[发明专利]基于Unigine的直升机动力学模拟方法

说明书

一种基于Unigine的直升机动力学模拟方法，所述方法首先将直升机机身的每个部件抽象为一个质点，计算所有质点的质心并将其作为直升机的质心；然后分别构建直升机机体运动方程、旋翼的数学模型和尾桨的数学模型，从而得到整个直升机的动力学模型。本发明结合直升机固有属性、外部环境和当前状态，对直升机受力进行了模拟，使直升机能够及时对空气环境进行反馈，准确再现直升机在流动空气中的姿态特征，并且采用质心动态计算的方式实现直升机的负载增减、负载移动等现象的准确模拟。本发明能够模拟在不同速度、不同机型、不同环境下的直升机动力，可更加准确地模拟直升机姿态。

技术领域

本发明涉及一种Unigine环境下的直升机动力学模拟方法，属于数据处理技术领域。

背景技术

直升机动力学模拟是在虚拟环境中进行航行训练、直升机特情处理的基础，也是建立准确的直升机飞行特性的重要一环。目前Unigine环境下的直升机均采用静态模型，当直升机发生负载变更、负载移动等现象时，无法根据当前情况动态更新直升机动力学特性，无法及时反馈上述现象产生时的动力变化。且使用的旋翼气动力模型、尾桨气动力模型、机身气动力模型等相对简陋，存在直升机飞行效果死板生硬、前进和转弯特征与真实直升机差别较大等问题。致使整体模拟效果不佳，无法逼真地模拟出直升机在真实大气中的飞行效果，及不同机型、不同速度下的阻力特性以及直升机转弯时的姿态特征。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种基于Unigine的直升机动力学模拟方法，以准确地模拟直升机在真实大气中的姿态特征。

本发明所述问题是以下述技术方案解决的：

一种基于Unigine的直升机动力学模拟方法，所述方法首先将直升机机身的每个部件抽象为一个质点，计算所有质点的质心并将其作为直升机的质心；然后分别构建直升机机体运动方程、旋翼的数学模型和尾桨的数学模型，从而得到整个直升机的动力学模型。

上述基于Unigine的直升机动力学模拟方法，当直升机因装货、卸货、换装和货物移动导致其质心发生变化时，则重新计算直升机质心。

上述基于Unigine的直升机动力学模拟方法，所述直升机机体运动方程采用六自由度的刚体模型，具体的运动方程如下：

其中u,v,w表示直升机在体轴系上三个方向的线速度,p,q,r表示直升机在体轴系三个方向上的角速度，上面加一点都表示其导数,即线加速度和角加速度)，和分别为直升机运动的线加速度和角加速度，F_x、F_y、F_z分别为各个部件在直升机重心位置处在体轴系上三个方向的力，M_x、M_y、M_z分别为各个部件在直升机重心位置处在体轴系上三个方向的力矩，m为直升机质量；I_xx、I_yy、I_zz绕体轴系的全机转动惯量,I_xz表示对xz平面的全机惯性积。

机身角速度和姿态角之间的关系：

其中分别表示直升机机体的侧倾角、俯仰角、偏航角，分别表示侧倾角速度、俯仰角速度、偏航角速度。

上述基于Unigine的直升机动力学模拟方法，所述旋翼的数学模型如下：

当直升机常规飞行时，旋翼的入流模型为：