摘?要：海上直升機(jī)救援在救災(zāi)和海上事故中發(fā)揮著重要作用。本文基于建模仿真軟件建立了直升機(jī)海上救援模型，詳細(xì)介紹了建模過(guò)程和設(shè)計(jì)思想。該模型使用模擬分析技術(shù)模擬和分析救援場(chǎng)景，為救援決策提供支持。通過(guò)模型的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用，驗(yàn)證了模型的可行性和有效性，為直升機(jī)海上救援研究提供了一定的參考價(jià)值。S76D直升機(jī)是海上救援行動(dòng)的流行機(jī)型，基于建模仿真軟件對(duì)S76D直升機(jī)海上救援過(guò)程進(jìn)行模擬，模擬包括動(dòng)畫和動(dòng)態(tài)模擬動(dòng)作示例。

關(guān)鍵詞：S76D直升機(jī)；海上救援；建模仿真軟件；配合；運(yùn)動(dòng)算例；動(dòng)態(tài)仿真

一、概述

海上救援體系是我國(guó)救援系統(tǒng)中的重要組成部分，是海上事業(yè)穩(wěn)定、安全與可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展的根本保障。隨著近些年我國(guó)海洋事業(yè)的不斷發(fā)展，海上救援體系優(yōu)化建設(shè)的重要性、必要性日漸顯著。直升機(jī)海上救援是指在海上發(fā)生災(zāi)害或事故時(shí)，采用直升機(jī)進(jìn)行的救援行動(dòng)。由于直升機(jī)在海上的速度、靈活性和高效率等優(yōu)點(diǎn)，它被廣泛應(yīng)用于救援、海上油氣勘探和生產(chǎn)以及海洋科學(xué)研究。直升機(jī)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(diǎn)，可以避免船舶救援中遇到的暗礁、大風(fēng)、海浪等自然條件的限制。目前我國(guó)海上直升機(jī)救援仍存在許多困難與挑戰(zhàn)，在救援過(guò)程中仍會(huì)受到不同條件的限制，而如何提高直升機(jī)海上救援的效率和安全性已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。本文基于建模仿真軟件建立了直升機(jī)海上救援模型，并對(duì)模型進(jìn)行了仿真分析，為直升機(jī)海上救援研究提供了一定的參考價(jià)值。

二、建模方法

（一）建模準(zhǔn)備

為了基于建模仿真軟件模擬S76D直升機(jī)海上救援過(guò)程，我們需要準(zhǔn)備直升機(jī)、救援設(shè)備、被救者、遇險(xiǎn)船的設(shè)計(jì)圖紙和參數(shù)。然后，我們可以使用建模仿真軟件中的三維建模工具創(chuàng)建S76D直升機(jī)和救援設(shè)備的數(shù)字模型。

（二）建立對(duì)象模型

在建模軟件中，使用三維建模工具逐步建立直升機(jī)救援模型。首先，建造直升機(jī)的主體，包括機(jī)身、機(jī)尾、機(jī)翼、前艙和后艙，直升機(jī)建模結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，其中前艙內(nèi)由機(jī)長(zhǎng)和副駕駛組成，后艙內(nèi)由兩名救生員和一位絞車手組成。其次，構(gòu)建主旋翼及其旋轉(zhuǎn)配合模型，并對(duì)其進(jìn)行定位和形狀調(diào)整，以確保各部件之間的協(xié)調(diào)性和穩(wěn)定性。最后，根據(jù)直升機(jī)的實(shí)際尺寸和結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)每個(gè)部件進(jìn)行微調(diào)和優(yōu)化，以達(dá)到最佳設(shè)計(jì)效果。加入救生員、被救乘客、纜繩、海面模型和遇險(xiǎn)船模型，通過(guò)比例縮放功能對(duì)每個(gè)對(duì)象進(jìn)行比例調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)圖1的總體布局效果。

（三）添加配合和紋理

在建立直升機(jī)模型的基礎(chǔ)上，增加了運(yùn)動(dòng)配合和紋理，以增強(qiáng)模型的真實(shí)性，提高仿真分析的準(zhǔn)確性。其中包括直升機(jī)頂部與主旋翼的同心配合，直升機(jī)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(xiǎn)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(shè)備等零部件細(xì)節(jié)，并調(diào)整了顏色、材質(zhì)和照明效果等紋理，以實(shí)現(xiàn)所需的效果。另外調(diào)整了光源方向，使救援動(dòng)畫更加清晰。其中纜繩的動(dòng)畫處理方式為在運(yùn)動(dòng)算例中的不同時(shí)間點(diǎn)放置鍵碼以達(dá)到救生員能夠隨著纜繩的出現(xiàn)而下降的動(dòng)畫效果。

