第四章飞行仿真技术

第四章飞行仿真技术第一页，共30页。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2第二页，共30页。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。3第三页，共30页。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。4第四页，共30页。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。5第五页，共30页。模拟飞行训练的优势

7.1分布交互仿真技术二、飞行仿真技术的应用6第六页，共30页。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。第七页，共30页。第八页，共30页。第九页，共30页。第十页，共30页。三、飞行模拟器系统的组成硬件组成第十一页，共30页。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第十二页，共30页。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第十三页，共30页。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第十四页，共30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飞行动力学模型与其它模型交互关系图第十五页，共30页。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”。第十六页，共30页。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”。第十七页，共30页。飞行导航控制系统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。第十八页，共30页。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）第十九页，共30页。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。第二十页，共30页。仪表系统导航显示屏显示航向，航线，航路点等信息，。第二十一页，共30页。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。第二十二页，共30页。视景系统视景系统视景系统架构图视景效果示意图第二十三页，共30页。综合自然环境模型综合自然环境模块划分图第二十四页，共30页。音响系统音响系统结构图第二十五页，共30页。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。

飞行训练讲评系统的数据流图第二十六页，共30页。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。第二十七页，共30页。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。

第二十八页，共30页。