基于建模仿真軟件建立直升機海上救援模型

摘?要：海上直升機救援在救災和海上事故中發揮著重要作用。本文基于建模仿真軟件建立了直升機海上救援模型，詳細介紹了建模過程和設計思想。該模型使用模擬分析技術模擬和分析救援場景，為救援決策提供支持。通過模型的實現和應用，驗證了模型的可行性和有效性，為直升機海上救援研究提供了一定的參考價值。S76D直升機是海上救援行動的流行機型，基于建模仿真軟件對S76D直升機海上救援過程進行模擬，模擬包括動畫和動態模擬動作示例。

關鍵詞：S76D直升機；海上救援；建模仿真軟件；配合；運動算例；動態仿真

一、概述

海上救援體系是我國救援系統中的重要組成部分，是海上事業穩定、安全與可持續競爭發展的根本保障。隨著近些年我國海洋事業的不斷發展，海上救援體系優化建設的重要性、必要性日漸顯著。直升機海上救援是指在海上發生災害或事故時，采用直升機進行的救援行動。由于直升機在海上的速度、靈活性和高效率等優點，它被廣泛應用于救援、海上油氣勘探和生產以及海洋科學研究。直升機作為海上救援的載體相比于船舶救援具有速度快、路線短等特點，可以避免船舶救援中遇到的暗礁、大風、海浪等自然條件的限制。目前我國海上直升機救援仍存在許多困難與挑戰，在救援過程中仍會受到不同條件的限制，而如何提高直升機海上救援的效率和安全性已成為當前研究的熱點之一。本文基于建模仿真軟件建立了直升機海上救援模型，并對模型進行了仿真分析，為直升機海上救援研究提供了一定的參考價值。

二、建模方法

（一）建模準備

為了基于建模仿真軟件模擬S76D直升機海上救援過程，我們需要準備直升機、救援設備、被救者、遇險船的設計圖紙和參數。然后，我們可以使用建模仿真軟件中的三維建模工具創建S76D直升機和救援設備的數字模型。

（二）建立對象模型

在建模軟件中，使用三維建模工具逐步建立直升機救援模型。首先，建造直升機的主體，包括機身、機尾、機翼、前艙和后艙，直升機建模結構圖如圖2所示，其中前艙內由機長和副駕駛組成，后艙內由兩名救生員和一位絞車手組成。其次，構建主旋翼及其旋轉配合模型，并對其進行定位和形狀調整，以確保各部件之間的協調性和穩定性。最后，根據直升機的實際尺寸和結構參數，對每個部件進行微調和優化，以達到最佳設計效果。加入救生員、被救乘客、纜繩、海面模型和遇險船模型，通過比例縮放功能對每個對象進行比例調整，從而實現圖1的總體布局效果。

（三）添加配合和紋理

在建立直升機模型的基礎上，增加了運動配合和紋理，以增強模型的真實性，提高仿真分析的準確性。其中包括直升機頂部與主旋翼的同心配合，直升機頂部與主旋翼底部的重合配合，乘客和救生員的垂直距離配合，遇險船和海面之間的垂直距離配合，乘客和船之間的垂直距離配合，等等。添加了門、窗和緊急救援設備等零部件細節，并調整了顏色、材質和照明效果等紋理，以實現所需的效果。另外調整了光源方向，使救援動畫更加清晰。其中纜繩的動畫處理方式為在運動算例中的不同時間點放置鍵碼以達到救生員能夠隨著纜繩的出現而下降的動畫效果。

（四）救援模擬分析

通過建模仿真軟件仿真分析工具，模擬和分析了直升機救援場景，直升機的運動、救援的不同過程及方式方法，其中包括順風甲板救援、平行甲板救援、標準甲板救援、左到右甲板救援、右到左甲板救援救援等。針對各個不同情況進行救援方案的選擇，從而提高直升機救援的成功率及有效性。

（五）運動仿真

在建模仿真軟件中進行運動仿真分析需要使用運動算例功能，運動算例由兩部分組成：模型和動作。模型是指需要進行運動分析的物體模型，動作則是指該物體模型所要執行的動作。在創建運動算例之前，需要先創建物體模型，并且在模型中定義關節和運動副件等參數，然后，通過設置關節和運動副件的運動參數，模擬物體在運動過程中的行為。首先，根據建立的直升機模型創建運動算例：第一步創建一個新的運動分析；第二步選擇救援過程中的運動對象，救援過程對象包括直升機的旋翼、使用絞車降下的救生員、受傷人員、絞繩、運動中的漁船等；第三步定義動作，如模擬絞車的移動、救生員的下降和提升，以及受傷人員的救援，為了模擬船在風浪條件下的晃動，加入了船的垂直振幅運動，在以上的模型添加中需要設置以上各個模型的起始和結束位置、速度和加速度等參數；第四步進行運行運動分析，即查看以上模型在運動過程中的行為。

其次，根據甲板的吊運類別，我們會在不同位置下進行直升機吊運的運動模擬。加入線性馬達和旋轉馬達，從而驅動建模對象進行運動，其中包括在主旋翼運動中加入自動配速的旋轉馬達；在救生員通過絞車下降的過程中添加線段式線性馬達；在遇險船與風浪海面的運動中添加振動式的線性馬達。通過添加這些運動示例，我們可以創建一個準確表示救援過程的動畫，并可用于訓練和模擬。

（六）風險評估

在建立模型和動畫之后，我們需要使用動態模擬來評估救援設備的性能。動態仿真可以幫助我們評估救援設備在不同條件下的穩定性和安全性。

后續我們將使用建模仿真軟件仿真工具測試S76D直升機在各種風況下的穩定性，并評估救援設備在不同海況下的有效性。在性能評估中，選擇直升機在懸停即靜態分析下的受力情況，以及在飛行中即動態分析下的受力情況，隨后設置分析參數，如材料屬性、約束條件、載荷類型等。在分析過程中，通過應力云圖、位移圖來查看實時結果，以便了解模型的性能情況。

三、應用和驗證

本文分析的直升機模擬救援的過程中外力選擇的是風浪的縱搖運動，在直升機下降過程中可以呈現出影響較小的救援阻礙，并基于建模仿真軟件的直升機海上救援模型在實際縱搖風浪中得到了應用和驗證。結果表明，該模型可以為救援決策提供有價值的支持，提高救援行動的效率和安全性。

四、結論

基于建模仿真軟件的直升機海上救援模型具有高精度、真實性和有效性等優點，本文只模擬了船只縱搖的救援過程，未對船只橫搖及直升機所受到未知方向的風力進行分析，因此還需要進一步分析及論證。

動畫的展現效果可以較為直觀地展示救援過程，可以更加科學地研究救援理論，針對不同的海上情況和條件可以利用仿真動畫的形式進行預測和模擬推演，它為直升機海上救援研究提供了寶貴的參考，提高救援行動的效率和安全性。

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作者簡介：吳家齊（1997—?），男，漢族，遼寧大連人，碩士研究生，初級救助指揮員，研究方向：海上直升機救助。