仿真軟件模擬飛機飛行技能

寂靜天花板

薩博公司Skeldar V200 旋翼無人機在固定翼機占主體的市場中占據一席之地。Skeldar 無人機不需要飛機跑道；另外，它能夠在同一位置盤旋。這種無人機的尺寸為4.0m x 1.3m x 1.2m，速度為130 公里/ 時，最高可達到150 公里/ 時。其設計初衷是陸海兩用巡邏、輕型運輸、進行電子戰爭以及監視等等。
        面臨的挑戰
' f* h% `# e* l/ {1 S2 i4 z9 x. }1 y        在Skeldar 無人機的早期開發階段，問題主要集中于樣機的穩定性上。以前在開發樣機時，人們應用了數學模型加以輔助，但樣機的飛行技能卻顯示出這些模型并未真正捕捉到無人機飛行技能的精髓。事實上，旋翼無人機飛行技能的仿真法要求其能夠精準捕獲轉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飛機傾斜造成的——但是據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到此要求。
        Adams 仿真軟件：模擬現實生活中的物理現象
        作為一種多體動力學的模仿軟件，Adams 軟件能夠通過早期確認的系統級設計提高工程的效率、降低產品研發的費用。工程師們可以評估并且操控不同學科之間復雜的相互作用——包括動勢、結構、吸合以及操控等，以此來優化產品設計、更好的提高產品性能、安全性以及舒適度。由于Adams仿真軟件有極強的分析能力，再通過利用高性能計算環境，現在能夠解決更大型的問題。
6 E* `; e5 x: a9 i& f$ e. t        Adam 仿真軟件現在能通過有限元分析法（FEA）在更短的時間內運行非線性動力學，它所計算出的負荷和力通過為一系列動態環境和操作環境提供更精確的評估數據，而提高了有限元分析法的準確性。
        準確性與解決方案
5 Q  U+ }0 [& ^$ p3 i        Per Persson 博士是薩博公司的一名技術人員，主要研究結構動力學。他使用MSC 軟件公司的Adams 仿真軟件來模仿Skeldar 無人機的飛行技巧。Per Weinerfelt 博士同樣是此公司的技術人員，他是空氣動力學和流入建模理論的堅定支持者；同時，還將Adams 仿真法運用到了直升飛機的結構模型中。
        MSC Nastran 公司的研究人員把兩個旋翼當作8 個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動應用到葉片內部，以更準確地模擬葉片在飛機飛行過程中的變形。旋翼的每一小部分都包括大約25 個梁單元，并且都有其不同的特點。此項飛行試驗重點放在飛機的旋翼系統上，因此直升機的主要框架只被簡單展示為一個剛體結構。
        操縱于無人機上的空氣動力是由一種模型為載體進行計算的，這種模型作為用戶定義函數常被應用于Adams 仿真軟件中。旋翼和直升機框架上的直線電機為空氣動力模型提供了輸入數據；空氣動力是由葉片動作計算得出的，應用在葉片旁邊的不同位置上。直升機框架上的拖曳力與一種方形板類似，葉片的變形或是動勢都能對攻擊區計算角度產生影響。升力線方法計算出的升力和阻力，加之Peters-He 流入模型，能夠捕獲到飛機下降氣流的高度非線性作用。
        空氣動力的下降力要求與機翼的升力大小相同，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。
        實際飛行控制系統方程組的一個狀態空間示意圖操控著模擬飛行器。其狀態空間系統包括：位置誤差反饋、時間積分位置反饋以及時間導數位置反饋。另外，無人機的動作同樣還依靠于其姿態，操縱系統也是由其姿態以及姿態評級反饋的。將旋轉應用于主轉軸中可以驅動模型；尾槳操縱還可以防止無人機隨著旋翼一起旋轉，旋轉葉片的動勢可以應用于外部空氣動力負荷中去。這些都是使得直升機可以運動的原因；操控系統則利用直升機的動勢控制主旋翼和尾槳的旋轉方向。
        之后，此項實驗規模擴大，進一步驗證了上述模型的正確性。葉片上的靜模態測量與計算數據基本一致；旋翼距經過旋翼試驗，最后數值也與模型得出的數值相似。上述實驗模型很好的驗證了葉片動勢的整體形狀；通過從仿真模型實驗模型反饋飛行操控的輸入值，使得飛行技能與飛行試驗相互關聯。盡管并不知道飛行器在實際飛行時的風向以及風力，但該模型依然復制了原型的間距和滾動反映。在接下來的操控性測試中，無風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據。
4 W4 p# ]+ J( u3 s/ q/ E8 D  W, o        結論
        在確認模型試驗的結果之后，Persson將其應用于在飛機原型中所出現的問題，卻發現仿真軟件模型將這些問題原原本本的復制了下來。與用儀器對原型進行測量相比較，仿真軟件模型提供了更為詳細的信息——例如扇葉不同位置上的空氣動力信息。由于模型試驗的優點，在更多條件下評估無人機的性能成為了現實——而這在以前真正的飛行試驗中，考慮到時間、金錢以及承擔的風險等因素，評估飛機原型性能是不可能實現的。仿真實驗的結果幫助Persson 以及薩博公司其他的工程師們找到了飛機不穩定問題的根源所在，并且尋求到了解決方案。在人們升級了模型試驗并進行進一步模擬后，上述問題便消失了——之后，飛機原型的試驗也進行了相同的升級，測試用的飛機所顯示出的問題也切實得到了解決。
# D( Y- A3 i, z/ R6 l  q        最后，Persson 博士總結道：“Adams仿真軟件節省了我們至少半年的時間，否則的話我們就得花費半年的時間用于改進以及測試飛機原型上。”
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6 u% v! P! x1 B0 L) w* `% M& Q

番茄西瓜

真不錯

wangqing1

這才是技術啊，為此愿付出畢生