俯仰運動的案例
FLUENT精典案例-翼型俯仰運動仿真（NACA0012，壓力遠場邊界）-#354
FLUENT精典案例-翼型俯仰運動仿真（NACA0012，壓力遠場邊界）-#354
01
案例介紹
NACA0012翼型作俯仰運動過程的仿真，監測量升力、阻力的變化（其它結果可自動保存時間節點數據出圖），翼型俯仰運動規律為：α=0.016°+2.51°sin（5t），馬赫數Ma=0.755，雷諾數5.5×10e5。本例先作穩態計算（穩態計算時攻角為5°，且不考慮俯仰運動），收斂后改為瞬態計算。
02
網格情況
03
仿真基本設置
1、穩態計算
2、k-w SST湍流模型
3、理想氣體
4、壓力遠場條件
5、阻力系數監測
6、升力系數監測
7、求解設置
8、初始化，從壓力遠場計算
9、穩態基本情況
（1）殘差曲線（收斂）
（2）速度分布
（3）馬赫數
（4）壓力分布
（5）升力曲線
（6）阻力曲線
（7）翼型表面壓力系數分布
10、修改為瞬態計算
11、使用UDF定義俯仰運動
12、設置時間步長
說明事項：本次只作為算例實驗，因而時間步長取得不算小0.01s，造成后面監測到的升力和阻力的變化曲線不夠光滑，實際計算中將步長改小（譬如改為0.001s），則可以得到很好的曲線。
展開 CFX仿真水下機器人俯仰運動(動網格)
請問如何用CFX軟件進行水下機器人俯仰周期性運動的水動力
FLUENT動網格案例之十一：基于動網格算法的二維剛性截面機翼簡諧振動氣動特性分析 ￥99
為了對作簡諧振蕩運動的Naca翼型的氣動特性（升力系數，阻力系數和力矩系數）進行數值計算，來流速度為V， 攻角的變化規律為：Alpha（t）=A/2*sin(omega*t)，其中，A=10度，omega=10*pi 弧度/秒。剛體運動UDF實現翼型的俯仰運動，由于在FLUENT的UDF中只能指定速度，角速度；所以，需要將攻角對時間求導，得到轉動角速度的規律：D（alpha）/dt=A*omega/2*cos(omega*t)
動網格實現結果
氣動彈性研究的對象已經從簡單的單翼，拓展到襟翼，前緣縫翼，副翼，翼梢等現代大型客機的機翼結構，感興趣的同學可以留言，希望研究的飛機氣動彈性課題內容。
文件列表
展開 整車仿真的各種試驗
2.5 Power-Off Cornering —— 發動機熄火轉彎
用以考查發動機熄火對車輛方向穩定性的影響（穩態圓周運動只受發動機熄火的擾動）。
側向加速度和圓周軌道半徑共同定義了初始條件。注意，變化的顯著程度隨圓周軌道的圓半徑遞減。車輛在達到初始的穩態驅動條件后，轉向信號保持恒定，并用一階躍信號釋放加速踏板。將加速踏板釋放的時刻作為發動機熄火的初始時刻，該時刻可通過用戶自定義。
重點考查的參數有：偏駛角及縱向減速度的變化量、側滑角、橫擺角與角速度。
3. Straight-Line Events —— 直線行駛事件
3.1 Acceleration —— 加速試驗
用以輔助分析車輛的俯仰運動特性。
對于開環模式，驅動裝置按用戶輸入的速率從零開始改變節氣門開度；對于閉環模式，用戶可指定一具體的縱向加速度值。方向盤輸入有三個選項可供選擇：free（自由狀態）、locked(鎖止狀態)，straight-line（控制方向盤使車輛盡量保持直線行駛），默認為straight-line。
3.2 Braking —— 制動試驗
用以輔助分析車輛制動過程中的俯仰運動特性。
對于開環模式，驅動裝置按用戶輸入的速率從零開始改變制動輸入；對于閉環模式，用戶可指定一具體的縱向減速度值。方向盤輸入有三個選項可供選擇：free（自由狀態）、locked(鎖止狀態)，straight-line（控制方向盤使車輛盡量保持直線行駛），默認為straight-line。
3.3 Power-Off Straight Line —— 發動機熄火直線行駛
用以分析直線行駛過程中突然松開油門踏板引起的操縱穩定性方面的問題。
