飛行模擬器剖析

1、1飛行模擬器飛行模擬器2內(nèi)容安排內(nèi)容安排一、概述一、概述二、飛行仿真技術(shù)的應(yīng)用二、飛行仿真技術(shù)的應(yīng)用三、飛行模擬器系統(tǒng)的組成三、飛行模擬器系統(tǒng)的組成四、飛行模擬器的工作原理四、飛行模擬器的工作原理3一、概述一、概述 模擬飛行也可以稱做飛行模擬，是指通過計算機軟件及外部硬件設(shè)備來對真實世界飛行中所遇到的各種元素，例如空氣動力，氣象，地理環(huán)境，飛行操控系統(tǒng)，飛行電子系統(tǒng)，戰(zhàn)斗飛行武器系統(tǒng)，地面飛行引導(dǎo)等，綜合的在計算機中進行仿真模擬，并通過外部硬件設(shè)備進行飛行仿真操控和飛行感官回饋的一項事物。4二、飛行仿真技術(shù)的應(yīng)用二、飛行仿真技術(shù)的應(yīng)用使用飛行模擬器訓(xùn)練飛行員，可以節(jié)省30%的上機時間。5模擬飛

2、行訓(xùn)練的優(yōu)勢模擬飛行訓(xùn)練的優(yōu)勢 7.1 7.1 分布交互仿真技術(shù)分布交互仿真技術(shù)二、飛行仿真技術(shù)的應(yīng)用二、飛行仿真技術(shù)的應(yīng)用二、飛行仿真技術(shù)的應(yīng)用二、飛行仿真技術(shù)的應(yīng)用飛機設(shè)計和機載設(shè)備試驗應(yīng)用飛行仿真技術(shù)來評價整機的飛行性能和操縱系統(tǒng)、儀表顯示系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、飛機武器系統(tǒng)、推進裝置等的性能，利用它修改各系統(tǒng)的參數(shù)，并通過反復(fù)試驗得出最佳參數(shù)。三、飛行模擬器系統(tǒng)的組成三、飛行模擬器系統(tǒng)的組成硬件組成硬件組成三、飛行模擬器系統(tǒng)的組成三、飛行模擬器系統(tǒng)的組成軟件組成及數(shù)據(jù)流軟件組成及數(shù)據(jù)流飛機數(shù)學(xué)模型飛機數(shù)學(xué)模型 動力學(xué)模型 發(fā)動機模型 自動飛行系統(tǒng) 導(dǎo)航系統(tǒng) 舵機模型等綜合自然環(huán)境模型綜合自

3、然環(huán)境模型 標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境模型 風(fēng)模型 雨模型 雪模型 海浪模型操縱裝置操縱裝置虛擬儀表系統(tǒng)虛擬儀表系統(tǒng) 主飛行顯示儀表 導(dǎo)航顯示儀表 輔助顯示儀表飛行視景系統(tǒng)飛行視景系統(tǒng) 環(huán)境模型渲染 三維模型顯示控制 視點切換控制 三維模型驅(qū)動大氣密度、風(fēng)向、風(fēng)速等環(huán)境信息飛行姿態(tài)、速 度 、 油量等信息駕駛桿、油門桿、腳蹬、起落架、襟翼位置等信息飛 機 的 位置 和 姿 態(tài)信息雨、雪、海浪等環(huán)境信息教員控制臺教員控制臺各分系統(tǒng)控制信息各分系統(tǒng)反饋信息四、 半實物仿真平臺的工作原理通用飛機低成本飛行維護模擬訓(xùn)練器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖教員臺系統(tǒng) 教員臺系統(tǒng)的功能包括仿真初始化、仿真過程管理、數(shù)據(jù)顯示、測試科目設(shè)置、仿真

4、數(shù)據(jù)分析等功能。位置凍結(jié)高度凍結(jié)燃油凍結(jié)完全凍結(jié)時間加速狀態(tài)抽樣頁飛機狀態(tài)頁進近定位頁地圖頁跑道性質(zhì)頁飛行故障頁系統(tǒng)總復(fù)位系統(tǒng)關(guān)閉訓(xùn)練器初始設(shè)置頁 主要包括運動方程模塊、氣動參數(shù)模塊、氣動力和力矩模塊。飛機動力學(xué)模型和氣動模型飛行動力學(xué)模型與其它模型交互關(guān)系圖飛機動力學(xué)模型和氣動模型 運動方程模塊 主要完成飛機六自由度剛體運動方程的解算，六自由度運動模塊由多個子模塊組成。飛機動力學(xué)模型在該模塊中，首先綜合飛機所受的各種力和力矩，包括重力、氣動力、發(fā)動機推力和起落架力及其各種力矩，計算沿機體軸的線加速度和角加速度，然后產(chǎn)生飛機的合成速度。把風(fēng)和紊流擾動速度加到機體軸線速度上，并用來計算飛行軌跡參

