基于建模仿真软件建立直升机海上救援模型

摘 要：海上直升机救援在救灾和海上事故中发挥着重要作用。本文基于建模仿真软件建立了直升机海上救援模型，详细介绍了建模过程和设计思想。该模型使用模拟分析技术模拟和分析救援场景，为救援决策提供支持。通过模型的实现和应用，验证了模型的可行性和有效性，为直升机海上救援研究提供了一定的参考价值。S76D直升机是海上救援行动的流行机型，基于建模仿真软件对S76D直升机海上救援过程进行模拟，模拟包括动画和动态模拟动作示例。

关键词：S76D直升机；海上救援；建模仿真软件；配合；运动算例；动态仿真

一、概述

海上救援体系是我国救援系统中的重要组成部分，是海上事业稳定、安全与可持续竞争发展的根本保障。随着近些年我國海洋事业的不断发展，海上救援体系优化建设的重要性、必要性日渐显著。直升机海上救援是指在海上发生灾害或事故时，采用直升机进行的救援行动。由于直升机在海上的速度、灵活性和高效率等优点，它被广泛应用于救援、海上油气勘探和生产以及海洋科学研究。直升机作为海上救援的载体相比于船舶救援具有速度快、路线短等特点，可以避免船舶救援中遇到的暗礁、大风、海浪等自然条件的限制。目前我国海上直升机救援仍存在许多困难与挑战，在救援过程中仍会受到不同条件的限制，而如何提高直升机海上救援的效率和安全性已成为当前研究的热点之一。本文基于建模仿真软件建立了直升机海上救援模型，并对模型进行了仿真分析，为直升机海上救援研究提供了一定的参考价值。

二、建模方法

（一）建模准备

为了基于建模仿真软件模拟S76D直升机海上救援过程，我们需要准备直升机、救援设备、被救者、遇险船的设计图纸和参数。然后，我们可以使用建模仿真软件中的三维建模工具创建S76D直升机和救援设备的数字模型。

（二）建立对象模型

在建模软件中，使用三维建模工具逐步建立直升机救援模型。首先，建造直升机的主体，包括机身、机尾、机翼、前舱和后舱，直升机建模结构图如图2所示，其中前舱内由机长和副驾驶组成，后舱内由两名救生员和一位绞车手组成。其次，构建主旋翼及其旋转配合模型，并对其进行定位和形状调整，以确保各部件之间的协调性和稳定性。最后，根据直升机的实际尺寸和结构参数，对每个部件进行微调和优化，以达到最佳设计效果。加入救生员、被救乘客、缆绳、海面模型和遇险船模型，通过比例缩放功能对每个对象进行比例调整，从而实现图1的总体布局效果。

（三）添加配合和纹理

在建立直升机模型的基础上，增加了运动配合和纹理，以增强模型的真实性，提高仿真分析的准确性。其中包括直升机顶部与主旋翼的同心配合，直升机顶部与主旋翼底部的重合配合，乘客和救生员的垂直距离配合，遇险船和海面之间的垂直距离配合，乘客和船之间的垂直距离配合，等等。添加了门、窗和紧急救援设备等零部件细节，并调整了颜色、材质和照明效果等纹理，以实现所需的效果。另外调整了光源方向，使救援动画更加清晰。其中缆绳的动画处理方式为在运动算例中的不同时间点放置键码以达到救生员能够随着缆绳的出现而下降的动画效果。

（四）救援模拟分析

通过建模仿真软件仿真分析工具，模拟和分析了直升机救援场景，直升机的运动、救援的不同过程及方式方法，其中包括顺风甲板救援、平行甲板救援、标准甲板救援、左到右甲板救援、右到左甲板救援救援等。针对各个不同情况进行救援方案的选择，从而提高直升机救援的成功率及有效性。

（五）运动仿真

在建模仿真软件中进行运动仿真分析需要使用运动算例功能，运动算例由两部分组成：模型和动作。模型是指需要进行运动分析的物体模型，动作则是指该物体模型所要执行的动作。在创建运动算例之前，需要先创建物体模型，并且在模型中定义关节和运动副件等参数，然后，通过设置关节和运动副件的运动参数，模拟物体在运动过程中的行为。首先，根据建立的直升机模型创建运动算例：第一步创建一个新的运动分析；第二步选择救援过程中的运动对象，救援过程对象包括直升机的旋翼、使用绞车降下的救生员、受伤人员、绞绳、运动中的渔船等；第三步定义动作，如模拟绞车的移动、救生员的下降和提升，以及受伤人员的救援，为了模拟船在风浪条件下的晃动，加入了船的垂直振幅运动，在以上的模型添加中需要设置以上各个模型的起始和结束位置、速度和加速度等参数；第四步进行运行运动分析，即查看以上模型在运动过程中的行为。

其次，根据甲板的吊运类别，我们会在不同位置下进行直升机吊运的运动模拟。加入线性马达和旋转马达，从而驱动建模对象进行运动，其中包括在主旋翼运动中加入自动配速的旋转马达；在救生员通过绞车下降的过程中添加线段式线性马达；在遇险船与风浪海面的运动中添加振动式的线性马达。通过添加这些运动示例，我们可以创建一个准确表示救援过程的动画，并可用于训练和模拟。

（六）风险评估

在建立模型和动画之后，我们需要使用动态模拟来评估救援设备的性能。动态仿真可以帮助我们评估救援设备在不同条件下的稳定性和安全性。

后续我们将使用建模仿真软件仿真工具测试S76D直升机在各种风况下的稳定性，并评估救援设备在不同海况下的有效性。在性能评估中，选择直升机在悬停即静态分析下的受力情况，以及在飞行中即动态分析下的受力情况，随后设置分析参数，如材料属性、约束条件、载荷类型等。在分析过程中，通过应力云图、位移图来查看实时结果，以便了解模型的性能情况。

三、应用和验证

本文分析的直升机模拟救援的过程中外力选择的是风浪的纵摇运动，在直升机下降过程中可以呈现出影响较小的救援阻碍，并基于建模仿真软件的直升机海上救援模型在实际纵摇风浪中得到了应用和验证。结果表明，该模型可以为救援决策提供有价值的支持，提高救援行动的效率和安全性。

四、结论

基于建模仿真软件的直升机海上救援模型具有高精度、真实性和有效性等优点，本文只模拟了船只纵摇的救援过程，未对船只横摇及直升机所受到未知方向的风力进行分析，因此还需要进一步分析及论证。

动画的展现效果可以较为直观地展示救援过程，可以更加科学地研究救援理论，针对不同的海上情况和条件可以利用仿真动画的形式进行预测和模拟推演，它为直升机海上救援研究提供了宝贵的参考，提高救援行动的效率和安全性。

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作者简介：吴家齐（1997— ），男，漢族，辽宁大连人，硕士研究生，初级救助指挥员，研究方向：海上直升机救助。