仿真軟件模擬飛機(jī)飛行技能

寂靜天花板

薩博公司Skeldar V200 旋翼無人機(jī)在固定翼機(jī)占主體的市場中占據(jù)一席之地。Skeldar 無人機(jī)不需要飛機(jī)跑道,；另外,，它能夠在同一位置盤旋,。這種無人機(jī)的尺寸為4.0m x 1.3m x 1.2m，速度為130 公里/ 時(shí),，最高可達(dá)到150 公里/ 時(shí),。其設(shè)計(jì)初衷是陸海兩用巡邏、輕型運(yùn)輸,、進(jìn)行電子戰(zhàn)爭以及監(jiān)視等等,。
  q) t; b9 P% S  H4 R4 x        面臨的挑戰(zhàn)
        在Skeldar 無人機(jī)的早期開發(fā)階段，問題主要集中于樣機(jī)的穩(wěn)定性上,。以前在開發(fā)樣機(jī)時(shí),，人們應(yīng)用了數(shù)學(xué)模型加以輔助,，但樣機(jī)的飛行技能卻顯示出這些模型并未真正捕捉到無人機(jī)飛行技能的精髓。事實(shí)上,，旋翼無人機(jī)飛行技能的仿真法要求其能夠精準(zhǔn)捕獲轉(zhuǎn)軸葉片和氣流之間的相互作用,，這種相互作用是葉片在升起時(shí)飛機(jī)傾斜造成的——但是據(jù)MSC軟件公司和薩博公司透露，截止到目前,，任何一種仿真法都無法達(dá)到此要求,。
3 h( K- Z1 l4 ^        Adams 仿真軟件：模擬現(xiàn)實(shí)生活中的物理現(xiàn)象
  @4 V/ v# `! r' B        作為一種多體動(dòng)力學(xué)的模仿軟件，Adams 軟件能夠通過早期確認(rèn)的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)提高工程的效率,、降低產(chǎn)品研發(fā)的費(fèi)用,。工程師們可以評(píng)估并且操控不同學(xué)科之間復(fù)雜的相互作用——包括動(dòng)勢、結(jié)構(gòu),、吸合以及操控等,，以此來優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、更好的提高產(chǎn)品性能,、安全性以及舒適度,。由于Adams仿真軟件有極強(qiáng)的分析能力，再通過利用高性能計(jì)算環(huán)境,，現(xiàn)在能夠解決更大型的問題,。
3 f* a* v2 V  `# d+ M) n: M8 M        Adam 仿真軟件現(xiàn)在能通過有限元分析法（FEA）在更短的時(shí)間內(nèi)運(yùn)行非線性動(dòng)力學(xué)，它所計(jì)算出的負(fù)荷和力通過為一系列動(dòng)態(tài)環(huán)境和操作環(huán)境提供更精確的評(píng)估數(shù)據(jù),，而提高了有限元分析法的準(zhǔn)確性,。
9 k) e# y' c4 y/ N+ O$ e        準(zhǔn)確性與解決方案
. E! x' D) K, Q( w        Per Persson 博士是薩博公司的一名技術(shù)人員,，主要研究結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué),。他使用MSC 軟件公司的Adams 仿真軟件來模仿Skeldar 無人機(jī)的飛行技巧。Per Weinerfelt 博士同樣是此公司的技術(shù)人員,，他是空氣動(dòng)力學(xué)和流入建模理論的堅(jiān)定支持者,；同時(shí)，還將Adams 仿真法運(yùn)用到了直升飛機(jī)的結(jié)構(gòu)模型中,。
6 d( [' y, s1 M2 k) z  T4 n        MSC Nastran 公司的研究人員把兩個(gè)旋翼當(dāng)作8 個(gè)靈活的物體做成模型并使有代表性的模式成為Adams模型的一部分,。將旋翼分割成更小的部分使旋翼外部的剛體運(yùn)動(dòng)應(yīng)用到葉片內(nèi)部，以更準(zhǔn)確地模擬葉片在飛機(jī)飛行過程中的變形,。旋翼的每一小部分都包括大約25 個(gè)梁單元,，并且都有其不同的特點(diǎn)。此項(xiàng)飛行試驗(yàn)重點(diǎn)放在飛機(jī)的旋翼系統(tǒng)上,，因此直升機(jī)的主要框架只被簡單展示為一個(gè)剛體結(jié)構(gòu),。
$ k: N0 R9 h$ d9 O) w* o1 Y        操縱于無人機(jī)上的空氣動(dòng)力是由一種模型為載體進(jìn)行計(jì)算的，這種模型作為用戶定義函數(shù)常被應(yīng)用于Adams 仿真軟件中,。旋翼和直升機(jī)框架上的直線電機(jī)為空氣動(dòng)力模型提供了輸入數(shù)據(jù),；空氣動(dòng)力是由葉片動(dòng)作計(jì)算得出的,，應(yīng)用在葉片旁邊的不同位置上。直升機(jī)框架上的拖曳力與一種方形板類似,，葉片的變形或是動(dòng)勢都能對(duì)攻擊區(qū)計(jì)算角度產(chǎn)生影響,。升力線方法計(jì)算出的升力和阻力，加之Peters-He 流入模型,，能夠捕獲到飛機(jī)下降氣流的高度非線性作用,。
