第四章-飞行仿真技术

1飞行仿真技术现代仿真技术2内容安排一、概述二、飞行仿真技术的应用三、飞行模拟器系统的组成四、飞行模拟器的工作原理3一、概述飞行仿真是指通过计算机软件及外部硬件设备来对真实世界飞行中所遇到的各种元素，例如空气动力，气象，地理环境，飞行操控系统，飞行电子系统，战斗飞行武器系统，地面飞行引导等，综合的在计算机中进行仿真模拟，并通过外部硬件设备进行飞行仿真操控和飞行感官回馈的一种技术。4二、飞行仿真技术的应用模拟飞行训练苗圃学开飞机赵本山斥资2亿购买私人飞机成龙大哥，不仅有私人专机，还一直努力尝试自己驾驭。5二、飞行仿真技术的应用使用飞行模拟器训练飞行员，可以节省30%的上机时间。6模拟飞行训练的优势7.1分布交互仿真技术安全性好节约培训成本模拟能力强状态好、不紧张二、飞行仿真技术的应用二、飞行仿真技术的应用飞机设计和机载设备试验应用飞行仿真技术来评价整机的飞行性能和操纵系统、仪表显示系统、飞行控制系统、飞机武器系统、推进装置等的性能，利用它修改各系统的参数，并通过反复试验得出最佳参数。三、飞行模拟器系统的组成模拟座舱训练用飞行模拟器的模拟座舱，其内部的各种操纵装置、仪表、信号显示设备等与实际飞机几乎完全一样，它们的工作、指示情况也与实际飞机相同。运动系统用来模拟飞机的姿态及速度的变化，以使飞行员的身体感觉到飞机的运动。视景系统它是用来模拟飞行员所看到的座舱外部的景象，从而使飞行员判断出飞机的姿态、位置、高度、速度以及天气等情况。计算机系统它是飞行模拟器的神经中枢。计算机系统承担着整个模拟器各个系统的数学模型的解算与控制任务。教员控制台它是飞行模拟器的监控中心，主要用来监视和控制飞行训练情况。硬件组成三、飞行模拟器系统的组成软件组成及数据流飞机数学模型•动力学模型•发动机模型•自动飞行系统•导航系统•舵机模型等综合自然环境模型•标准大气环境模型•风模型•雨模型•雪模型•海浪模型操纵装置虚拟仪表系统•主飞行显示仪表•导航显示仪表•辅助显示仪表飞行视景系统•环境模型渲染•三维模型显示控制•视点切换控制•三维模型驱动大气密度、风向、风速等环境信息飞行姿态、速度、油量等信息驾驶杆、油门杆、脚蹬、起落架、襟翼位置等信息飞机的位置和姿态信息雨、雪、海浪等环境信息教员控制台各分系统控制信息各分系统反馈信息四、半实物仿真平台的工作原理通用飞机低成本飞行\维护模拟训练器系统结构图教员台仪表系统音响系统视景系统飞行导航控制系统飞行动力学模型气动模型发动机模型综合自然环境教员台系统教员台系统的功能包括仿真初始化、仿真过程管理、数据显示、测试科目设置、仿真数据分析等功能。位置冻结高度冻结燃油冻结完全冻结时间加速状态抽样页飞机状态页进近定位页地图页跑道性质页飞行故障页系统总复位系统关闭训练器初始设置页主要包括运动方程模块、气动参数模块、气动力和力矩模块。飞机动力学模型和气动模型气动系数模块运动方程模块仪表系统视景系统导航系统发动机系统教员台湍流和风标准大气雨雪海浪发动机燃油模型质量特性气动数据舵偏角起落架、襟翼位置气动力（力矩）载油质量、重心质量、重心惯量飞机运动参数环境信息操纵系统气动力和力矩模块气动参数飞行动力学模型与其它模型交互关系图飞机动力学模型和气动模型•运动方程模块主要完成飞机六自由度刚体运动方程的解算，六自由度运动模块由多个子模块组成。飞机动力学模型在该模块中，首先综合飞机所受的各种力和力矩，包括重力、气动力、发动机推力和起落架力及其各种力矩，计算沿机体轴的线加速度和角加速度，然后产生飞机的合成速度。把风和紊流扰动速度加到机体轴线速度上，并用来计算飞行轨迹参数。把机体轴角速度分解到气流轴上并计算飞机迎角、侧滑角及其变化率，以提供给气动系数模块使用。把角速度分解到地轴上，然后用积分计算三个欧拉角。•气动参数模块气动模块完成飞机空气动力特性的仿真，即计算飞机的气动系数、气动力和力矩。该模块包括纵向气动系数、横侧气动系数、起落架、襟翼影响和气动函数生成。气动模块应用来自飞行系统内部的反馈项即马赫数、高度、迎角、侧滑角、飞机重心位置以及角速度无因次量等飞行参数和由操纵负荷系统提供的操纵面位置、液压系统提供的起落架、襟翼位置，计算稳定轴上的气动系数，最后计算出机体轴上的气动力和力矩，输出到“运动方程”。