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1、江苏航空2010增刊基于ADAMS飞行动力学仿真王杰韩景龙(南京航空航天大学航空宇航学院,南京,210016)摘要:在虚拟样机分析软件ADAMS平台上建立折叠翼飞机的动力学模型,根据当前飞行状态,利用GFOSUB编写空气动力计算子程序,同时在MATLAB/Simulink中设计控制模块,定义控制模块与动力学模型之间的接口参数,在MATLAB环境下进行交互式联合仿真,成功实现了折叠翼飞行器动力学仿真。关键词:折叠翼;ADAMS;动力学仿真ADAMS用户子程序更具有通用性,可以利用编程引言语言来定义模型元素或者特定的输出。用户可以将传统的飞行器设计通常采
2、用小幅度改变机翼函数表达式写成子程序的形式并将其与ADAMS/外形的方法,如采用前缘缝翼、后缘襟翼、变后掠View连接,它具有函数表达式所没有的通用性和角、变翼型弯度、变展长等方法,以适应起降、巡航灵活性。和高速飞行等不同的飞行状态。但这种方法机构复采用Roger有理函数拟合法,由NASTRAN杂、功能受限、效率较低,难以适应较广范围内飞行偶极子格网法求得的若干折减频率下的非定常气条件的变化。然而可折叠飞行器可以在不同飞行环动力系数矩阵,导出任意运动情况下的非定常气动境下通过大幅度的改变机翼形状来完成特定的飞力近似表达式。根据当前时刻下的飞行状态,通
3、过行任务,机翼全部展开以得到大的升阻比,长的留自编FORTRAN格式的ADAMSGFOSUB子程空时间,利于起飞或巡航;在高速或机动飞行时,机序,将包括初始气动力在内空气动力加载到柔性体翼折叠以减小飞行阻力,以得到高的冲刺速度。在各个节点上,模拟真实飞行状态。未来的飞行器的研制与开发过程中,折叠翼飞行器通过ADAMS.Solver求解器可求得当前时刻将是其中重要的组成部分。步的位移、速度、加速度。通过时间步循环迭代即可得出各个时刻的位移、速度、加速度、节点气动力等。在ADAMS平台上采用的松耦合方法,采取措施是预先使机翼处于静气弹平衡状态。静气弹平衡
4、时,气动力与弹性变形之间是相互协调的ADAMS图1折叠翼飞行器概念图软件中,GFOSUB是定义六个方向组合力的用户子程序,适合用于加载各个节点的气动载荷。自编虚拟样机分析软件MD.ADAMS具有快速系GFOSUB子程序计算流程图如图2所示。统建模和强大的仿真分析功能,其可视化的用户操[1]作界面大大降低仿真的复杂程度。根据其提供的开放式程序接口,编写计算气动力/力矩和推力的外部用户函数。可以方便地把ADAMS软件和飞行力学问题结合起来,大大简化复杂飞行力学问题的求解过程。本文以洛克希德·马丁公司提出的可折[2]叠变形机翼为研究对象,尝试通过多体动力学
5、软件MD.ADAMS来建立飞机飞行动力学模型,分析折叠过程中的动力学响应。1折叠翼飞行器气动参数ADAMS中调用自身函数的方法可以实现一般载荷的加载,而对于定义复杂的随时间变化的气图2气动力子程序流程图动载荷具有一定局限性,可以说很难实现。2010增刊王杰,等:基于ADAMS飞行动力学仿真45x轴上的速度分量,“VX”是ADAMS内置函数,它2ADAMS飞机动力学模型可以根据飞行过程中的当前状态返回此刻的状态2.1物理模型与飞行状态变量值。其他的参数定义类似,此处不一一列举。本文舍去了繁琐的数学公式的推导,直接利用2.2ADAMSPlant模型MD.
6、ADAMS软件的建模功能,建立飞机的飞行建立起折叠翼飞行器的物理模型和定义飞行仿真模型,在建立模型之前有如下假设:飞机机身状态变量参数之后,便是要实现ADAMS与MAT-是刚体,内翼和外翼是柔性体,且质量是常数;地面LAB的联合仿真。ADAMS/Controls是ADAMS为惯性参考系;重力加速度不随飞行高度而变化;软件包中的一个集成可选模块,它可以将ADAMS假设机体X轴和Z轴处于飞机对称面内,且飞机的的系统模型与控制系统应用软件(如:MATLAB)几何外形与内部质量分布均对称。连接起来,通过在控制系统中建立控制系统框图来建立包括控制系统和气动系统
7、等仿真模型。实现在控制系统软件环境下进行交互式仿真,此外还可以在ADAMS/View中观察仿真动态结果。如图5所示,系统由控制模型和ADAMSPlant模型组成。控制模块是在MATLAB/Simulink搭建,ADAMSPlant是通过在ADAMS中定义输入和输出之后,以Plant子模块的形式导入到MAT-LAB,与控制模块形成反馈回路,从而实现联合仿图3折叠翼飞行器物理模型真。利用ADAMS/View以及ADAMS/Control生成MATLAB仿真模块,步骤如下:图5联合仿真示意图(1)建立状态变量(Statevariable)例如质心的图4状态
8、变量定义速度、角速度、位移以及舵面偏转等;(2)建立PlantInputs和PlantOutputs,Pla
