飞机动力学虚拟样机技术

飞机动力学虚拟样机以研究飞机的动态特性为核心,通过虚拟样机各系统的建模与仿真,在系统开发和运行环境中对飞机的气动特性、控制系统、发动机特性、飞行性能和飞行品质进行分析、评估和研究,支持飞机的需求分析、方案论证、概念设计和初步设计,同时,飞行员可参与在回路中的操纵完成虚拟试飞验证。系统提供分布虚拟战场威胁环境,可在武器平台体系对抗环境中验证和评估飞机的作战效能。利用飞机动力学虚拟样机系统环境还可进行飞机的多学科优化设计。     

高空台飞行环境模拟系统数字建模与仿真研究

为了分析新建高空台飞行环境模拟系统试验设备动态控制特性,研究各子系统关联耦合性,开展了系统建模和仿真研究。采用相似理论和部件级建模方法针对进排气关键调节阀、液压伺服系统和管道容腔等进行了数学建模研究,建立了相应设备特性模型,设计了双闭环进排气压力自动控制结构。在对实际控制系统功能性分解基础上,构建了飞行环境模拟系统数字仿真平台,并在数字仿真平台上进行了压力动态控制仿真。仿真结果表明各子系统压力动态建立过程与真实高空模拟试验过程趋势一致,能够反映真实系统的压力动态过程,证明了系统数学模型的合理性。利用仿真方法模拟了发动机流量变化对各控制子系统的影响,稳压腔压力最大偏差为4.5kPa,发动机进气压力最大偏差为3.4kPa,排气压力最大偏差为1.5kPa,验证了飞行环境模拟系统控制性能。     

某型卫星测试转台俯仰翻转丝杠动力学分析

以某型卫星测试转台俯仰机构为研究对象,在ADAMS中建立了虚拟样机,得到了在翻转过程中丝杠轴向力曲线,并将仿真结果与理论计算结果及试验结果进行比较,验证了虚拟样机建模的合理性;研究结果为同类物理样机设计中滚珠丝杠的选用校核,台体框架的设计校核以及机电联合仿真提供有利数据支撑。     

MSC.ADAMS虚拟仿真在应急门打开机构中的应用

机构的运动是一个伴随诸多因素的复杂过程,采用常规的解析法无法获得较为准确的求解。为了更加真实地分析机构的运转,在某型号应急门打开机构的研发中引入了MSC.ADAMS多体动力学分析平台。首先基于MSC.ADAMS软件虚拟仿真了应急舱门的打开机构,根据适航条例的要求,确定了打开机构驱动系统性能参数;然后通过在虚拟样机上施加机构随机载荷获得机构件的强度优化载荷输入,依据该载荷为打开机构进行强度优化,为飞机研制提供了一套行之有效的方法。     

虚拟仿真实验系统的建模方法研究

提出了虚拟仿真实验系统建模的“数学模型 图像模型”的模型结构,该模型从真实实验抽象出实验场景、仪器对象以及元器件对象,采用面向对象方法对它们进行数学建模与图像建模,完成对真实实验的虚拟;总结了虚拟仿真实验开发过程中的各种仿真建模方法和技术,包括数学模型的建立、静态和动态三维图像模型的建立、数学模型与图像模型的协调工作等;最后给出了面向对象的可重用建模方法,该方法具有良好的直观性、可扩展性和可重用性。     

新型五轴并联机床虚拟样机参数化实体建模设计

介绍了一种新型5自由度完全并联机床,该机床具有5个驱动分支和1个约束分支,可以实现三维移动和二维转动。根据该并联机床概念模型,对其总体布局、结构部件的参数化实体建模设计和装配体过程进行了研究。设计完成的虚拟样机参数化实体模型结构合理,外形逼真,可以直接用于工程分析和设计优化,为真实机床的研制提供了有效的手段。     

基于虚拟样机的起落架收放系统仿真

通过建立某飞机起落架机构动力学模型和液压及控制系统模型,构建了完整的起落架收放系统的虚拟样机。基于虚拟样机,进行了起落架收放系统仿真分析,并与试验结果进行了对比。结果表明:仿真结果与试验结果基本一致,仿真模型可以用于起落架系统收放时间的模拟。     

飞机除冰车作业臂动力学特性研究

以国产QYZ5200TCB型飞机除冰车为研究对象,在分析除冰车作业臂的结构和工作原理的基础上,运用Pro/E创建除冰车作业臂虚拟样机,根据样机模型,通过Pro/E与ADAMS两个软件之间的专用接口程序Mechanism/Pro,将除冰车作业臂模型导入到ADAMS中,添加复杂约束和载荷,运用ADAMS进行动力学分析计算,从而实现基于Pro/E和ADAMS的对除冰车作业臂的联合仿真分析,并通过稳定性试验对基于仿真模型的实体作业臂进行检测.结果表明,除冰车作业臂的运动平稳可靠、连续性好且无干涉,仿真分析具有可靠性.为民航相关装备的结构设计和分析提供参考方法.     

