариантов осуществления память 230 включает в себя модуль 122 компоновки салона, модуль 124 создания сценариев, один или более имитационных модулей 146, а также модуль 152 отчетности для выполнения операций, рассмотренных со ссылкой на фиг. 3. Рассмотрев различные компоненты системы 100 для мониторинга и отчетности по состоянию транспортного средства, далее будут рассмотрены различные операции системы. На фиг. 3 показана блок-схема, иллюстрирующая операции способа моделирования воздушных потоков в салоне по разным вариантам осуществления. Со ссылкой на фиг. 3 на этапе операции 305 создается хранилище данных, которое содержит один или более шаблонов регулируемой среды в салоне. Например, по отдельным вариантам осуществления хранилище данных с шаблонами 110 салона может заполняться шаблонами салонной компоновки для салонов разных воздушных судов. По отдельным вариантам осуществления шаблоны салонов могут задавать свободное пространство в салоне. По другим вариантам осуществления шаблоны могут включать в себя заранее заданные параметры конфигурации салона, такие как, например, конкретная компоновка кресел, расположение туалетов, выходов, конфигурация кабины пилотов, компоновка и конфигурация кухни и т.п. Шаблоны компоновки салона могут храниться в структуре файлов данных любого типа в хранилище 110 данных с шаблонами салона.
На этапе операции 310 можно выбрать салон воздушного судна. Например, по отдельным вариантам осуществления в интерфейсе 104 пользователя могут быть представлены один или более типов воздушных судов, а один или более пользователей системы 100 могут выбирать салон воздушного судна из вариантов, предлагаемых в интерфейсе 104 пользователя. Шаблон салона воздушного судна для выбранного салона воздушного судна может быть вызван из хранилища данных и представлен в интерфейсе пользователя для манипуляций и конфигурирования.
На этапе операции 315 осуществляется построение двумерной внутренней конфигурации для выбранного воздушного судна. Например, по отдельным вариантам осуществления один или более логических объектов могут быть вызваны из хранилища 112 данных по логическим объектам и помещены в шаблон салона, выбираемый на этапе операции 310. Как отмечалось выше, по отдельным вариантам осуществления конфигурация салона может задавать величину различных расстояний и закрепленных предметов, таких как выходные двери 402. Логическими объектами могут быть туалеты 404, закрепленные кухонные предметы 406, кресла 408 первого класса и кресла 410 экономического класса. Могут быть добавлены дополнительные логические объекты для представления верхних полок для ручной клади и систем воздушных потоков, не показанных на компоновочном плане по фиг. 4.
Различные логические объекты обладают присущими им физическими свойствами. Например, объекты могут иметь присущие им физические размеры и форму. Помимо этого пользователь может указывать для объектов одно или более физических и материальных свойств, таких как, например, скорости воздушных потоков, углы, температуру, параметры теплового потока, вязкость и теплопроводность текучей среды и т.п., связанных с указанными объектами.
По отдельным вариантам осуществления различные логические объекты могут быть добавлены в шаблон при помощи технологии перетаскивания. Например, логические объекты, хранящиеся в хранилище 112 данных по логическим объектам, могут быть представлены в виде пиктограмм, которые можно выбирать, перетаскивать и помещать в требуемом количестве в соответствующее место на шаблоне. По мере заполнения графического интерфейса пользователя система создает файловую структуру 420, соответствующую компоновке.
Пользователь системы может заполнять одно или более кресел объектами в виде человека. Объект в виде человека может иметь соответствующие физические характеристики, например рост, вес, комплекцию и т.п., и связанные с ними характеристики воздушных потоков. Кроме этого, объектам в виде человека может быть присвоена возможность перемещения, в соответствии с которой они могут проходить между рядами в салоне.
По отдельным вариантам осуществления интерфейс пользователя позволяет пользователю создавать трехмерный вид салона. Трехмерный вид можно рассматривать в разной перспективе для оценки компоновки салона.
Вновь со ссылкой на фиг. 3, после того как компоновка салона завершена, управление передается операции 320 и двумерная компоновка салона может использоваться для создания сценария для одной или более трехмерных имитаций салона. Сценарий может включать в себя параметры геометрических размеров салона и соответствующие граничные условия для препроцессора вычислительной динамики жидкости и газа (CFD) при создании трехмерной модели CFD. На этапе операции 325 имитация может осуществляться с использованием CFD модели. Например, по отдельным вариантам осуществления система может производить одну или более однофазных имитаций воздушных и тепловых потоков, многофазную имитацию распространения патогенных бактерий или имитацию распространения нескольких видов организмов в газовой/паровой фазе. При имитации могут учитываться меняющиеся условия среды такие, например, как изменения температуры воздуха и давления внутри салона, динамика дыхания пассажиров, перемещения пассажиров внутри салона, прохождение воздушных потоков через салон и т.п.
На этапе 330 результаты имитации могут быть представлены пользователю системы. Например, возвращаясь вновь к фиг. 1, имитации 146 могут представляться в виде одного или более отчетов 154 через модуль 152 отчетности. Отчеты 154 могут быть доступны пользователю через интерфейс 160 пользователя.
