变构型飞行器多刚体非定常仿真技术

doi:10.7527/S1000-6893.2023.29421

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变构型飞行器多刚体非定常仿真技术

张贺(), 刘清扬, 李留刚, 许靖尧

空间物理重点实验室，北京 100076

收稿日期:2023-06-25 修回日期:2023-08-09 接受日期:2023-09-18 出版日期:2023-10-07 发布日期:2023-09-27
通讯作者: 张贺 E-mail:zhanghecalt@163.com
基金资助:
国家重点研发计划(2019YFB1704204)

Multibody system unsteady simulation technology for morphing aircraft

He ZHANG(), Qingyang LIU, Liugang LI, Jingyao XU

Key Laboratory of Space Physics，Beijing 100076，China

Received:2023-06-25 Revised:2023-08-09 Accepted:2023-09-18 Online:2023-10-07 Published:2023-09-27
Contact: He ZHANG E-mail:zhanghecalt@163.com
Supported by:
National Key Research and Development Program of China(2019YFB1704204)

摘要/Abstract

摘要：

变构型飞行器能够根据飞行环境与飞行任务相应改变外形，在气动、控制、应用场景方面具有明显优势。为了设计合理的变构型飞行器分离/变形机构，需要依赖仿真工具识别设计风险、优化机构设计。针对各类变构型飞行器多刚体非定常问题的仿真需求，基于Udwadia-Kalaba方法构建了适用于各类约束问题的多刚体动力学模型，并开发了轻量化的多刚体动力学开源仿真软件MUSE。MUSE采用了面向对象的编程方式，使得用户使用时不必了解多刚体动力学方程的具体表达式，而只需根据实际的机械系统创建相应刚体对象与约束对象并指定对象间的连接关系。构建了MUSE与CFD求解器耦合计算框架，实现了变构型飞行器分离/变形过程的多刚体非定常仿真。验证算例表明，MUSE能够精确求解多刚体动力学问题，且MUSE与CFD的耦合计算能够很好地解决各类变构型飞行器变形/分离过程中面临的多刚体非定常仿真难题。

关键词: 变构型飞行器, 非定常, 多刚体动力学, 分离, 耦合计算

Abstract:

Morphing aircraft can adjust their shape to suit different flight environments and missions， which gives them significant advantages in terms of aerodynamics， control， and application scenarios. To design a feasible morphing aircraft separation/deformation mechanism， simulation tools are essential for identifying design risks and optimizing mechanism design. Aiming at the simulation requirements of various multibody system unsteady problems of morphing aircraft， a lightweight multibody dynamics open source simulation software MUSE was developed based on the Udwadia-Kalaba method. MUSE adopts an object-oriented programming method， which allows users to create corresponding rigid body objects and constraint objects according to the actual mechanical system without requiring users to understand the specific expressions of the multibody dynamics equations. A coupling calculation framework between MUSE and CFD solver was established in the present paper， which achieved the multibody system unsteady simulation of morphing aircraft separation/deformation process. The verification examples demonstrated that MUSE can accurately solve multibody dynamics problems， and the coupling calculation between MUSE and CFD can effectively overcome the multibody system unsteady simulation challenges faced by various morphing aircraft separation/deformation processes.

Key words: morphing aircraft, unsteady, multibody dynamics, separation, coupling calculation

中图分类号:

V211.3

张贺, 刘清扬, 李留刚, 许靖尧. 变构型飞行器多刚体非定常仿真技术[J]. 航空学报, 2023, 44(S2): 729421-729421.

He ZHANG, Qingyang LIU, Liugang LI, Jingyao XU. Multibody system unsteady simulation technology for morphing aircraft[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2023, 44(S2): 729421-729421.

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