基于VAPS的虚拟航空仪表的构造与实现

航空仪表仿真是飞行模拟器中的一个重要组成部分.结合虚拟现实技术的发展和全任务飞行模拟器样机的技术要求,阐述了虚拟航空仪表的构建和虚拟仪表系统的实现方法.首先介绍了如何使用VAPS6.3仿真建模软件建立各种逼真的虚拟航空仪表模型并生成可执行性文件;在此基础上,采用TCP/IP协议实现与飞行仿真计算机的数据通信,文中分析了显示驱动程序并得出虚拟航卒仪表的显示界面.通过实际调试,证明了该设计方法的可行性.     

Tropos视景系统数据库建模分析

视景系统是飞行模拟机为飞行员提供真实视觉感受的仿真系统.飞行视景数据库作为飞行仿真系统的重要组成部分,其层次结构及复杂程度直接影响视景系统的真实程度.本文介绍了基于Lithos平台的Tropos视景数据库建模工具集的特点,开发过程及在飞行模拟机上的安装、调试方法.     

基于骨骼服的虚拟人体建模与仿真

下肢外骨骼是一种人机结合的可穿戴的智能装置,用来提高单兵行走时的负荷能力。通过结合人的智能和机械的力量,使人与机械的优势得到互补,不仅可以避免用机械模拟人的智能带来的困难,还能够拓展穿戴者的负荷能力。文章首先基于人体行走的生物学特征利用零力矩点（ZMP）稳定性理论,分析了人体的动态稳定性的特点;然后,在ADAMS中建立了虚拟人体模型,对人体行走模型进行了仿真,通过对比仿真结果,验证了模型ZMP处于稳定状态,并且说明了在ADAMS人体建模与仿真的可行性。     

Safety modeling and simulation of multi-factor coupling heavy-equipment airdrop

Heavy-equipment airdrop is a highly risky procedure that has a complicated system due to the secluded and complex nature of factors＇ coupling. As a result, it is difficult to study the modeling and safety simulation of this system. The dynamic model of the heavy-equipment airdrop is based on the Lagrange analytical mechanics, which has all the degrees of freedom and can accurately pinpoint the real-time coordinates and attitude of the carrier with its cargo. Unfavorable conditions accounted in the factors＇ models, including aircraft malfunctions and adverse environments, are established from a man-machine-environment perspective. Subsequently, a virtual simulation system for the safety research of the multi-factor coupling heavy-equipment airdrop is developed through MATLAB/Simulink, C language and Flightgear software. To verify the veracity of the theory, the verification model is built based on dynamic software ADAMS. Finally, the emulation is put to the test with the input of realistic accident variables to ascertain its feasibility and validity of this method.     

联调机构虚拟样机运动学动力学仿真

采用UG与ADAMS软件建立了某型燃气轮机压气机可调静叶联调机构系统的完整数字化虚拟样机,在此基础上对该联调机构系统进行了动态特性仿真分析,得到了可调静叶联调机构的调节变化规律,分析了联调机构的仿真结果与机构设计目标的对比情况,验证了模型的可行性。并对仿真角度规律结果与CAD计算法结果进行了比较,证明了ADAMS仿真是1种行之有效的方法,且比物理仿真有很强的经济性优势。通过仿真得到了各级拉杆的受力情况,为进一步有限元结构分析以及结构系统优化奠定了基础。     

基于EHA的多轮系飞机刹车系统的建模与仿真

介绍了一种采用电动静液作动器(EHA)代替原有液压作动机构的飞机多轮系防滑刹车系统,在重点分析EHA的系统组成原理和工作特性的基础上.建立了EHA及多轮系飞机刹车系统的数学模型,采用Matlab/simulink对其进行仿真.仿真结果表明:所建立的模型基本正确,结果与真实刹车基本吻合;采用EHA代替液压系统能极大改善飞机刹车性能.     

