CN106844997B

CN106844997B - 常规布局直升机受力反演与参数匹配的动力学建模方法

Info

Publication number: CN106844997B
Application number: CN201710075594.6A
Authority: CN
Inventors: 刘虎; 霍明宇
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2017-02-13
Filing date: 2017-02-13
Publication date: 2020-08-04
Anticipated expiration: 2037-02-13
Also published as: CN106844997A

Abstract

本发明公开了一种常规布局直升机受力反演与参数匹配的动力学建模方法，涉及虚拟仿真技术领域。该方法中，首先以常规布局直升机的共性特性为基础建立通用化模型，然后，根据需要可以通过分析特定机型的结构和气动特点，快速调整通用化模型的参数，建立特定机型的物理模型，当物理模型达到预期效果后，再建立该特定机型的可视化模型，因此，本发明的方法，不同机型的动力学模型基础为同一个通用化模型，建立多个模型时只需要对不同机型进行分析，随后根据其特点对通用化模型进行快速改动即可完成建模，与现有技术中，需要针对不同的特定型号飞机分别进行针对性的建模的方法相比，省去了大量的重复性的繁重的建模工作，极大的提高了工作效率。

Description

常规布局直升机受力反演与参数匹配的动力学建模方法

技术领域

本发明涉及虚拟仿真技术领域，尤其涉及一种常规布局直升机受力反演与参数匹配的动力学建模方法。

背景技术

直升机飞行动力学建模在直升机设计过程中是非常重要的一个环节，它广泛应用于直升机总体设计、飞行品质评估，以及驾驶员训练等研究领域。合理的动力学模型能够在总体设计初期阶段就很好地模拟出直升机的飞行性能，同时也能在后期的验证阶段中正确的反映出出各类问题并进行进一步的研究。

目前，直升机飞行动力学建模方法通常为：针对特定型号飞机分别进行针对性的建模，通用程度低，需要多个模型时需要分别进行建模工作，工作效率低。即，现有的直升机建模方法为线形流程，如图1所示，每个模型都是一个工程，模型的通用性差，建立多个模型时的工作繁重复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种常规布局直升机受力反演与参数匹配的动力学建模方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种常规布局直升机受力反演与参数匹配的动力学建模方法，包括如下步骤：

S1，根据常规布局直升机的结构和气动数据，建立通用化物理模型；

S2，根据特定机型直升机的结构和气动数据，在所述通用化物理模型中，调整设计参数，构建特定机型的物理模型；

S3，对所述特定机型的物理模型进行仿真，并判断仿真结果是否达到预期目标，如果是，则跳至S4，否则，跳至S2；

S4，建立特定机型的可视化模型；

S5，将所述特定机型的可视化模型与所述特定机型的物理模型进行关联，并进行渲染和可视化仿真，

S6，判断可视化仿真结果是否达到预期目标，如果是，则结束，否则，跳至S5，至所述可视化仿真结果达到预期目标。

优选地，S1中，所述通用化物理模型利用PhysX引擎建立。

优选地，S4中，所述特定机型的可视化模型利用Unreal Engine引擎建立。

优选地，S5中，所述将所述特定机型的可视化模型与所述特定机型的物理模型进行关联，具体为：将所述物理模型中定义的施力点和受力点分别设置在所述可视化模型中对应的部件位置上，实现对物理模型和可视化模型的绑定，当物理模型进行运算时，可通过可视化模型直观的展示出当前模拟的状态。

优选地，S5和S6之间还包括步骤：判断所述特定机型的可视化模型与所述特定机型的物理模型是否关联正确，如果关联正确，则执行S6，否则，返回S5。

优选地，所述判断所述特定机型的可视化模型与所述特定机型的物理模型是否关联正确，具体为：在物理模型中输入物理参数，如果可视化模型部件表现出的运动方式和对该组物理参数预期产生的运动方式相符，则可以判断可视化模型与物理模型关联正确。

本发明的有益效果是：本发明实施例提供的常规布局直升机受力反演与参数匹配的动力学建模方法，首先以常规布局直升机的共性特性为基础建立通用化模型，然后，根据需要可以通过分析特定机型的结构和气动特点，快速调整通用化模型的参数，拟合该机型的气动力特性，建立特定机型的物理模型，当物理模型达到预期效果后，再建立该特定机型的可视化模型，因此，本发明的方法，不同机型的动力学模型基础为同一个通用化模型，建立多个模型时只需要对不同机型进行分析，随后根据其特点对通用化模型进行快速改动即可完成建模，与现有技术中，需要针对不同的特定型号飞机分别进行针对性的建模的方法相比，对于特定机型的建模工作可以更加快速完成，省去了大量的重复性的繁重的建模工作，极大的提高了工作效率。