        空氣動(dòng)力的下降力要求與機(jī)翼的升力大小相同，但方向相反,，因此,，Persson 博士和Weinerfelt 博士在模型中注入了升力，反沖了下降力,。
        實(shí)際飛行控制系統(tǒng)方程組的一個(gè)狀態(tài)空間示意圖操控著模擬飛行器,。其狀態(tài)空間系統(tǒng)包括：位置誤差反饋、時(shí)間積分位置反饋以及時(shí)間導(dǎo)數(shù)位置反饋,。另外,，無人機(jī)的動(dòng)作同樣還依靠于其姿態(tài)，操縱系統(tǒng)也是由其姿態(tài)以及姿態(tài)評(píng)級(jí)反饋的,。將旋轉(zhuǎn)應(yīng)用于主轉(zhuǎn)軸中可以驅(qū)動(dòng)模型,；尾槳操縱還可以防止無人機(jī)隨著旋翼一起旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)葉片的動(dòng)勢可以應(yīng)用于外部空氣動(dòng)力負(fù)荷中去,。這些都是使得直升機(jī)可以運(yùn)動(dòng)的原因,；操控系統(tǒng)則利用直升機(jī)的動(dòng)勢控制主旋翼和尾槳的旋轉(zhuǎn)方向。
        之后,，此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)規(guī)模擴(kuò)大,，進(jìn)一步驗(yàn)證了上述模型的正確性。葉片上的靜模態(tài)測量與計(jì)算數(shù)據(jù)基本一致,；旋翼距經(jīng)過旋翼試驗(yàn),，最后數(shù)值也與模型得出的數(shù)值相似。上述實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃芎玫尿?yàn)證了葉片動(dòng)勢的整體形狀,；通過從仿真模型實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ头答侊w行操控的輸入值,，使得飛行技能與飛行試驗(yàn)相互關(guān)聯(lián)。盡管并不知道飛行器在實(shí)際飛行時(shí)的風(fēng)向以及風(fēng)力,，但該模型依然復(fù)制了原型的間距和滾動(dòng)反映,。在接下來的操控性測試中，無風(fēng)的情況下如果使用更小的控制輸入法,，模型甚至可以得出更完善的測量數(shù)據(jù),。
7 X1 S2 D& o+ L  A' C% F        結(jié)論
. n/ L# R! [6 F/ j! V& u        在確認(rèn)模型試驗(yàn)的結(jié)果之后，Persson將其應(yīng)用于在飛機(jī)原型中所出現(xiàn)的問題，卻發(fā)現(xiàn)仿真軟件模型將這些問題原原本本的復(fù)制了下來,。與用儀器對(duì)原型進(jìn)行測量相比較,，仿真軟件模型提供了更為詳細(xì)的信息——例如扇葉不同位置上的空氣動(dòng)力信息。由于模型試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn),，在更多條件下評(píng)估無人機(jī)的性能成為了現(xiàn)實(shí)——而這在以前真正的飛行試驗(yàn)中,，考慮到時(shí)間、金錢以及承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)等因素,，評(píng)估飛機(jī)原型性能是不可能實(shí)現(xiàn)的,。仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果幫助Persson 以及薩博公司其他的工程師們找到了飛機(jī)不穩(wěn)定問題的根源所在，并且尋求到了解決方案,。在人們升級(jí)了模型試驗(yàn)并進(jìn)行進(jìn)一步模擬后,，上述問題便消失了——之后，飛機(jī)原型的試驗(yàn)也進(jìn)行了相同的升級(jí),，測試用的飛機(jī)所顯示出的問題也切實(shí)得到了解決,。
: u  D0 }, E8 W- A, e- c% H        最后，Persson 博士總結(jié)道：“Adams仿真軟件節(jié)省了我們至少半年的時(shí)間,，否則的話我們就得花費(fèi)半年的時(shí)間用于改進(jìn)以及測試飛機(jī)原型上,。”
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番茄西瓜

真不錯(cuò)

wangqing1

這才是技術(shù)啊,，為此愿付出畢生