[航空仿真]-如何让飞行器飞得更稳-整机的配平分析

配平分析是飞行器设计和飞行控制中的关键环节，确保飞行器在不同飞行条件下（如起飞、巡航、降落等）保持平衡和稳定。通过配平分析，可以调整飞行器的重心位置、操纵面偏角等参数，使飞行器在各种飞行状态下都能保持稳定的姿态。

本教学案例演示了完整飞机模型的配平分析。

在开始之前，请将本教程中使用的文件复 制到您的工作目录。

•  http://majorv.help.altair.com/minorv/simulation/tutorials/hwsolvers/optistruct/OS-T-8010/aeroelasticity_trim.zip

预处理是使用Nastran MSC用户配置文件中的Altair HyperMesh完成的。使用具有现有数据的结构模型作为基础模型，本教程演示了如何在气动弹性域中创建实体。

包括以下练习：

• • 创建面板网格分割（AEFACT）
• • 创建面板（CAERO1）
• • Ceate气动弹性箱清单（AELIST）
• • 创建插值样条曲线（SPLINE1）
• • 为气动弹性TRIM变量（AESTAT）创建刚体运动
• • 创建空气动力学控制面（AESURF）
• • 定义TRIM变量并链接控制面（AELINK）
• • 提交作业
• • 查看结果

Note：在本教程中，HyperMesh被用作预处理器。由于HyperMesh不完全支持某些气动弹性entity，因此稍后在本教程过程中会手动将它们添加到输入文件中。

一、启动HyperMesh并设置NastranMSC用户配置文件

1. 1. 启动HyperMesh。
2. 2. 在User Profiles对话框中，对于Application，从下拉菜单中选择Engineering Solutions。
3. 3. 单击Aerospace单选按钮。
4. 4. 在Aerospace旁边的下拉列表中，选择Nastran MSC。

图1.HyperMesh中的航空航天（Nastran MSC）用户配置文件

1. 5. 单击OK.

Aerospace（Nastran MSC）用户配置文件加载。HyperMesh的功能与正确的模板、宏菜单和导入阅读器，以在Nastran MSC中创建气动弹性模型。

二、 打开模型和气动弹性浏览器

Aeroelasticity浏览器对于本教程中即将执行的任务非常有用。

1. 1. 在菜单栏中，单击File >Import>SolverDeck。
2. 2. 选择复 制到工作目录的aeroelasticity_trim.bdf文件。
3. 3. 单击Open。
4. 4. 单击Import。

模型数据库被加载到HyperMesh会话中。

图2.飞机的基本结构模型

1. 5. 在菜单栏上，选择Aerospace>Aeroelasticity>Aeroelasticity浏览器。

   Aeroelasticity浏览器打开。

三、 设置模型

本节是本教程的主要部分;定义了气动弹性域。总共有18个实体，如图3所示。结构域以浅灰色显示。

图3.Aeroelastic Domain的实体

3.1 创建AEROSEntry

在此步骤中，定义了模拟的基本/参考参数。

1. 1. 在Aeroelasticity浏览器中，展开AeroModule。
2. 2. 右键单击Controls文件夹并选择Create>AEROS。

在Controls下创建AEROS的collector。

1. 3. 单击AEROS collector。
2. 4. 定义刚体运动的参考坐标系标识。
3. 5. 单击RCSID。
4. 6. 选择System按钮。
5. 7. 在面板上，单击system。
6. 8. 对于id，输入100。按输入确认。
7. 9. 单击proceed。
8. 10. 对于REFC（Referencechordlength），输入36.0。
9. 11. 对于REFB（Referencespan），输入360.0。
10. 12. 对于REFS（Referencewingarea），输入12960.0。

图4.AEROS条目的定义

3.2 创建AEFACT条目

AEFACT条目用于创建Aero面板的分割点的表格数据;这些面板稍后将在CAERO1条目中引用。

1. 1. 右键单击Controls文件夹并选择Create>AEFACT。

AEFACT的收集器将在Controls文件夹中创建。

1. 2. 单击AEFACT收集器。
2. 3. 对于ID，输入101。
3. 4. 对于Name，输入AEFACT_elev_l。
4. 5. 对于NumFactors，输入6。

   DataD行和表图标

将显示在浏览器中。

图5.AEFACT条目的定义

1. 6. 单击    

   7. 在表中，输入下表中的信息。    

2. 表1. Divisions for Left Horizontal Elevator Aero Panel    

1. 8. 单击Close。
2. 9. 重复此过程，使用下表中的划分为模型中的每个Aero面板创建AEFACT条目。
3. 
   表2. Horizontal Elevator

表3. Horizontal Elevator Tip

表4. Horizontal Stabilizer Tip

表5. Horizontal Stabilizer

表6. Rudder

表7. Rudder Top

表8. Rudder Vertical Tip

表9. Vertical Stabilizer

表10. Wing Aileron

表11. Wing Outer

表12. Wing Inner

3.3 创建Aeroelasticity面板

CAERO1条目用于在基础结构模型中创建气动弹性板网格。AEFACT条目用于在面板网格中沿弦和跨度方向创建分割。

1. 1. 在菜单栏上，单击Aerospace>Aeroelasticity>PanelMeshCAERO1。
2. 2. 在面板网格工具中，对于点1-4，选择nodes。
3. 

