SimForge HSF 案例分享｜复杂仿真应用定制——UAVSim无人机仿真APP（技术篇）

导读

「神工坊」核心技术——「SimForge HSF高性能数值模拟引擎」支持工程计算应用的快速开发、自动并行，以及多域耦合、AI求解加速，目前已实现航发整机数值模拟等多个系统级高保真数值模拟应用落地，支持10亿阶+、100w+核心量级的高效求解。其低代码开发能力，可面向复杂装备、中小企业专用仿真场景，快速开发定制仿真应用。

本文将通过“UAVSim无人机仿真APP”案例，带您深入了解「神工坊」团队，如何基于「SimForge HSF」，针对具体场景开发垂直应用，使产品经理也可上手操作无人机数值仿真。

一、客户需求分析

1. 行业背景

无人机广泛应用于军事侦察、民用航拍、物流配送、农业植保、应急救援等诸多领域，其市场规模呈现出爆发式增长态势。随着应用场景的不断拓展和深化，对无人机的性能、可靠性和安全性提出了越来越高的要求，这使得无人机的研发设计面临着前所未有的挑战。

2. 客户痛点

➢ 精确建模与分析难度大

在空气动力学方面，精确模拟无人机在不同飞行状态下的气流特性是确保飞行性能的关键。然而，气流与无人机机体及旋翼之间的相互作用极为复杂，受到飞行姿态、速度、环境风等多种因素的影响，准确建模和分析难度极大。

➢ 实物试验成本高、代价大

在研发流程中，传统的设计方法主要依赖实物试验和经验积累。但实物试验成本高昂且耗时费力。

➢ 经验设计研发周期长

经验设计在面对新型无人机的创新设计需求时，缺乏科学依据和理论支持，难以快速准确地确定最优设计方案，导致研发周期延长。

二、解决方案设计

1. 自研网格模块生成自适应网格

目标：

研发可动态调整的网格模块，以满足无人机不同条件下的差异化网格需求。

技术方案：

UAVSim 的网络模块基于自研的结构网格自适应技术（SAMR）来生成自适应网格，其具有以下几点优势：

①网格自动生成

SAMR 技术主要基于笛卡尔网格，其网格结构相对简单，天然适合自动生成网格。即使面对复杂的无人机几何形状或存在一定几何缺陷（如轻微不平整、小空洞等）的模型，也能通过适当处理成功生成网格。

应用场景：

对于多旋翼无人机复杂的旋翼结构和机身连接部分，模块可以自动识别并生成合适的网格。在边界处，采用脱体网格加密和合适的边界模型（如浸没边界法），确保边界条件的准确性，有效提高了网格生成的效率和质量，降低了对人工前处理的依赖。

②高效自适应加密

SAMR 技术可以使网格能够精准地集中在需要加密的关键区域。

在无人机飞行过程中，根据实时监测的物理场特征（如气流速度、压力变化等），在气流变化剧烈的区域（如高速飞行时的机翼前缘、旋翼旋转区域等）快速加密网格，而在相对稳定的区域则保持较粗的网格，从而高效利用网格资源。与传统结构化网格相比，它无需按固定维度进行加密，更加灵活；相较于非结构网格，在保持局部结构化优势的同时，利用简单直接的等分和合并规则实现网格重构，速度更快、效率更高。