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案例简介

舰载机高效安全的起飞能力是航母作战效能的关键，直接影响海军装备建设水平与国防战略保障能力。当前主流舰载机起飞方式主要包含蒸汽弹射与电磁弹射两类技术体系，但在实际工程应用中，普遍存在控制精度难以量化标定、实装测试成本高昂、实测有效数据稀缺、多物理场参数耦合复杂、人机协同操作变量干扰多等难题，因此基于数字化仿真的技术具备极高的工程价值。

舰载机弹射起飞示意图

本作品为第十七届蓝桥杯全国总决赛三等奖获奖项目，针对舰载弹射系统现存技术痛点，依托MWORKS平台完成了舰载机弹射起飞全流程系统建模与仿真。项目融合电路学、热力学、空气动力学与自动控制原理等多领域物理建模方法，结合CAD数字化建模工具，实现舰载机弹射起飞全过程动态可视化复现，支持关键工况参数的实时监测、动态跟踪与数据回溯，可广泛应用于弹射装备多工况性能推演、控制参数迭代优化、系统能耗分析与起飞风险预判等场景。

Sysplorer主程序界面

技术路线

CAD工具视图 本项目采用多软件分层协同建模的整体技术路线，依托SOLIDWORKS、Syslab、Sysplorer多平台融合完成舰载机弹射一体化仿真。先通过SOLIDWORKS搭建航母、舰载机、弹射车三维模型，导出STEP文件，借助Sysplorer内置CAD插件完成零部件装配、运动副与约束配置，实现弹射全过程三维可视化。 整体模型由三维实体模型，飞机力学、气动、动力子系统，状态选择、动力输出、姿态控制逻辑模块等部分构成。通过Sysblock搭建互斥状态逻辑，区分电磁、蒸汽弹射与起飞三种工况；分别构建电磁直线电机PID闭环控制系统、蒸汽管路流体动力学开环模型，复用航空发动机、升阻计算、飞行员神经动力学公共模块。

部分模块图标展示 利用Syslab Julia语言生成理想起飞速度轨迹，驱动PID实现电磁弹射的精准调速；整合多物理场方程完成推力、升力、风阻实时求解，采用Dassl刚性求解器开展两种弹射模式对比仿真，采集速度、加速度、耗时等指标完成性能分析，最终输出可视化动画与仿真数据，为弹射控制策略优化提供支撑。

仿真结果分析

以电磁弹射下舰载机弹射起飞过程为例：

电磁弹射下舰载机状态变化

初始位姿：舰载机前起落架准确挂入电磁弹射车，系统处于零速闭锁 状态。

高速弹射段：弹射车带动飞机高速滑行，可见起落架受力稳定，未出 现刚性跳动。

离舰爬升：在跑道 75 米尽头，推力瞬间卸载，飞机进入自由飞行段。 此时飞行员模型介入，通过调节升降舵实现机头迅速抬升，轨迹由平动转为俯冲爬升，轮子按预设函数平滑收回。

PID调控曲线 速度跟踪特性分析如上图，蓝色曲线为由 Syslab 预设的 S 型理想 起飞轨迹（pID.combiTable1Ds.y[1]），红色曲线为舰载机实际运动速度（planeSystemModel.Output_PlaneSpeedForX）。 仿真结果表明，基于 Syslab 设计的 PID 控制策略能够有效驱动电磁弹射系 统。尽管存在一定跟踪误差，但系统成功在 1.89s 内完成了 16 吨级飞机的 75 米极 限弹射，验证了动力学模型与电磁耦合模型的正确性。

完整案例开放

完整模型源码与技术文档已整理开源至 MoHub 社区，点击双向融合实现舰载机弹射系统仿真 - 详情 - MoHub可前往查看下载。