双向融合实现舰载机弹射系统仿真

获奖团队介绍

学校：西安交通大学
指导教师：吴晓军
团队成员：李德宇、杨越竣

基于Syslab和Sysplorer的双向融合实现舰载机弹射系统仿真 README

一、研究背景

舰载机弹射起飞是航母作战能力的核心技术，传统弹射系统存在控制精度难量化、实测数据稀缺、仿真支撑不足等痛点。弹射过程持续仅1至2秒，涉及强加速、多物理场耦合等复杂工况，实物试验成本高昂且风险大，亟需高效的数字化建模仿真手段开展前期验证与参数优化。

本项目依托同元软控自主研发的Syslab、Sysplorer仿真平台与Aerospace Blockset专业模型库，导入SOLIDWORKS搭建的舰载机、弹射车、航母一体化三维模型，实现弹射全过程可视化展示与动力学仿真。研究成果可为电磁弹射控制参数优化、蒸汽阀门开度匹配策略设计提供仿真依据。

二、系统模型构成

本系统采用分层架构设计，由六大核心系统组成：

1. 状态选择系统

定义电磁弹射启动、蒸汽弹射启动、起飞三种工作状态，起飞状态优先级最高。通过逻辑门实现状态互斥，任意时刻仅有一个状态被激活，作为系统调度核心控制各功能模块启停。

2. 动力输出系统

包含电磁弹射模块（直线电机模型）、蒸汽弹射模块（蒸汽管道与阀门模型）、飞行员模型（神经肌肉动力学延迟）、航空发动机模块（涡扇发动机模型），统一输出弹射推力、发动机推力、操纵力矩等物理量。

3. 升力计算系统

输入舰载机速度、俯仰角、海拔高度，借助ISA标准大气组件计算空气动压，通过升力公式计算实时升力，转化为力信号作用于飞机系统，同时输出数值信号用于起飞状态判断。

4. 阻力计算系统

输入海拔高度与飞行速度，计算空气密度与动压，输出俯仰力矩与迎面风阻，模拟飞机姿态变化与加速性能影响。

5. PID控制系统

应用于电磁弹射模式闭环控制，采用双PID闭环结构，主环跟踪预设轨迹，辅环补偿速度差，输出电压控制信号调节电磁弹射推力，实现舰载机遵循预设起飞曲线达到目标速度。

6. 飞机系统

封装SOLIDWORKS导出的三维STEP模型，配置连接副、驱动与约束，暴露传感器接口与力输入接口，实现弹射全过程三维可视化，输出速度、位置、姿态等状态量。

三、关键技术

1. 多平台深度融合技术：实现SOLIDWORKS、Syslab、Sysplorer与Sysblock多环境协同交互，三维模型与多领域仿真无缝衔接。SOLIDWORKS负责实物建模，Syslab用于参数计算与轨迹规划，Sysplorer实现动力学仿真与可视化，Sysblock提供逻辑控制能力。

2. STEP模型处理技术：在Sysplorer内置CAD工具中对STEP文件进行处理，配置零部件连接副、驱动与约束，确保三维模型运动学关系正确。

3. 多层次控制技术：实现多层次、多环节的闭环及开环控制。电磁弹射采用PID闭环控制跟踪预设轨迹，飞行员模型采用神经肌肉动力学闭环模拟生理延迟，蒸汽弹射采用阀门开度开环控制贴合工程实际。

4. 专业模型库应用技术：利用航空模型库提供的发动机组件、大气环境计算组件等专属工具箱，提升舰载机弹射起飞建模的科学性与专业性。

5. 多物理场系统建模技术：实现电动力学、空气力学和热力学的系统建模与推力输出。电磁弹射通过直线电机模型模拟安培力驱动，蒸汽弹射通过流体管道模型模拟压力驱动，气动力通过专业公式计算升阻特性。

版本说明

V0.0.1，2026-06-22 11:52

• 初始版本

使用许可

本模型库版权由西安交通大学蓝桥杯参赛团队版权所有，未经许可，不得用于商业用途。