海上救援直升机的飞行实时仿真方法及其仿真系统技术方案

本发明专利技术提供了一种海上救援直升机的飞行实时仿真方法及其仿真系统，该方法包括：构建计算流体动力学CFD计算所需的计算机集群；选择仿真环境并基于仿真环境建立场景建筑物的三维模型，将直升机旋翼抽象为旋翼模型；使用飞行动力学计算单元计算旋翼受到的气动力并存储在共享内存中供CFD单元调用；CFD单元从共享内存中读取旋翼桨毂位置数据和气动力，计算得到耦合流场数据后保存在共享内存中供飞行动力学单元调用；重复计算直至降落。本发明专利技术采用双向耦合的方法模拟直升机海上飞行，提高仿真模拟的准确度，并可以通过CFD和视景分布式仿真子系统提高仿真模拟的实时性，以供飞行员进行飞行模拟训练。

【技术实现步骤摘要】
海上救援直升机的飞行实时仿真方法及其仿真系统
本专利技术涉及计算机仿真
，特别涉及一种海上救援直升机的飞行实时仿真方法及其仿真系统。
技术介绍
随着我国直升机技术的日益发展，直升机已经成为了灾难事故中实施援救任务不可或缺的工具，海上救援任务同样不可忽视。直升机在海上着舰或者降落钻井平台等建筑物时，由于海平面上高速的风浪，以及旋翼与舰船甲板、机库和阻挡物之间形成复杂的回旋涡，造成直升机降落困难，也容易发生事故。因此，研制相应的驾驶模拟器非常必要。为了能够更精确模拟直升机与建筑物之间的耦合气流，有必要研究一种更加精确且实时模拟的方法，有必要研究一种新的模拟器系统。现有技术中，仿真时，无法准确模拟直升机和海上建筑物的耦合气流，无法实时计算海上飞行时直升机旋翼、机身等部件的受力和位姿状态，且无法实时显示直升机飞行过程。由于现有技术中的仿真方法或系统与实际直升机飞行过程相差甚远，不利于驾驶员技术的提高。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术中的缺陷，采用双向耦合的方法模拟直升机海上飞行，首先解算直升机气动力，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海上救援直升机的飞行实时仿真方法，其特征在于，其包括以下步骤：/n步骤S1，构建计算流体动力学CFD计算所需的计算机集群，所述计算机集群包括多个计算机节点，将各个计算机节点利用TCP/IP通信协议建立网络连接，并从所述多个计算机节点选择一个计算机节点设置为总节点计算机用于控制CFD仿真计算进程，并为CFD单元和飞行动力学计算单元设置共享内存，用于在CFD单元和飞行动力学计算单元之间实时相互传输数据；/n步骤S2，在总节点计算机控制CFD单元和飞行动力学计算单元初始化时，选择仿真环境并基于所述仿真环境建立场景建筑物的三维模型，将直升机旋翼抽象为旋翼模型，并利用展向和周向分布均匀的结构化网...

【技术特征摘要】
1.一种海上救援直升机的飞行实时仿真方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤S1，构建计算流体动力学CFD计算所需的计算机集群，所述计算机集群包括多个计算机节点，将各个计算机节点利用TCP/IP通信协议建立网络连接，并从所述多个计算机节点选择一个计算机节点设置为总节点计算机用于控制CFD仿真计算进程，并为CFD单元和飞行动力学计算单元设置共享内存，用于在CFD单元和飞行动力学计算单元之间实时相互传输数据；
步骤S2，在总节点计算机控制CFD单元和飞行动力学计算单元初始化时，选择仿真环境并基于所述仿真环境建立场景建筑物的三维模型，将直升机旋翼抽象为旋翼模型，并利用展向和周向分布均匀的结构化网格划分旋翼网格，将所述建筑物的三维模型和所述旋翼网格作为CFD计算的模型，其中，所述仿真环境为直升机在舰上降落或在海上平台降落；
步骤S3，基于所述建筑物的三维模型和所述旋翼网格使用飞行动力学计算单元计算旋翼受到的气动力，输出旋翼桨毂位置数据和桨叶微元气动力数据到所述共享内存中供CFD单元调用，并发出待获取数据指令用于获取CFD计算得到的耦合流场数据；
步骤S4，所述CFD单元从所述共享内存中读取所述旋翼桨毂位置数据，更新流体计算域中旋翼的相对位置，并将所述桨叶微元气动力数据加载到所述旋翼网格的各网格单元中，所述CFD单元计算得到耦合流场数据后保存在所述共享内存中，所述CFD单元发出待获取数据指令等待所述飞行动力学计算单元传输下一时间的桨叶微元气动力数据；
步骤S5，所述飞行动力学计算单元从所述共享内存中读取所述耦合流场数据并返回步骤S3计算下一时间的直升机旋翼所受的气动力，并更新桨毂位置数据和桨叶微元气动力数据，判断直升机是否完成降落过程，如果否，则返回步骤S4进行计算；如果是，则结束飞行仿真计算并保存仿真数据。


2.根据权利要求1所述的海上救援直升机的飞行实时仿真方法，其特征在于，所述旋翼模型为一层厚度网格的薄圆柱体，或由一层面网格组成，并采用结构网格划分桨叶圆盘为旋翼网格，然后在CFD程序中采用运动嵌套网格仿真旋翼的旋转运动。


3.根据权利要求2所述的海上救援直升机的飞行实时仿真方法，其特征在于，所述CFD单元将计算得到的耦合流场数据通过所述总节点计算机发送至所述共享内存中，所述总节点计算机从所述共享内存中读取所述旋翼桨毂位置和桨叶微元气动力数据并发送到CFD单元中；所述耦合流场数据包括旋翼桨叶各微元中心点、机身质心、尾桨桨毂中心及垂尾和平尾气动中心处的流场速度值。


4.根据权利要求3所述的海上救援直升机的飞行实时仿真方法，其特征在于，在所述步骤S4中，将所述桨叶微元气动力数据加载到所述旋翼网格的各网格单元中的具体步骤为：
步骤S41，确定大地坐标系(XdYdZd)：选定水平面某一固定点作为坐标系原点，记为O，OXd指向直升机前进方向，OZd垂直向下，OYd方向遵守右手定则；确定直升机机体坐标系(XYZ)，固连于机体质心Ob，ObX轴位于机身对称面内指向机头位置，ObZ轴位于机身对称面内垂直向下，ObY轴方向遵守右手定则，在初始时刻直升机机体坐标系与大地坐标系重合；确定桨轴固定坐标系(XhYhZh)，原点位于旋翼桨毂中心，由机体坐标系旋转桨轴前倾角得到；确定桨轴旋转坐标系(XsYsZs)，方向为桨轴固定坐标系绕Zh轴转动ψ方位角度，原点位于桨轴中心；确定铰链坐标系(XjYjZj)，原点位于沿Ys距离e处，即旋翼挥舞铰和摆振铰中心处，方向与桨轴旋转坐标系重合；确定桨...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵丁选，杨浩杰，倪涛，王子鹤，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13