如何驗證飛行器設計概念？以LS-DYNA完成飛行控制模擬

我們在2019/6/19的LS-DYNA ICFD使用者小聚中，發佈了一個【飛行控制模擬】的分析結果，這個結果相信也應該是走在世界及台灣很前面的位置。

一般傳統的飛行器流體分析，是將飛行器位置固定，然後得到相關的昇力/流阻系數或數值，再將其力量輸入到其他運動分析的軟體，用來了解飛行器運動的狀態。在這樣的過程當中，一個分析者需要使用兩套系統，才能達成分析的目的。

現在有了LS-DYNA，使用者可以在一個系統內完成以往所需要之所有分析需求。以下面這個動畫為例，這是一個飛翼的飛行器，我們是利用副翼來控制著飛行型態。例如要向左轉的時候，右方的副翼會向上舉升、左方的副翼向下，利用昇力的差異來達成為飛翼轉彎和滾轉的目的。

可以仔細地看一下在我們這次的模擬飛行當中，強制把副翼做一個運動，流場經過了這個被抬昇的副翼之後，因為左右翼昇力的差異，所以導致飛翼可以向左偏轉，就是實際飛行的一個狀態。

在這個分析當中，除了可以得到昇力或是阻力的數值，還可以得到滾轉的速率。我們在這裡需要強調一下，這樣的結果是在【同一次】的分析就能一次達成！而不是透過兩個軟體或是兩個計算。這樣的方式可以大大地增加分析上面的效率。

第一，因為在副翼變動的過程當中，流場的網格會不斷的變動，所以一般的分析軟體它在計算核心並沒有網格的產生功能，像這樣稱之為「動網格」的功能，在一般的分析軟體是沒有提供的。

第二，像這樣結構的變動而導致流場的變動，且流場的變動又造成了結構的運動狀況改變和應力應變上面的變動; 這樣的功能稱之為流固耦合。ls-dyna提供了強耦合跟弱耦合兩種技術，不論您是在剛性體或是撓性體，它都可以計算交互作用的結果。

第三，在傳統的有限元素分析軟體當中，要計算類似連桿的運動狀態分析，是有很大的困難；特別是在隱式解(Implicit)的過程當中要得到收斂狀況也是一項挑戰，但LS-DYNA具備了在隱式解動態求解能力分析。

在這樣的分析當中我們可以得到很多很有效的數據，
舉例如下:
• 飛行型態研究
• 飛行控制/飛行模擬器輸入參數/飛行傳動系統及設計需求
• 翼形型態特性研究
• 飛行特性分析
• 升力/阻力/側力/飛行負載/掛載研究
• 俯仰力矩/滾轉力矩/偏航力矩/(L/D參數研究)

雖然這是一個簡單的物理現象，卻含藏了很多非常複雜的計算理論，特別是要在一個
求解核心之內能夠完成所有的運算，這是一件非常不容易的事情。
但是LS-DYNA做到了，我們也完成了！