На фигурах и в тексте раскрывается компьютерная система для создания модели динамики воздушных потоков в регулируемой среде салона, включающая в себя:
хранилище 110 данных в материальной машиночитаемой памяти 230, в которой хранится шаблон 110 регулируемой салонной среды и множество логических объектов 112, представляющих физические объекты 402, 404, 406, 408, 410, причем логические объекты 112 содержат характеристики связанных с ними воздушных потоков; и процессор 222, предназначенный для:
построения двумерной компоновки салонной среды 315 из шаблона 110 и множества логических объектов 112;
создания из двумерной компоновки салонной среды 315 сценария 140 для построения трехмерной модели воздушных потоков для салонной среды 320. По одному из вариантов компьютерная система распространяется на хранилище 110 данных, которое включает в себя неподвижные объекты 402, 404, 406, 408, 410 и подвижные объекты 112, которые перемещаются по одному или более определенным маршрутам в салонной среде в соответствии с заранее заданной моделью 140. По другому варианту компьютерная система распространяется на хранилище 110 данных, которое включает в себя один или более объектов 112 в виде человека, которые создают спектр воздушных потоков в соответствии с заранее заданной моделью 140. По еще одному варианту компьютерная система распространяется на хранилище 110 данных, которое включает в себя шаблон 110 регулируемой салонной среды, задающий по меньшей мере один из следующих параметров: скорость потока текучей среды и направление потоков в салоне, температуру стен, параметры теплового потока и один или более источников рассеивания.
В одном случае компьютерная система распространяется на процессор 222, который выполняет сценарий 140 по осуществлению имитации 146 динамики воздушных потоков в регулируемой салонной среде. В другом случае компьютерная система распространяется на имитационный модуль 146, моделирующий динамику воздушных потоков в салоне с использованием характеристик воздушных потоков, связанных с объектами 112, и в соответствии с заранее заданной моделью 140. В еще одном случае компьютерная система распространяется на процессор 222, который создает графический интерфейс 104, 160 пользователя, позволяющий пользователю перетаскивать одно или более пиктограммных изображений объектов 112 в шаблон 110 компоновки салона. В одном из примеров компьютерная система распространяется на пиктограммные изображения, которые задают внутреннюю конфигурацию салона.
По одному из аспектов раскрывается способ компьютерного моделирования динамики воздушных потоков в регулируемой салонной среде, включающий создание хранилища 110 данных, которое включает в себя шаблон 110 регулируемой салонной среды и множество логических объектов 112, представляющих физические объекты 402, 404, 406, 408, 410, причем логические объекты 112 содержат связанные с ними характеристики воздушных потоков; построение двумерной компоновки салонной среды 315 из шаблона 110 и множества логических объектов 112;
и создание из двумерной компоновки салонной среды 315 сценария для построения трехмерной модели воздушных потоков для салонной среды 320. По одному из вариантов компьютерный способ распространяется на хранилище данных 110, которое включает в себя неподвижные объекты 402, 404, 406, 408, 410 и подвижные объекты 112, которые перемещаются по одному или более заранее заданным маршрутам в салонной среде в соответствии с заранее заданной моделью 140.
По другому варианту компьютерный способ распространяется на хранилище данных 112, которое содержит один или более объектов 112 в виде человека, создающих спектр воздушных потоков в соответствии с заранее заданной моделью 140. По еще одному варианту компьютерный способ распространяется на создание хранилища данных 110, содержащее шаблон 110 регулируемой салонной среды, задающий по меньшей мере один из следующих параметров: скорость потока текучей среды и направление потоков в салоне, температуру стен, параметры теплового потока и один или более источников рассеивания.
В одном случае компьютерный способ дополнительно распространяется на выполнение сценария 140 по осуществлению имитации 146 динамики воздушных потоков в регулируемой салонной среде. В другом случае компьютерный способ распространяется на имитационный модуль 146, который моделирует динамику воздушных потоков в салоне с использованием характеристик воздушных потоков, связанных объектами 112 и в соответствии с заранее заданной моделью 140. В еще одном случае компьютерный способ распространяется на построение двумерной компоновки салонной среды 315, которое включает в себя использование графического интерфейса 104, 160 пользователя для перетаскивания одного или более пиктограммных изображений объектов 112 в шаблон 110 компоновки салона.
Таким образом, были рассмотрены компьютерная система и способ моделирования воздушных потоков в салоне. Вкратце, система позволяет пользователю выбирать двумерный шаблон салона и проектировать компоновку салона за счет заполнения шаблона объектами. Затем двумерная модель может использоваться для построения трехмерной модели CFD, которая может быть введена в имитирующий процессор.
В предшествующем описании была рассмотрена конкретная реализация типовых процессов, между тем, следует понимать, что при альтернативной реализации нет необходимости совершать отдельные действия именно так, как это было рассмотрено выше. По альтернативным вариантам осуществления отдельные действия могут быть изменены, осуществляться в ином порядке, либо в зависимости от ситуации могут быть полностью пропущены. Кроме этого, в некоторых случаях альтернативной реализации рассмотренные действия могут осуществляться компьютером, контроллером, процессором, программируемым устройством, прошивкой или любым другим соответствующим устройством и могут быть основаны на командах, хранящихся на одном или более машиночитаемых носителях, либо храниться иным образом или быть запрограммированными в подобные устройства (например, включая передачу машиночитаемых команд в реальном времени на подобные устройства). Применительно к программному обеспечению описанные выше действия могут представлять собой компьютерные команды, которые после их выполнения одним или более процессорами осуществляют указанные операции. В случае использования машиночитаемых носителей машиночитаемые носители могут быть любыми доступными носителями, доступ к которым может быть осуществлен устройством для выполнения хранящихся на них команд.
Хотя были рассмотрены разные варианты осуществления, специалистам в данной области техники будет понятно, что возможны модификации или вариации, не выходящие за объем настоящего изобретения. Приведенные примеры иллюстрируют разные варианты осуществления и не преследуют целью ограничение настоящего изобретения. Поэтому описание изобретения и формулу изобретения следует трактовать произвольно, с учетом лишь тех ограничений, которые могут определяться соответствующим предшествующим уровнем техники.