展開 
無人機飛控系統的原理、組成及各傳感器的作用
一般來說，四旋翼無人機的運動狀態主要分為懸停、垂直運動、滾動運動、俯仰運動以及偏航運動五種狀態。
懸停
懸停狀態是四旋翼無人機具有的一個顯著的特點。
在懸停狀態下，四個旋翼具有相等的轉速，產生的上升合力正好與自身重力相等，即。并且因為旋翼轉速大小相等，前后端轉速和左右端轉速方向相反，從而使得飛行器總扭矩為零，使得飛行器靜止在空中，實現懸停狀態。
垂直運動
垂直運動是五種運動狀態中較為簡單的一種，在保證四旋翼無人機每個旋轉速度大小相等的倩況下，同時對每個旋翼增加或減小大小相等的轉速，便可實現飛行器的垂直運動。
當同時増加四個旋翼轉速時，使得旋翼產生的總升力大小超過四旋翼無人機的重力時，即，四旋翼無人機便會垂直上升；反之，當同時減小旋翼轉速時，使得每個旋翼產生的總升力小于自身重力時，即，四旋翼無人機便會垂直下降，從而實現四旋翼無人機的垂直升降控制。
翻滾運動
翻滾運動是在保持四旋翼無人機前后端旋翼轉速不變的情況下，通過改變左右端的旋翼轉速，使得左右旋翼之間形成一定的升力差，從而使得沿飛行器機體左右對稱軸上產生一定力矩，導致在方向上產生角加速度實現控制的。
如圖所示，增加旋翼1的轉速，減小旋翼3的轉速，則飛行器傾斜于右側飛行；相反，減小旋翼４，增加旋翼２，則飛行器向左傾斜飛行。
俯仰運動
四旋翼飛行器的俯仰運動和滾動運動相似，是在保持機身左右端旋翼轉速不變的前提下，通過改變前后端旋翼轉速形成前后旋翼升力差，從而在機身前后端對稱軸上形成一定力矩，引起角方向上的角加速度實現控制的。
如圖所示，增加旋翼３的轉速，減小旋翼１的轉速，則飛行器向前傾斜飛行；反之，則飛行器向后傾斜。
偏航運動
四旋翼的偏轉運動是通過同時兩兩控制四個旋翼轉速實現控制的。
展開 無人機飛控系統的原理、組成及各傳感器的作用
一般來說，四旋翼無人機的運動狀態主要分為懸停、垂直運動、滾動運動、俯仰運動以及偏航運動五種狀態。
懸停
懸停狀態是四旋翼無人機具有的一個顯著的特點。
在懸停狀態下，四個旋翼具有相等的轉速，產生的上升合力正好與自身重力相等，即。并且因為旋翼轉速大小相等，前后端轉速和左右端轉速方向相反，從而使得飛行器總扭矩為零，使得飛行器靜止在空中，實現懸停狀態。
垂直運動
垂直運動是五種運動狀態中較為簡單的一種，在保證四旋翼無人機每個旋轉速度大小相等的倩況下，同時對每個旋翼增加或減小大小相等的轉速，便可實現飛行器的垂直運動。
當同時増加四個旋翼轉速時，使得旋翼產生的總升力大小超過四旋翼無人機的重力時，即，四旋翼無人機便會垂直上升；反之，當同時減小旋翼轉速時，使得每個旋翼產生的總升力小于自身重力時，即，四旋翼無人機便會垂直下降，從而實現四旋翼無人機的垂直升降控制。
翻滾運動
翻滾運動是在保持四旋翼無人機前后端旋翼轉速不變的情況下，通過改變左右端的旋翼轉速，使得左右旋翼之間形成一定的升力差，從而使得沿飛行器機體左右對稱軸上產生一定力矩，導致在方向上產生角加速度實現控制的。
如圖所示，增加旋翼1的轉速，減小旋翼3的轉速，則飛行器傾斜于右側飛行；相反，減小旋翼４，增加旋翼２，則飛行器向左傾斜飛行。
俯仰運動
四旋翼飛行器的俯仰運動和滾動運動相似，是在保持機身左右端旋翼轉速不變的前提下，通過改變前后端旋翼轉速形成前后旋翼升力差，從而在機身前后端對稱軸上形成一定力矩，引起角方向上的角加速度實現控制的。
如圖所示，增加旋翼３的轉速，減小旋翼１的轉速，則飛行器向前傾斜飛行；反之，則飛行器向后傾斜。
偏航運動
四旋翼的偏轉運動是通過同時兩兩控制四個旋翼轉速實現控制的。
展開 飛機飛行原理3D動態圖
氣流流過的壓力差產生了升力
飛機運動的三軸簡化：俯仰、滾轉、偏航。
滾轉是副翼控制▼
俯仰運動靠升降舵控制▼
偏航運動靠方向舵控制▼
航空發動機——飛機前進的動力提供
渦輪風扇發動機，大型運輸機的發動機。渦扇氣路兩條，外邊這條提供基本70%~80%的推力，里邊這條僅提供20%~30%的推力。
