[發(fā)明專利]一種基于ADAMS臨近空間飛行器變質(zhì)量升空過程的仿真方法

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• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN111737890A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發(fā)明（設計）人: 唐梓棋;姚小虎;張閏;劉婷婷
• 申請（專利權）人: 華南理工大學;中國特種飛行器研究所
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/15;G06F9/445;G06F119/14
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳宏升

本發(fā)明公開了一種基于ADAMS臨近空間飛行器變質(zhì)量升空過程的仿真方法，包括：S1，通過幾何建模軟件建立飛行器的各部件幾何模型并輸出；S2，在ADAMS中導入各部件幾何模型，對將各部件幾何模型裝配為整體模型并定義材料屬性及特征點；S3，編寫變質(zhì)量子程序代碼并編譯形成動態(tài)鏈接庫；S4，在ADAMS中施加荷載，定義SOLVER腳本類型并仿真；S5，測量仿真變量結果并分析驗證合理性。本發(fā)明通過在飛艇升空過程中施加不斷變化的荷載時程曲線，以模擬臨近空間飛行器真實升空過程的動態(tài)響應，使仿真更加接近真實的飛行環(huán)境，保證了仿真的準確性和動態(tài)響應的可靠性。

技術領域

本發(fā)明涉及航空航天技術領域，具體涉及一種基于ADAMS臨近空間飛行器變質(zhì)量升空過程的仿真方法，用于指導臨近空間飛行器尤其是平流層飛艇、多體火箭的升空設計和實時控制仿真。

背景技術

臨近空間飛行器是指主要在地面以上20—100km之間服役的多功能飛行器，該類飛行器在升空過程中會受到包括大氣等復雜外界環(huán)境的影響，升空過程涉及復雜的多物理場耦合問題，飛行器自身運動及周邊氣流等非線性問題顯著。因此精準地建立臨近空間飛行器的六自由度升空模型，并實現(xiàn)多力場變質(zhì)量升空仿真對研究臨近空間飛行器的升空過程多體動力學響應及優(yōu)化設計具有重要的意義。

目前國內(nèi)外對臨近空間飛行器的升空過程研究主要有以下兩種方法：

(1)將臨空飛行器視為剛體模型，基于MATLAB的SIMULINK工具箱對臨空飛行器的單自由度或多自由度上升控制，將復雜的非線性化問題簡單線性化處理。此種方法雖能考慮到升空全過程的各運動學物理量變化情況，但其基于質(zhì)點系/剛體動力理論的推導，飛艇上升全過程無法可視化，并且無法根據(jù)飛行器的動態(tài)響應作出準確及時的控制策略；

(2)將臨近空間飛行器視為柔性體分析，基于ANSYS/LS-DYNA或 Abaqus類型有限元軟件，對臨近空間飛行器瞬態(tài)模型的研究，主要側重于研究流固耦合問題，考查飛行器在升空瞬態(tài)動力學響應和溫度場的分布。然而此類分析方法主要研究飛行器瞬態(tài)模型，無法考慮全過程的控制調(diào)節(jié)，與真實情況中飛行器由于燃料消耗、拋棄配重導致飛行器質(zhì)量不斷變化不符合。

綜上可知，目前現(xiàn)有的關于臨近空間飛行器的研究方法仍沒有一種可控可視化且能實現(xiàn)變質(zhì)量的多體升空全過程仿真方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服以上現(xiàn)有技術存在的不足，提供了一種基于 ADAMS臨近空間飛行器變質(zhì)量升空過程的仿真方法，同時考慮升空過程中的多物理場耦合，以實現(xiàn)對飛行器升空全過程的可視化控制，為臨空飛行器的升空設計、軌跡優(yōu)化和姿態(tài)控制提供指導，為進一步研究臨空飛行器全過程剛柔耦合問題提供數(shù)據(jù)支持，可有效地縮短了設計周期。

本發(fā)明的目的通過以下的技術方案實現(xiàn)：

一種基于ADAMS臨近空間飛行器變質(zhì)量升空過程的仿真方法，應用于臨近空間飛行器升空過程，包括：

S1，通過幾何建模軟件建立飛行器的各部件幾何模型并輸出；

S2，在ADAMS中導入各部件幾何模型，對將各部件幾何模型裝配為整體模型并定義材料屬性及特征點；

S3，編寫變質(zhì)量子程序代碼并編譯形成動態(tài)鏈接庫；

S4，在ADAMS中施加荷載，定義SOLVER腳本類型并仿真；

S5，測量仿真變量結果并分析驗證合理性。

優(yōu)選地，步驟S1包括：在CATIA軟件構建臨近空間飛行器的各部件的幾何模型；若部件的幾何模型為剛性體模型，CATIA直接輸出為通用格式文件；若部件的幾何模型為柔性體模型，則先將CATIA直接輸出的通用格式文件導入至有限元軟件Patran中進行網(wǎng)格劃分，定義邊界條件及對接參數(shù)的設定，再導出為模態(tài)中性文件。