[发明专利]基于ADAMS与MATLAB的平流层飞艇变质量升空过程的联合仿真方法

说明书

本发明公开了一种基于ADAMS与MATLAB的平流层飞艇变质量升空过程的联合仿真方法，包括：S1，在CATIA软件中建立平流层飞艇的各个部件的几何模型，将各部件几何模型分类并分别保存为stp文件；S2，对平流层飞艇各部件几何模型装配成整体模型，并且定义材料属性；S3，利用MATLAB建立平流层飞艇的热力学耦合模型并进行热力解耦，得到平流层飞艇升空段的质量变化曲线和各物理场的时程曲线；S4，基于质量变化曲线开发ADAMS的CONSUB变质量子程序；本发明采用了MATLAB与ADAMS联合仿真技术，可在任意时间段内进行仿真数据的传递，解决了直接使用ADAMS仿真无法考虑热力学因素的问题，又能实现飞艇上升姿态的可视化调节。

技术领域

本发明涉及航空航天飞行控制技术领域，具体涉及一种基于ADAMS与MATLAB的平流层飞艇变质量升空过程的联合仿真方法。

背景技术

平流层飞艇作为重要的战略飞行器，无论在军用侦查、预警、导航，还是民用通信、气象、交通等方面都具有比太空卫星和传统飞机显著的优点。由于大气环境变化莫测，平流层飞艇在上升阶段又存在着复杂的热力耦合和非线性动力学耦合问题，建立精准可控的平流层飞艇上升模型对研究飞艇的动力学和热力学性能、优化控制及进一步的结构设计等方面具有重要的意义。因此对平流层飞艇的上升段进行联合仿真控制研究成为飞艇的关键控制设计技术之一。

目前国际上学者研究平流层飞艇升空主要采用的方法及其存在的缺点有：

(1)基于MATLAB的SIMULINK工具箱对飞艇的单自由度或多自由度上升控制，简单考虑热力学模型，将热力学和动力学模型分开考虑；由于此方法为基于质点系/刚体动力理论的推导，飞艇上升段过程无法可视化，且未对热力学模型和动力学模型进行耦合分析，无法详细考虑六自由度的控制；

(2)基于ANSYS/LS-DYNA类型的软件，对飞艇瞬态模型的研究，主要侧重于研究流固耦合问题，考查飞艇在升空瞬时的动态响应和温度场的分布；此方法研究的是飞艇瞬态模型，对整个过程中的无法控制调节，并且与真实的平流层飞艇上升段飞艇质量不断变化不符合；此外，此方法将热力学场与动力学场分别考虑分析，无法研究上升段两者相互耦合的问题。

(3)将飞艇结构视为柔性体研究，基于ABAQUS等有限元软件分析在飞艇升空过程中的艇体应力场分布，最不利荷载作用位置。此方法研究的也是飞艇瞬态模型，对整个过程中的无法控制调节，并且与真实的平流层飞艇上升段飞艇质量不断变化不符合；此外，此方法将热力学场与动力学场分别考虑分析，无法研究上升段两者相互耦合的问题。

综上所述，行业内急需研究一种在研究平流层飞艇的热固耦合升空过程中，精确有效的热力解耦计算后再使用多体动力学软件以实现平流层飞艇升空全过程的变质量联合仿真分析方法。

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，提供了一种将飞艇上升段热力学与动力学耦合考虑且能对升空全过程进行控制调节的基于ADAMS与MATLAB的平流层飞艇变质量升空过程的联合仿真方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于ADAMS与MATLAB的平流层飞艇变质量升空过程的联合仿真方法，应用于平流层飞艇变质量升空过程，包括：

S1，在CATIA软件中建立平流层飞艇的各个部件的几何模型，将各部件几何模型分类并分别保存为stp文件；

S2，用ADAMS打开各个部件的stp文件，对平流层飞艇各部件几何模型装配成整体模型，并且定义材料属性；

S3，利用MATLAB建立平流层飞艇的热力学耦合模型并进行热力解耦，得到平流层飞艇升空段的质量变化曲线和各物理场的时程曲线，物理场包括力场；

S4，基于质量变化曲线开发ADAMS的CONSUB变质量子程序；