附图说明

图1是现有技术中的建模方法流程示意图；

图2是本发明实施例提供的建模方法流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种常规布局直升机受力反演与参数匹配的动力学建模方法，包括如下步骤：

S4，建立特定机型的可视化模型；

上述方法中，采用树形流程进行建模，如图2所示，不同机型的动力学模型基础为同一个通用化模型，建立多个模型时只需要对不同机型进行分析，随后根据其特点对通用化模型进行快速改动即可完成建模。

具体方法为：首先以常规布局直升机的共性特性为基础建立通用化模型。当需要新建不同机型的模型时，只需要通过分析特定机型的结构和气动特点，就能够通过快速调整通用化模型的参数，拟合该机型的气动力特性，建立特定机型的物理模型，从而大幅缩短研发周期。

在实际使用过程中，设计者在直升机通用化物理模型上输入自己的设计数据，后期可以随时对各项数据进行修改。电子计算机将对新产生的直升机物理模型进行计算，并提供相应情况下的动力学仿真结果。在设计者可以在认为动力学仿真结果合适后再建立直升机的可视化模型，进一步可以获得直观的设计结果，并判断该设计是否达到预期，最后保存设计方案，随后机组人员即可利用虚拟仿真模型进行训练与演习。

所以，应用该方法，设计人员能够方便的对直升机相关参数进行调整，并能够直观的获得相应的受力分析结果，当物理模型达到预期效果后，再建立可视化模型，从而对方案进行评估，省去了大量的重复工作，达到提高设计效率的目的。

与现有技术中，需要针对不同大小的机型分别构建可视化模型和物理模型的方法相比，本发明实施例提供的方法，可以使设计人员能够根据设计要求，通过调整相关参数，就可以快速建立不同大小的常规布局直升机动力学模型，解决了不同大小尺寸的直升机分别独立建模工作繁琐且效率低下的问题。

另外，上述方法中，将直升机可视化模型和物理模型分离有利于设计人员分段进行工作，也提高了工作效率。

在本发明的一个优选实施例中，S1中，所述通用化物理模型可以利用PhysX引擎建立。

利用物理运算引擎对直升机进行动力学建模，能够有效的减少设计人员对不同直升机进行动力学建模过程中存在的繁琐重复的环节，从而较大的提高设计效率。

PhysX是一套物理运算引擎，它可以让虚拟世界中的物体运动符合真实世界的物理定律，使场景更富有真实感。它可以由CPU计算，也允许调用独立的浮点处理器计算，能够轻松完成大计算量的物理模拟计算。通过这两种引擎实现的虚拟现实技术，能够在计算机中创建一个虚拟场景，完成外观真实、物理特性上可靠的仿真模型。

在本发明的一个优选实施例中，S4中，所述特定机型的可视化模型可以利用Unreal Engine引擎建立。

Unreal Engine是目前世界最知名授权最广的顶尖游戏引擎，它的渲染加快可以满足开发者完成出色的画面，形成非常逼真的可视化模型，其工作流特性和深度工具箱可让开发者快速实现想法并看到效果。

本发明实施例中，由于采用了Unreal Engine引擎，得到的直升机可视化模型更加真实，能够将仿真的结果直观地进行展示，对直升机初步设计和机组成员的模拟演练有很大的意义。

由于Unreal Engine引擎建立的直升机可视化模型外观逼真，细节生动。所以，在实际模拟演练过程中，利用虚拟现实技术，机组人员能够通过佩戴虚拟现实眼镜、模拟控制摇杆等在室内通过电脑进行全面、真实的任务模拟。

在本发明的一个优选实施例中，S5中，所述将所述特定机型的可视化模型与所述特定机型的物理模型进行关联，具体可以为：将所述物理模型中定义的施力点和受力点分别设置在所述可视化模型中对应的部件位置上，实现对物理模型和可视化模型的绑定，当物理模型进行运算时，可通过可视化模型直观的展示出当前模拟的状态。

在本发明的一个优选实施例中，S5和S6之间还可以包括步骤：判断所述特定机型的可视化模型与所述特定机型的物理模型是否关联正确，如果关联正确，则执行S6，否则，返回S5。