5、數(shù)。把機體軸角速度分解到氣流軸上并計算飛機迎角、側(cè)滑角及其變化率，以提供給氣動系數(shù)模塊使用。把角速度分解到地軸上，然后用積分計算三個歐拉角。 氣動參數(shù)模塊 氣動模塊完成飛機空氣動力特性的仿真，即計算飛機的氣動系數(shù)、氣動力和力矩。該模塊包括縱向氣動系數(shù)、橫側(cè)氣動系數(shù)、起落架、襟翼影響和氣動函數(shù)生成。氣動模塊應(yīng)用來自飛行系統(tǒng)內(nèi)部的反饋項即馬赫數(shù)、高度、迎角、側(cè)滑角、飛機重心位置以及角速度無因次量等飛行參數(shù)和由操縱負荷系統(tǒng)提供的操縱面位置、液壓系統(tǒng)提供的起落架、襟翼位置，計算穩(wěn)定軸上的氣動系數(shù)，最后計算出機體軸上的氣動力和力矩，輸出到“運動方程”。飛機動力學(xué)模型和氣動模型 氣動力和力矩模塊 根據(jù)氣動

6、參數(shù)模塊計算得到的氣動系數(shù)，以及計算得到的動壓，和輸入的參考的翼展和面積，利用公式得到了氣流軸上的氣動力和力矩，最后計算出機體軸上的氣動力和力矩，輸出到“運動方程模塊”。飛行導(dǎo)航控制系統(tǒng)飛行導(dǎo)航控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖導(dǎo)航系統(tǒng)可以根據(jù)飛行系統(tǒng)輸出的相關(guān)參數(shù)解算出飛機當(dāng)前位置(經(jīng)度、緯度、高度)和飛機的姿態(tài)角及角速度，及磁航向角等信號，作為自動飛行系統(tǒng)、儀表等系統(tǒng)的輸入信號；控制系統(tǒng)解算俯仰，橫滾，偏航三個通道的控制律，給出飛行指令桿與舵面偏轉(zhuǎn)角的控制指令。飛行導(dǎo)航控制系統(tǒng)無線電導(dǎo)航：航線導(dǎo)引、確定飛機位置及航行參數(shù)、著陸導(dǎo)引。根據(jù)飛機位置、導(dǎo)航臺位置計算導(dǎo)航參數(shù)（航向、方位角、航跡、航路點、地速、空速

7、、指點信標(biāo)、航向信標(biāo)、下滑信標(biāo)）。捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航（慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)IRS）： 根據(jù)機體坐標(biāo)系中的線加速度、角速度、角加速度，得到導(dǎo)航坐標(biāo)系中的慣性線加速度和姿態(tài)角，進而計算得到飛機的位置、航向和地速。方式控制面板 方式控制開關(guān)量 （飛行指引、自動油門、自動駕駛儀的通斷狀態(tài)，縱向、橫測向、油門的控制方式開關(guān)） 控制量預(yù)設(shè)（預(yù)設(shè)速度、航向角、高度） 儀表系統(tǒng) 主飛行顯示屏 分為水平姿態(tài)儀和羅盤。水平姿態(tài)儀上顯示垂直高度、空速，垂直速度等信息。羅盤上顯示航向選擇游標(biāo)，飛機航向（當(dāng)前與指令）等信息。儀表系統(tǒng) 導(dǎo)航顯示屏 顯示航向，航線，航路點等信息，。儀表系統(tǒng) 輔助顯示屏 顯示引擎的基本信息。如推力、發(fā)動

8、機溫度、功率、滑油溫度、滑油油量等信息。視景系統(tǒng)視景系統(tǒng)視景系統(tǒng)架構(gòu)圖視景效果示意圖綜合自然環(huán)境模型綜合自然環(huán)境模塊劃分圖音響系統(tǒng)音響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖飛行訓(xùn)練講評系統(tǒng) 根據(jù)飛行過程中記錄的飛行參數(shù)按飛行標(biāo)準(zhǔn)自動判定飛行員飛行水平，以達到客觀、全面、有效、快速地評估飛行員飛行品質(zhì)的目的，進一步提高航空安全性。 飛行訓(xùn)練講評系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖 飛行訓(xùn)練講評系統(tǒng) 訓(xùn)練講評系統(tǒng)的功能模塊包括： 評價規(guī)則數(shù)據(jù)庫一個飛行場次包括若干個飛行階段，一個飛行階段包含若干個飛行科目，每個科目又包含若干個評分項目。將符合CCAR-61（民用航空器駕駛員、飛行教員和地面教員合格審定規(guī)則）和CCAR-91部（一般運行和飛行規(guī)則）的評價規(guī)則提取出來，存儲在數(shù)據(jù)庫中，系統(tǒng)通過調(diào)用評價規(guī)則來分析飛行參數(shù)，評估訓(xùn)練質(zhì)量。飛行訓(xùn)練講評系統(tǒng) 自動評分模塊自動評分功能是本系統(tǒng)的核心功能，主要任務(wù)是從數(shù)據(jù)庫讀入規(guī)則，對飛行員的飛行數(shù)據(jù)進行分析與比較，給出飛行員在某一個項目上與理論值之間的差異，記錄飛行員的實際飛行訓(xùn)練成績并存入數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)基于C/S架構(gòu)，評分模塊將在服務(wù)器上完成。當(dāng)飛行訓(xùn)練完成，模擬機數(shù)據(jù)下載完畢后，服務(wù)器將自動完成對數(shù)據(jù)的分析、評估，并且將評分的結(jié)果跟學(xué)員對應(yīng)起來。同一臺服務(wù)器連著一定數(shù)量的客戶端，因此，服務(wù)器可