图6.CAERO1定义中的节点选择

1. 3. 在面板中，验证node list是否已选中。
2. 4. 选择CAERO1面板网格的端点，使节点1和节点4沿跨度方向，节点1和2沿弦方向。

图7显示了正确的选择顺序。

图7.CAERO1定义的节点选择顺序

1. 5. 单击proceed。
2. 6. 选择沿弦和跨度的AEFACT条目。
3. 7. 在面板网格工具中，单击Chord Table复选框。
4. 8. 单击AEFACT Chord。
5. 9. 在弹出窗口中，选择相应的AEFACT条目。
6. 10. 同样，单击Span Table复选框以选择span的AEFACT条目。
7. 

图8.CAERO1中Chord和Span表的定义

1. 7. 使用图9作为点选择的参考重复上述过程。

结构域灰显以获得更好的可见性。

图9.飞机不同部分的CAERO1定义

3.4 创建气动弹性框列表

AELIST条目用于从面板网格（CAERO1）创建气动弹性框列表。

1. 1. 在气动弹性浏览器中，右键单击AeroSets文件夹，然后选择Create>AELIST。

AELIST的收集器在AeroSets下创建。

1. 2. 在EntityID旁边，单击并选择Elements。
2. 3. 在面板中，单击elems并选择单元选择方法。
3. 4. 选择与其中一个CAERO1收集器相对应的单元。
4. 5. 选择完成后，单击proceed。

图10.AELIST定义

1. 6. 使用此过程为每个CAERO1收集器创建AELIST条目。

图11.为每个AELIST选择单元

3.5 创建插值样条曲线

在此步骤中，将创建SPLINE1条目，用于在气动弹性域和结构域之间插入运动和/或力。每个SPLINE1条目都引用了一个AELIST集（气动弹性域）、一个节点集（结构域）和相应的CAERO1条目。为气动弹性域中的18个实体中的每个实体创建了18个SPLINE1条目。结构域的节点集在基础模型中已经可用。

1. 1. 在气动弹性浏览器中，右键单击Splines，    

   然后选择    

   
   Create>SPLINE2。

将创建SPLINE2收集器。

1. 2. 对于Name，输入wingouter（left）。
2. 3. 请参考AELIST。
3. 4. 在AeroSurface旁边，单击并选择Sets。
4. 5. 在对话框中，选择相应的AESTAT条目。

图12.在SPLINE1中引用AELIST

1. 3. 单击OK。
2. 4. 引用节点集。
3. 5. 在StructSurface旁边，单击并选择Sets。
4. 6. 在对话框中，选择模型中已存在的相应结构集。

图13.在SPLINE1中引用SET1

1. 3. 单击OK。
2. 4. 参考CAERO1.
3. 5. 在CAERO旁边，单击并选择Component。
4. 6. 在对话框中，选择相应的CAERO1条目。

图14.参考CAERO1inSPLINE1

1. 3. 单击OK。
2. 4. 对气动弹性域中的18个实体中的每一个实体重复此过程。

图15.模型的SPLINE1个实体

3.6 创建AESTAT条目

AESTAT条目指定刚体运动，这些运动在气动弹性分析中用作修剪变量。稍后在TRIM批量数据输入中引用。

1. 1. 在气动弹性浏览器中，右键单击Controls，    

   然后选择    

   
   Create>AESTAT。

将创建AESTAT收集器。

1. 2. 对于Name，输入ANGLEA_AESTAT。
2. 3. 对于Label，从下拉列表中选择ANGLEA。

   将创建攻角的自由度。

1. 4. 使用此过程为每个DoF创建AESTAT条目。有关更多信息，请参阅AESTAT。

图16.在模型中定义的AESTAT条目

3.7 创建AESURF条目

在此步骤中，定义了空气动力学控制面。

1. 1. 创建与图17中的实体相对应的5个。

图17.适用于AESURF的附加AELIST

1. 2. 在气动弹性浏览器中，右键单击ControlSurface，然后选择Create。

AESURF收集器创建完毕。

1. 3. 对于Name，输入AILR_R。
2. 4. 在ControlSurf1旁边，单击并选择Sets。
3. 5. 在弹出窗口中，选择右翼alieron对应的AELIST。