在本发明的一个优选实施例中，所述判断所述特定机型的可视化模型与所述特定机型的物理模型是否关联正确，具体可以为：在物理模型中输入物理参数，如果可视化模型部件表现出的运动方式和对该组物理参数预期产生的运动方式相符，则可以判断可视化模型与物理模型关联正确。

具体实施例：

本发明实施例提供了一种常规布局直升机受力反演与参数匹配的动力学建模方法，该方法的具体步骤如下：

步骤一、建立通用化物理模型。

步骤二、建立特定机型的物理模型：

1.在通用化物理模型中输入设计参数；

2.获得模型的初步仿真结果；

3.针对仿真结果进行参数调整；

4.设计者判断设计效果是否达到预期目标，如果满足则进入步骤三，否则重复1-3。

该步骤二的具体实施方式可以为：

通过直升机通用化物理模型设计界面进行相关参数输入和选择，比如设计直升机的主旋翼位置、尾旋翼位置、升力作用点、力矩作用点等参数，根据仿真结果判断是否达到预期效果，随后建立其可视化模型。

步骤三、建立特定机型的可视化模型：

5.绘制直升机各个部件的电子部件图；

6.将直升机部件组装，并将各部件与步骤二得到的物理模型进行关联。即将物理模型与可视化的模型部件进行“捆绑”，将物理模型中定义的施力点和受力点分别设置在可视化模型中对应的部件位置上，这样就将物理模型和可视化模型绑定到了一起，当物理模型进行运算时，即可通过可视化模型直观的展示出当前模拟的状态；

7.完成模型的渲染；

8.试验性仿真，检查可视化模型与物理模型是否关联正确。判断关联正确的标准为：研究人员根据需要，试验性的输入几组物理参数，比如通过物理模型施加一定的力，如果可视化模型部件表现出的运动方式和工作人员对该组物理参数预期产生的运动方式相符，那么就可以判断可视化模型与物理模型关联正确；

9.设计者判断设计效果是否达到预期目标，如满足则设计则进入下一步，否则重复6-8。

10.保存设计方案。

通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本发明实施例提供的常规布局直升机受力反演与参数匹配的动力学建模方法，首先以常规布局直升机的共性特性为基础建立通用化模型，然后，根据需要可以通过分析特定机型的结构和气动特点，快速调整通用化模型的参数，拟合该机型的气动力特性，建立特定机型的物理模型，当物理模型达到预期效果后，再建立该特定机型的可视化模型，因此，本发明的方法，不同机型的动力学模型基础为同一个通用化模型，建立多个模型时只需要对不同机型进行分析，随后根据其特点对通用化模型进行快速改动即可完成建模，与现有技术中，需要针对不同的特定型号飞机分别进行针对性的建模的方法相比，对于特定机型的建模工作可以更加快速完成，省去了大量的重复性的繁重的建模工作，极大的提高了工作效率。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域人员应该理解的是，上述实施例提供的方法步骤的时序可根据实际情况进行适应性调整，也可根据实际情况并发进行。

上述实施例涉及的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机设备可读取的存储介质中，用于执行上述各实施例方法所述的全部或部分步骤。所述计算机设备，例如：个人计算机、服务器、网络设备、智能移动终端、智能家居设备、穿戴式智能设备、车载智能设备等；所述的存储介质，例如：RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、闪存、U盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒、网络服务器存储、网络云存储等。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims

1.一种常规布局直升机受力反演与参数匹配的动力学建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

S4，建立特定机型的可视化模型；

S6，判断可视化仿真结果是否达到预期目标，如果是，则结束，否则，跳至S5，至所述可视化仿真结果达到预期目标；

S5中，所述将所述特定机型的可视化模型与所述特定机型的物理模型进行关联，具体为：将所述物理模型中定义的施力点和受力点分别设置在所述可视化模型中对应的部件位置上，实现对物理模型和可视化模型的绑定，当物理模型进行运算时，可通过可视化模型直观的展示出当前模拟的状态；

S5和S6之间还包括步骤：判断所述特定机型的可视化模型与所述特定机型的物理模型是否关联正确，如果关联正确，则执行S6，否则，返回S5；

S1中，所述通用化物理模型利用PhysX引擎建立；

S4中，所述特定机型的可视化模型利用Unreal Engine引擎建立；

所述判断所述特定机型的可视化模型与所述特定机型的物理模型是否关联正确，具体为：在物理模型中输入物理参数，如果可视化模型部件表现出的运动方式和对该组物理参数预期产生的运动方式相符，则可以判断可视化模型与物理模型关联正确。