渦輪噴氣發動機，噴氣就靠噴來推動了▼
渦輪螺旋槳發動機▼
星型發動機示意圖，在其他更先進的航空發動機出現之前大型飛機的發動機常采用星型設計。
星型發動機屬于活塞式發動機的一種早在1903年，星型發動機就用在了飛機上
直升機力的抵消▼
直升機前進和上升控制▼
起落架收放示意▼
來源：金屬加工
展開 Fluent 重疊網格+UDF NACA0012翼型擺動氣動仿真(一）
由于本文涉及到NACA0012翼型運動，因此需要探討瞬態計算結果，此處的設置比較簡單，勾選為瞬態計算。
4.2 邊界條件設置
將上下邊界設置為對稱面，來流方向位速度入口，出口為壓力出口，設置naca0012外邊界網格為overset。
速度入口設置為32m/s，具體設置如下圖：
4.3 動網格設置
首先導入編輯的udf 。
其次對運動區域進行設置，即整個運動區域到網格都要添加udf，具體設置如下：
4.4 初始化設置
相關初始化設置如下圖。
4.5 計算設置
此處進行的計算設置如下：
5 后處理結果
5.1 后處理云圖結果
云圖動畫結果如下圖所示：
壓力變化云圖結果：
速度云圖變化結果：
展開 怎么樣做一個屬于自己小灰機
（上升下降、橫滾、俯仰、偏航）
飛行器垂直運動（上升下降）
當同時增加四個電機的輸出功率（增加電機的轉速），旋翼轉速增加使得總拉力增加，當拉力超過飛行器自身重量時，飛行器就會上升，反之，飛行器下降改變四個轉速飛行器下降。在理想的環境下，如果飛行器的拉力等于自身重力時，飛行器就會懸停在空中。因為我們不在理想環境中，我們需要不斷的改變電機的輸出功率，才能夠穩定懸停。這時就需要飛控來控制電機的輸出功率。
飛行器的俯仰運動（前后移動）
在下圖中，電機3和電機4轉速上升，電機1，電機2轉速保持不變，這時飛機就會繞橫軸旋轉（Y軸），飛行器就會向前移動，反之，飛行器就會向后移動，實現飛行器的俯仰運動。
飛行器的滾轉運動（左右移動）
在下圖中，電機1和電機4轉速上升，電機2，電機3轉速保持不變，這時飛機就會繞縱軸旋轉（X軸），飛行器就會向左移動，反之，飛行器就會向右移動，實現飛行器的滾轉運動。
飛行器的偏航運動（改變方向）
飛行器的偏航運動可以借助旋翼產生的反扭力來實現，飛行器兩兩相同，一對正轉一對翻轉，如圖所示。對角線電機相同，反扭力的大小與電機的轉速有關，當四個旋翼的轉速相同時，反扭力就會被抵消。
展開 『轉貼』汽車碰撞試驗中的幾個問題
飛行員在空中進行高速俯仰運動時，脊梁承受的力超出上身重量的10倍。但他是訓練有素的專門人員，飛行員座椅的設計又充分考慮了飛行的情況。人能夠承受的力與許多因素有關，其中最重要的恐怕就是力的方向。直立時很多人能挑起100公斤的擔子，但是，同樣的重量如果橫向作用于他的腰部，恐怕誰也承受不起。所以，撞車時是否受傷，很大程度要看他的運氣。也就是說要看碰撞時的著力點，碰撞力能否按照設計設置的路徑有效地分散，等等。相同質量、相同車型、相同的相對速度下進行的多次碰撞，對乘員的傷害程度可以有很大的差別。
時淘沙（2002年5月22日）
作者注：本稿僅投《汽車世界》網站
汽車碰撞安全與輕量化研發中的若干挑戰性課題
圖6 電池模組碰撞安全試驗評價、失效預測模型及電池包碰撞安全設計
2.6 車用動力電池的抗撞設計技術及電動汽車碰撞運動姿態控制策略
將電池均質化數值模型應用于電動汽車的碰撞仿真，針對2013年發生在美國的一起電動車底部異物碰撞引發的電池著火事故（圖6），我們對該極端碰撞工況的邊界條件、撞擊過程中底部護板的破斷模式以及局部電池的擠壓變形進行了再現分析[27]，對比分析了多種底部碰撞保護結構形式，提出了兼顧輕量化和底部碰撞保護性能的波紋構型填充的三明治底部護板結構[28]。在此基礎上構建了電動汽車電池箱結構輕量化設計平臺，提出了允許電池碰撞變形同時避免電池內短路發生的電池碰撞保護設計策略[29]，并將電池碰撞響應預測技術和電池箱碰撞保護技術應用于國內自主品牌電動車的設計開發（圖7）。