飞机维护虚拟样机技术研究与实现

分析了飞机设计中虚拟样机与数字样机技术的区别和联系,提出了基于虚拟样机工程生命周期管理P3R模型的虚拟样机仿真支撑平台体系结构,从虚拟样机维护视图的角度,阐述了飞机维护虚拟样机的概念,描述了以Windchill为基础设施构建的虚拟样机协同工作支撑平台和维护虚拟样机仿真定义与评估工具的功能和计算机实现,重点讨论了飞机虚拟样机维护过程的定义方法。     

航空发动机健康管理系统的快速原型设计

针对航空发动机健康管理系统传统设计方法周期长、成本高等问题,提出了面向健康管理系统的快速原型设计方法,构建了基于虚拟仪器语言和快速原型技术的航空发动机健康管理系统快速原型仿真平台。以CompactRIO平台为核心,在实时响应最高的现场可编程门阵列(FPGA)环境下设计了信号接口单元,模拟发动机真实传感器值,并提供了基于Windows平台的健康管理软件实时开发环境,可以将健康管理算法快速部署下载至硬件平台。结果表明:此健康管理系统的快速原型设计方法是切实有效的,为扩展成为完全的硬件在回路(HIL)仿真的平台奠定了基础,有较好的工程实用价值。     

多学科优化技术在空间结构锁可靠性设计分析中的应用

 多领域协同建模仿真是复杂产品虚拟样机设计分析需要解决的关键技术问题之一。利用CAD/CAE工具搭建的空间结构锁多柔体虚拟样机模型,综合考虑了强度、动力学、空间环境影响等因素,在协同设计分析和协同建模仿真的基础上,开展了基于可靠性的多学科协同设计分析。并深入讨论了协同建模仿真实现中的数据综合、过程综合等关键技术。通过多学科协同设计分析和建模仿真,找到了空间结构锁的可靠性薄弱环节,并结合多学科优化技术,实现了空间对接锁基于可靠性的设计优化,进一步提出了通用的复杂机电系统基于可靠性的多学科设计优化方案,并开发了能协同三维建模工具（如PROE）,有限元分析工具（如MSCPATRAN,NASTRAN,ANSYS）和动力学分析工具（如MSCADAMS）进行复杂机电系统可靠性分析的通用工具平台ARAMS。     

航空发动机数控系统综合仿真平台设计

综合现有软硬件资源,采用模块化方法设计了航空发动机数字电子控制系统综合仿真平台,其框架主要包括发动机模型系统、传感器信号模拟与处理、控制器快速原型等子系统.发动机模型系统采用集成仿真环境调用液压执行装置和发动机数学模型库方式设计;快速原型系统采用Matlab/Simulink环境下将控制程序封装成S-Function的方法设计;软件设计重点描述了混合编程与定时器编程技术.以某双轴涡扇发动机为应用对象,进行控制系统数字仿真、半物理模拟试验和台架试车,在相同控制参数下,仿真试验与台架试车结果相似,表明所设计综合仿真平台具有工程应用价值.      

Stewart平台铰点工作空间的研究

针对并联六自由度运动平台工作空间大小与结构尺寸参数评价关系问题进行了探讨,提出了6-6结构六自由度并联机构铰点工作空间的概念,并以此出发建立了工作空间大小与尺寸参数的联接关系表达式,从而实现了直接依据工作空间大小进行结构尺寸设计而不必进行大量工作空间反复核算。通过仿真实验不仅验证了投入使用的飞行模拟器六自由度运动平台结构设计的合理性,而且依据铰点工作空间的原理构造出Stewart平台位置可达工作空间。此方法既为系统总体结构参数合理选择提供理论依据,又对Stewart平台工程设计提供机构边界运动范围,为工作空间的分析与综合提供了新途径。     

飞行环境模拟系统多容腔流-固传热建模

为了提升高空台飞行环境模拟系统(FESS)数值仿真平台的置信度,提出了一种多容腔流-固传热的建模方法,该方法考虑了混合器气流掺混、流-固传热、管道压力损失等因素的影响;建立了包括调节阀流量特性、液压伺服系统、混合器、混合器出口导流栅流量特性、整流子系统、管道容腔模型在内的部件模型库,并基于该模型库构建了仿真平台。为了验证本文建模方法的有效性,采用两次掺混试验数据对仿真模型进行对比验证表明,仿真结果与试验测量结果动态变化趋势基本一致,且温度、压力的最大误差分别不大于2.5K、2kPa;为了分析FESS控制系统的能力,假定了一次典型的发动机试验条件来进行仿真分析,仿真结果表明,FESS控制系统具备进行发动机平飞加速和等马赫数爬升试验的能力。