（四）救援模擬分析

通過(guò)建模仿真軟件仿真分析工具，模擬和分析了直升機(jī)救援場(chǎng)景，直升機(jī)的運(yùn)動(dòng)、救援的不同過(guò)程及方式方法，其中包括順風(fēng)甲板救援、平行甲板救援、標(biāo)準(zhǔn)甲板救援、左到右甲板救援、右到左甲板救援救援等。針對(duì)各個(gè)不同情況進(jìn)行救援方案的選擇，從而提高直升機(jī)救援的成功率及有效性。

（五）運(yùn)動(dòng)仿真

在建模仿真軟件中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析需要使用運(yùn)動(dòng)算例功能，運(yùn)動(dòng)算例由兩部分組成：模型和動(dòng)作。模型是指需要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析的物體模型，動(dòng)作則是指該物體模型所要執(zhí)行的動(dòng)作。在創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)算例之前，需要先創(chuàng)建物體模型，并且在模型中定義關(guān)節(jié)和運(yùn)動(dòng)副件等參數(shù)，然后，通過(guò)設(shè)置關(guān)節(jié)和運(yùn)動(dòng)副件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，模擬物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的行為。首先，根據(jù)建立的直升機(jī)模型創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)算例：第一步創(chuàng)建一個(gè)新的運(yùn)動(dòng)分析；第二步選擇救援過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)對(duì)象，救援過(guò)程對(duì)象包括直升機(jī)的旋翼、使用絞車降下的救生員、受傷人員、絞繩、運(yùn)動(dòng)中的漁船等；第三步定義動(dòng)作，如模擬絞車的移動(dòng)、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(fēng)浪條件下的晃動(dòng)，加入了船的垂直振幅運(yùn)動(dòng)，在以上的模型添加中需要設(shè)置以上各個(gè)模型的起始和結(jié)束位置、速度和加速度等參數(shù)；第四步進(jìn)行運(yùn)行運(yùn)動(dòng)分析，即查看以上模型在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的行為。

其次，根據(jù)甲板的吊運(yùn)類別，我們會(huì)在不同位置下進(jìn)行直升機(jī)吊運(yùn)的運(yùn)動(dòng)模擬。加入線性馬達(dá)和旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，從而驅(qū)動(dòng)建模對(duì)象進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，其中包括在主旋翼運(yùn)動(dòng)中加入自動(dòng)配速的旋轉(zhuǎn)馬達(dá)；在救生員通過(guò)絞車下降的過(guò)程中添加線段式線性馬達(dá)；在遇險(xiǎn)船與風(fēng)浪海面的運(yùn)動(dòng)中添加振動(dòng)式的線性馬達(dá)。通過(guò)添加這些運(yùn)動(dòng)示例，我們可以創(chuàng)建一個(gè)準(zhǔn)確表示救援過(guò)程的動(dòng)畫，并可用于訓(xùn)練和模擬。

（六）風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

在建立模型和動(dòng)畫之后，我們需要使用動(dòng)態(tài)模擬來(lái)評(píng)估救援設(shè)備的性能。動(dòng)態(tài)仿真可以幫助我們?cè)u(píng)估救援設(shè)備在不同條件下的穩(wěn)定性和安全性。

后續(xù)我們將使用建模仿真軟件仿真工具測(cè)試S76D直升機(jī)在各種風(fēng)況下的穩(wěn)定性，并評(píng)估救援設(shè)備在不同海況下的有效性。在性能評(píng)估中，選擇直升機(jī)在懸停即靜態(tài)分析下的受力情況，以及在飛行中即動(dòng)態(tài)分析下的受力情況，隨后設(shè)置分析參數(shù)，如材料屬性、約束條件、載荷類型等。在分析過(guò)程中，通過(guò)應(yīng)力云圖、位移圖來(lái)查看實(shí)時(shí)結(jié)果，以便了解模型的性能情況。

三、應(yīng)用和驗(yàn)證

本文分析的直升機(jī)模擬救援的過(guò)程中外力選擇的是風(fēng)浪的縱搖運(yùn)動(dòng)，在直升機(jī)下降過(guò)程中可以呈現(xiàn)出影響較小的救援阻礙，并基于建模仿真軟件的直升機(jī)海上救援模型在實(shí)際縱搖風(fēng)浪中得到了應(yīng)用和驗(yàn)證。結(jié)果表明，該模型可以為救援決策提供有價(jià)值的支持，提高救援行動(dòng)的效率和安全性。

四、結(jié)論

基于建模仿真軟件的直升機(jī)海上救援模型具有高精度、真實(shí)性和有效性等優(yōu)點(diǎn)，本文只模擬了船只縱搖的救援過(guò)程，未對(duì)船只橫搖及直升機(jī)所受到未知方向的風(fēng)力進(jìn)行分析，因此還需要進(jìn)一步分析及論證。

動(dòng)畫的展現(xiàn)效果可以較為直觀地展示救援過(guò)程，可以更加科學(xué)地研究救援理論，針對(duì)不同的海上情況和條件可以利用仿真動(dòng)畫的形式進(jìn)行預(yù)測(cè)和模擬推演，它為直升機(jī)海上救援研究提供了寶貴的參考，提高救援行動(dòng)的效率和安全性。

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