圖7 電動汽車多碰撞工況分析及碰撞運動姿態控制
目前電動汽車上重量占比最大的部件是電池包，即使是電池能量利用率較高且續航里程要求較低的城市小型通勤電動汽車，電池包重量通常也達到車輛總重的三分之一左右。小型輕量化電動車對電池排布方式更為敏感，電池布置很大程度上影響著整車質心位置和轉動慣量，進而影響碰撞響應（圖7）。針對常見的電池布置方式、典型的碰撞工況以及不同的碰撞強度開展多工況碰撞仿真分析，研究發現，在正面全寬碰撞中，車輛重心越高，碰撞過程中俯仰運動越大，初始動能轉化為重力勢能越多；在偏置碰撞中，車輛重心越低，碰撞過程中俯仰運動越小，后輪與地面的接觸壓力越大，車輛偏轉運動所需的摩擦能耗越大。
展開 
基于SolidWorks的自動裝卸機械結構設計
2.2.3 俯仰運動設計
為了保證機構的穩定性，使用 BZL-150 型電機，機長為 103 mm，額定輸出功率 105 W，額定電壓 24 V。應用轉數設置 為 1500 r/min，第一級減速使用帶傳動，傳動比設置為 5，第二 級為蝸輪蝸桿傳動，傳動比設置為 60。
2.3 機械手手爪的設計
機械爪設計要滿足相應的原則，搬運式手爪實現物體的搬 運和夾取，為多類型手持裝置。加工式手爪為機械手附加設備， 設置銑刀、焊槍等工具，能夠實現作業加工。 機械手手腕為操作最末端，和手爪連接。手爪的空間動作和 作業與手臂配合，滿足實際作業需求，具備一定自由度，并且小 巧輕盈、結構緊湊。自由度要根據實際情況確定，并且保證結構 鋼度和強度，從而使其在工作過程中傳遞和運動的連貫性。在保 證其精度目標時，設置傳動間隙調整。為了避免機械損壞，在手 腕各個關節實現開關設置。 機械手手臂要承受一定載荷，機械自身具備一定速度。為了 降低電機負載，和手臂關節軸對比，手臂要保證平衡，加強對機 械手的控制。
3 自動裝卸結構的運動仿真
夾持紙箱設計為 530 mm×230 mm×370 mm，在平板拖車 中實現紙箱的設置，在平板拖車上方設置夾持機構，夾持機構向 下運動，機械手做向心運動使箱體夾緊，上抬一定高度在工作臺 水平移動，之后垂直向下在工作臺放置箱體，最后夾持機構翻 轉，松開機械手，夾持機構回到初始位置，重復裝卸過程。在整個 仿真運動中，要求運動速度準確，圖 4 為自動裝卸結構運動仿 真。仿真結果表明，該設計能夠滿足自動裝卸機械的運動需求。
4 結束語
本文使用模塊化和優化設計理論實現自動裝卸機械結構的 設計，利用 ANSYS 軟件進行校核。使用 SolidWorks 軟件實現運 動過程仿真。仿真結果表明，該設計能夠滿足機械運動需求。
展開 案例分享 | 基于Adams的側風穩定性極端工況仿真
由于側風對車輛的整體操縱特性的影響有限，并且對計算資源需求的不斷增加，因此未計算車輛在側風工況下的平移和俯仰運動。
利用Ford Everest（大型運動型多用途車），Ford Escort（中型轎車）和Ford B-Max（小型多功能車）對CFD和MBD聯合仿真方法進行測試。鑒于其獨特的車身風格，它們對側風工況有不同的車輛響應。
圖 1 仿真車輛平臺
Everest和Escort是新的平臺，用以標定模型的參考數據較少，這給工程師帶來了額外的挑戰。根據從比利時洛默爾的福特試驗場獲得的測量數據對建模方法進行了驗證。同時全尺寸的風洞試驗也用于靜力和力矩的標定。
圖 2 比利時福特洛默爾試驗場的物理側風發生器測試設施。
（A）側面風力發電機風扇陣列
（B）測試車輛路徑
實驗裝置
測試車輛以恒定速度沿特定軌跡行駛過一排風扇，風扇與車輛路徑保持一定距離，并與道路成一定角度一遍定義可重復的側風工況。
測試程序會產生角度為20°陣風、陣風長度約為16.6m（大約三個車長）。
這對應于2Hz的干擾頻率。
車輛的轉向保持零位，以消除駕駛員輸入對車輛響應的任何影響。
