[发明专利]一种基于ADAMS临近空间飞行器变质量升空过程的仿真方法

说明书

本发明公开了一种基于ADAMS临近空间飞行器变质量升空过程的仿真方法，包括：S1，通过几何建模软件建立飞行器的各部件几何模型并输出；S2，在ADAMS中导入各部件几何模型，对将各部件几何模型装配为整体模型并定义材料属性及特征点；S3，编写变质量子程序代码并编译形成动态链接库；S4，在ADAMS中施加荷载，定义SOLVER脚本类型并仿真；S5，测量仿真变量结果并分析验证合理性。本发明通过在飞艇升空过程中施加不断变化的荷载时程曲线，以模拟临近空间飞行器真实升空过程的动态响应，使仿真更加接近真实的飞行环境，保证了仿真的准确性和动态响应的可靠性。

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，具体涉及一种基于ADAMS临近空间飞行器变质量升空过程的仿真方法，用于指导临近空间飞行器尤其是平流层飞艇、多体火箭的升空设计和实时控制仿真。

背景技术

临近空间飞行器是指主要在地面以上20—100km之间服役的多功能飞行器，该类飞行器在升空过程中会受到包括大气等复杂外界环境的影响，升空过程涉及复杂的多物理场耦合问题，飞行器自身运动及周边气流等非线性问题显著。因此精准地建立临近空间飞行器的六自由度升空模型，并实现多力场变质量升空仿真对研究临近空间飞行器的升空过程多体动力学响应及优化设计具有重要的意义。

目前国内外对临近空间飞行器的升空过程研究主要有以下两种方法：

(1)将临空飞行器视为刚体模型，基于MATLAB的SIMULINK工具箱对临空飞行器的单自由度或多自由度上升控制，将复杂的非线性化问题简单线性化处理。此种方法虽能考虑到升空全过程的各运动学物理量变化情况，但其基于质点系/刚体动力理论的推导，飞艇上升全过程无法可视化，并且无法根据飞行器的动态响应作出准确及时的控制策略；

(2)将临近空间飞行器视为柔性体分析，基于ANSYS/LS-DYNA或 Abaqus类型有限元软件，对临近空间飞行器瞬态模型的研究，主要侧重于研究流固耦合问题，考查飞行器在升空瞬态动力学响应和温度场的分布。然而此类分析方法主要研究飞行器瞬态模型，无法考虑全过程的控制调节，与真实情况中飞行器由于燃料消耗、抛弃配重导致飞行器质量不断变化不符合。

综上可知，目前现有的关于临近空间飞行器的研究方法仍没有一种可控可视化且能实现变质量的多体升空全过程仿真方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种基于 ADAMS临近空间飞行器变质量升空过程的仿真方法，同时考虑升空过程中的多物理场耦合，以实现对飞行器升空全过程的可视化控制，为临空飞行器的升空设计、轨迹优化和姿态控制提供指导，为进一步研究临空飞行器全过程刚柔耦合问题提供数据支持，可有效地缩短了设计周期。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于ADAMS临近空间飞行器变质量升空过程的仿真方法，应用于临近空间飞行器升空过程，包括：

S1，通过几何建模软件建立飞行器的各部件几何模型并输出；

S2，在ADAMS中导入各部件几何模型，对将各部件几何模型装配为整体模型并定义材料属性及特征点；

S3，编写变质量子程序代码并编译形成动态链接库；

S4，在ADAMS中施加荷载，定义SOLVER脚本类型并仿真；

S5，测量仿真变量结果并分析验证合理性。

优选地，步骤S1包括：在CATIA软件构建临近空间飞行器的各部件的几何模型；若部件的几何模型为刚性体模型，CATIA直接输出为通用格式文件；若部件的几何模型为柔性体模型，则先将CATIA直接输出的通用格式文件导入至有限元软件Patran中进行网格划分，定义边界条件及对接参数的设定，再导出为模态中性文件。