飞机动力学模型和气动模型•气动力和力矩模块根据气动参数模块计算得到的气动系数，以及计算得到的动压，和输入的参考的翼展和面积，利用公式得到了气流轴上的气动力和力矩，最后计算出机体轴上的气动力和力矩，输出到“运动方程模块”。飞行导航控制系统组合导航模块无线电导航导航数据库捷联式惯性导航飞行方式控制面板驾驶员仪表显示飞机动力学模型和气动模型教员台飞行参数初始状态预设航路点导航数据舵机控制指令飞行控制指令导航参数方式选择航迹规划机动规划自动驾驶仪自动油门飞行导航控制系统的结构图导航系统可以根据飞行系统输出的相关参数解算出飞机当前位置(经度、纬度、高度)和飞机的姿态角及角速度，及磁航向角等信号，作为自动飞行系统、仪表等系统的输入信号；控制系统解算俯仰，横滚，偏航三个通道的控制律，给出飞行指令杆与舵面偏转角的控制指令。飞行导航控制系统•无线电导航：航线导引、确定飞机位置及航行参数、着陆导引。根据飞机位置、导航台位置计算导航参数（航向、方位角、航迹、航路点、地速、空速、指点信标、航向信标、下滑信标）。•捷联式惯性导航（惯性基准系统IRS）：根据机体坐标系中的线加速度、角速度、角加速度，得到导航坐标系中的惯性线加速度和姿态角，进而计算得到飞机的位置、航向和地速。•方式控制面板方式控制开关量（飞行指引、自动油门、自动驾驶仪的通断状态，纵向、横测向、油门的控制方式开关）控制量预设（预设速度、航向角、高度）仪表系统•主飞行显示屏分为水平姿态仪和罗盘。水平姿态仪上显示垂直高度、空速，垂直速度等信息。罗盘上显示航向选择游标，飞机航向（当前与指令）等信息。仪表系统•导航显示屏显示航向，航线，航路点等信息，。仪表系统•辅助显示屏显示引擎的基本信息。如推力、发动机温度、功率、滑油温度、滑油油量等信息。•视景系统视景系统OGRE视景系统架构图视景效果示意图综合自然环境模型标准大气模型突风模型湍流模型风切变模型雨模型雪模型海浪模型环境设定、飞行信息飞行\机务训练器环境信息综合自然环境模块划分图音响系统音响管理音响管理音响数据库音响数据库事件控制事件控制发动机噪声生成器滑跑声生成器声音合成声音合成声音输出声音输出声音缓存对象声音缓存对象发动机转速飞行高度触地状态x3滑跑速度舵面状态起落架状态水斗状态声音合成声音合成告警指令声音拾取数据流控制流外部输入图例图例功能模块功能模块数据或对象数据或对象音响系统结构图飞行训练讲评系统根据飞行过程中记录的飞行参数按飞行标准自动判定飞行员飞行水平，以达到客观、全面、有效、快速地评估飞行员飞行品质的目的，进一步提高航空安全性。基本信息存储SQLServer数据库结果处理成绩报表趋势图大纲、课程信息规则信息存储存储读取规则库自动评分模拟机数据训练成绩飞行训练讲评系统的数据流图飞行训练讲评系统•训练讲评系统的功能模块包括：评价规则数据库——一个飞行场次包括若干个飞行阶段，一个飞行阶段包含若干个飞行科目，每个科目又包含若干个评分项目。将符合CCAR-61（民用航空器驾驶员、飞行教员和地面教员合格审定规则）和CCAR-91部（一般运行和飞行规则）的评价规则提取出来，存储在数据库中，系统通过调用评价规则来分析飞行参数，评估训练质量。飞行训练讲评系统•自动评分模块——自动评分功能是本系统的核心功能，主要任务是从数据库读入规则，对飞行员的飞行数据进行分析与比较，给出飞行员在某一个项目上与理论值之间的差异，记录飞行员的实际飞行训练成绩并存入数据库。系统基于C/S架构，评分模块将在服务器上完成。当飞行训练完成，模拟机数据下载完毕后，服务器将自动完成对数据的分析、评估，并且将评分的结果跟学员对应起来。同一台服务器连着一定数量的客户端，因此，服务器可能同时对多个客户端的评分请求进行响应。飞行训练讲评系统评分成绩管理模块——评分成绩管理有两个功能，一是产生成绩报表及飞行剖面图，供用户查询训练成绩以及回顾训练过程;二是生成成绩趋势图，供用户分析一段时间以来的训练质量的变化趋势，从而更好的调整训练方针，加强训练质量，调高飞行安全。