表 1 側風工況下Ford Everest，Ford Escort和Ford B-max
測量值和仿真值的橫向偏差比較
測試車輛配備了數據記錄系統和用于測量偏航速度，側傾速度和橫向加速度的傳感器。每個通道以50Hz采樣數據。最初，汽車在固定方向盤的情況下直線行駛。進入側風之前一秒鐘，由光學信標觸發數據記錄，并持續3秒鐘。至少運行并記錄六次試驗，以便保證在95％的置信區間內達到關鍵指標的統計顯著性。
展開 案例分享 | 基于Adams的側風穩定性極端工況仿真
由于側風對車輛的整體操縱特性的影響有限，并且對計算資源需求的不斷增加，因此未計算車輛在側風工況下的平移和俯仰運動。
利用Ford Everest（大型運動型多用途車），Ford Escort（中型轎車）和Ford B-Max（小型多功能車）對CFD和MBD聯合仿真方法進行測試。鑒于其獨特的車身風格，它們對側風工況有不同的車輛響應。
圖 1 仿真車輛平臺
Everest和Escort是新的平臺，用以標定模型的參考數據較少，這給工程師帶來了額外的挑戰。根據從比利時洛默爾的福特試驗場獲得的測量數據對建模方法進行了驗證。同時全尺寸的風洞試驗也用于靜力和力矩的標定。
圖 2 比利時福特洛默爾試驗場的物理側風發生器測試設施。
（A）側面風力發電機風扇陣列
（B）測試車輛路徑
實驗裝置
測試車輛以恒定速度沿特定軌跡行駛過一排風扇，風扇與車輛路徑保持一定距離，并與道路成一定角度一遍定義可重復的側風工況。
測試程序會產生角度為20°陣風、陣風長度約為16.6m（大約三個車長）。
這對應于2Hz的干擾頻率。
車輛的轉向保持零位，以消除駕駛員輸入對車輛響應的任何影響。
表 1 側風工況下Ford Everest，Ford Escort和Ford B-max
測量值和仿真值的橫向偏差比較
測試車輛配備了數據記錄系統和用于測量偏航速度，側傾速度和橫向加速度的傳感器。每個通道以50Hz采樣數據。最初，汽車在固定方向盤的情況下直線行駛。進入側風之前一秒鐘，由光學信標觸發數據記錄，并持續3秒鐘。至少運行并記錄六次試驗，以便保證在95％的置信區間內達到關鍵指標的統計顯著性。
展開 案例分享 | 基于Adams的側風穩定性極端工況仿真
由于側風對車輛的整體操縱特性的影響有限，并且對計算資源需求的不斷增加，因此未計算車輛在側風工況下的平移和俯仰運動。
利用Ford Everest（大型運動型多用途車），Ford Escort（中型轎車）和Ford B-Max（小型多功能車）對CFD和MBD聯合仿真方法進行測試。鑒于其獨特的車身風格，它們對側風工況有不同的車輛響應。
圖 1 仿真車輛平臺
Everest和Escort是新的平臺，用以標定模型的參考數據較少，這給工程師帶來了額外的挑戰。根據從比利時洛默爾的福特試驗場獲得的測量數據對建模方法進行了驗證。同時全尺寸的風洞試驗也用于靜力和力矩的標定。
圖 2 比利時福特洛默爾試驗場的物理側風發生器測試設施。
（A）側面風力發電機風扇陣列
（B）測試車輛路徑
實驗裝置
測試車輛以恒定速度沿特定軌跡行駛過一排風扇，風扇與車輛路徑保持一定距離，并與道路成一定角度一遍定義可重復的側風工況。
測試程序會產生角度為20°陣風、陣風長度約為16.6m（大約三個車長）。
這對應于2Hz的干擾頻率。
車輛的轉向保持零位，以消除駕駛員輸入對車輛響應的任何影響。
表 1 側風工況下Ford Everest，Ford Escort和Ford B-max
測量值和仿真值的橫向偏差比較
測試車輛配備了數據記錄系統和用于測量偏航速度，側傾速度和橫向加速度的傳感器。每個通道以50Hz采樣數據。最初，汽車在固定方向盤的情況下直線行駛。進入側風之前一秒鐘，由光學信標觸發數據記錄，并持續3秒鐘。至少運行并記錄六次試驗，以便保證在95％的置信區間內達到關鍵指標的統計顯著性。
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