图18.选择AELIST for AESURF

1. 6. 在CID1旁边，单击并选择System。
2. 7. 在弹出窗口中，单击system对于ID，输入28。
3. 8. 单击proceed。
4. 9. 对于EFF，输入1.0。
5. 10. 对于PLLIM，输入-1.5708。
6. 11. 对于PULIM，输入1.5708
7. 12. 重复此过程，使用表13中的信息创建其他。

1. 13. 对所有条目使用相同的EFF、PLLIM和PULIM值。
2. 14. 验证每个AESURFentry的名称是否与本教程中指定的名称完全匹配。

这很重要，因为这些名称稍后会在AELINK条目中引用。

四、 导出输入文件并添加Aeroelastic实体

在以下步骤中，使用文本编辑器手动将HyperMesh中不完全支持的某些实体添加到输入文件中。

4.1 导出输入文件

1. 1. 在菜单栏中，单击File>Export>SolverDeck。
2. 2. 在Export浏览器中，单击。
3. 3. 输入文件的名称。
4. 4. 单击Save。
5. 5. 接受默认导出选项。
6. 6. 单击Export。

图19.从HyperMesh导出输入文件

4.2 定义TRIM条目

在此步骤中，定义了空气动力学配平变量的马赫数、动态压力和约束值。

1. 1. 从文件目录中，在文本编辑器中打开输入文件。
2. 2. 在Bulk Data部分（在“BEGINBULK”关键字之后），粘贴以下代码段。

  $--1---><---2--><---3--><---4--><--5---><--6---><---7--><--8---><---9-->

TRIM  1    .4   1.65  ROLL  0.   PITCH  0.

     YAW   0.   URDD2  0.   URDD3  -1.   URDD4  0.

     URDD5  0.   URDD6  0.

1. 3. 保存输入文件。

4.3 定义AELINK条目

在此步骤中，AELINK条目用于定义AESURF条目之间的关系。

1. 1. 在BulkData部分（在“BEGINBULK”关键字之后），将以下代码段粘贴到输入文件中。

  $--1---><---2><---3-><---4-><-5---><--6---><---7-><-8---><---9->AELINK1AILR_LAILR_R-1AELINK1ELEV_LELEV_R1

1. 2. 保存文件。

Note：AELINK的ID必须与引用的TRIM条目的ID匹配。

4.4 定义Aeroelastic子工况信息条目

在此步骤中，

• • 在子案例中引用了TRIM批量数据输入。
• • 添加了Aeroelastic输出请求。
• • 添加了对称标志。
• • 在BulkData部分（在“BEGINBULK”关键字之后），将以下代码段粘贴到输入文件中。

  TRIM = 1
AESYMXZ = Asymmetric
AESYMXY = Asymmetric
AEROF = ALL
APRES = ALL

1. 2. 保存文件。

4.5 对输入文件执行校正

由于某些HyperMesh导出问题，输入文件需要一些手动更正。这些问题将在将来的版本中得到解决。

1. 1. 在SPLINE1中，检查BOX1ID和BOX2ID是否与相应CAERO1条目的上限和下限匹配。
2. 2. 如果边界不正确，请查看CAERO1条目并在SPLINE1中更正它们。
3. 3. 在SPLINE1中验证BOX1ID<BOX2ID。
4. 4. 如果值不正确，请相应地交换它们。
5. 5. 将AESURF中的EFF值从0.0更改为0.1。

五、 提交作业

1. 1. 在Windows“开始”菜单中，选择Start>Altair2022.3>ComputeConsole。
2. 2. 对于Inputfile，用于浏览工作目录以查找所需文件。
3. 3. 单击Open。
4. 4. 对于Options，单击。
5. 5. 在Select Solver Options对话框中，单击-nt复选框。
6. 6. 输入8作为参数。
7. 7. 单击OK.
8. 8. 单击-out复选框。
9. 9. 单击Apply Selected。
10. 10. 单击Close。
11. 11. 单击Run。

图20.Altair计算控制台

如果作业成功，则新的结果文件应位于工作目录中。如果存在任何错误，请在aeroelasticity_trim.out文件中查找可能有助于调试inputdeck的错误消息。

六、 查看结果云图

1. 1. 收到分析完成消息后，单击Results。
2. 

图21.AltairComputeConsole求解器视图窗口

1. 2. 在HyperView中，单击Contour面板按钮    

   。    

2. 3. 对于Resulttype，从第一个下拉菜单中选择Displacement（v）。
3. 4. 选择Mag从第二个下拉菜单中。
4. 5. 单击Apply。

得到的等值线表示气动弹性配平分析的位移场。

图22.飞机的位移等值线图