iAircraft飛機仿真模型軟件包..

1、iAircraft飛機仿真模型iAircraft是一個飛機仿真模型包，該模型被設(shè)計針對用于飛機測試實驗室的如“鐵鳥”仿真機以及基于仿真的飛控、航電集成測試實驗室。iAircraft可以通過調(diào)整參數(shù)來代表一大類的固定翼飛機，如直升機、無人機。iAircraft由一系列Simulink模型組成，可以在Simulink仿真軟件中運行，也可以在ADI的實時仿真計算機系統(tǒng)(rtX,rtX-V,RTS)中運行Aircraft是按照這樣的架構(gòu)開發(fā)的，即允許在純仿真模式下進行飛機仿真，同時可以容易的連接真實的飛機LRU來進行飛機硬件在回路測試，集成以及飛控驗證活動。下圖展示了iAircraftSimulink

2、模型的頂層仿真框圖。1.iAircraft6自由度運動方程模型飛機6自由度運動方程模型參考旋轉(zhuǎn)的球形大地，是基于RobertM.Howe在其名為“AirframeEquationsofMotionandTransferOperators'的論文中所作的工作。飛機6自由度運動方程模型具有以下特點: 飛機被當作一個剛體進行建模； 采用運動與動力學方程表示飛機運動； 包含飛機質(zhì)量特性，具備飛機的質(zhì)量、慣性力矩等參數(shù)。R-euler_321_angles>initFlagaoa=beta>aoa_dot>beta_dot>WV_NEDlat>long>hei

3、ght_msl>Velaerob>F_aero_bodyVtotalb>VelaeroNED>Vel_NED>momentbnrtation_rates_b>latatE>long_rate>Accel_b>ThrustEnglAccel_NED>Ftotal_NED>Ftotal_b>ThrustEng2FgravityNED>Fgrawity_b>lUltotalb>Sixdof飛機6自由度運動方程模型2.iAircraft氣動力學模型iAircraft氣動力學模型包含風速、動力裝置的力和力矩、氣動力

4、和力矩、地球軸向力、平移方程、旋轉(zhuǎn)方程和四元數(shù)方程。這個氣動力學模型的逼真度及細節(jié)的豐富程度足夠支持進行飛機飛控系統(tǒng)的設(shè)計以及需要高逼真度的工程飛行仿真機，例如鐵鳥仿真機和基于仿真的集成測試實驗室。飛機氣動力學具有以下特點： 根據(jù)飛行條件以及控制面的偏轉(zhuǎn)， 空氣動力學模型計算氣動力和力矩； 模型采用查找表方式獲取飛機的氣動系數(shù)。FaerobMomentbflapsaoarate(Miamic_pressair_densitytotal_welocityrotationratesangleofattackmachnumbersideslipelevatordeflectionrudderdefl

5、ectionaileronradiansAerodynamicForces-SmallJetiAircraft氣動力學模型3. iAircraft作動器模型iAircraft作動器模型包含以下兩種模型：二階伺服作動器模型，用于驅(qū)動升降舵、方位舵以及副翼。這是一個比例微分反饋二階系統(tǒng)，代表了液壓型作動器的特性，因此也屬于液壓系統(tǒng)模型。高升力后沿槽與前緣縫翼襟翼系統(tǒng)驅(qū)動器。iAircraft作動器模型4. iAircraft起落架模型iAircraft起落架模型是基于對波音公司和NASAAmes研究中心工作的結(jié)合。起落架模型包括前起落架和左、右主起落架。左右主起落架通過采用一個“等價起落架”方式進

6、行計算，能夠代表大多數(shù)的主起落架配置。iAircraft起落架配置J,ij,el_NED2GearDenchi-GearDeJnch110987654321012269270271272273274275276277278279280281282283284285iAircraft起落架模型降落行為曲線iAircraft起落架模型具有以下功能：起落架模型接收來自飛行動力學模型提供的位置和方向，并由此決定起落架的力和力矩；起落架模型也提供轉(zhuǎn)向和剎車控制輸入。altitudeFRxtheta_bFFphi_bFRzMRxrudderMFsideslipMRzvjgroundFN_1left_bra

7、keFN_2FN3riglit_brakefJiaircraft_weiglitFS_2altitude_dotFS_3theta_dotFmu_1Fmu2phi_dotr-Fmu_3vedelta_ST1VIIdelta_ST2rwhdgdelta_ST3LandingGeariAircraft起落架模型5. iAircraft大氣模型根據(jù)1976年美國標準大氣，設(shè)計了大氣模型。根據(jù)設(shè)定的海拔高度，模型可以計算出預(yù)期的環(huán)境壓力、溫度、空氣密度以及聲速。rnhjgeopotential>atmjtemp>>altitudeatm_pressure>atm_density

8、>speed_sound>caStandardAtmosphereiAircraft大氣模型6.iAircraft自動駕駛模型iAircraft自動駕駛模型包括了一系列的強大功能°iAircraft包括了一個全功能的自動駕駛組件，為自動起飛和降落提供全套支持。 仰角保持 航線角度保持 速度保持 阻尼控制 傾斜角保持 指向保持 截獲&跟蹤iAircraft自動駕駛模型>hdg_ref>hdg>Vpphic5HeadingHoldControl7.iAircraft渦扇發(fā)動機模型iAircraft渦扇發(fā)動機模型提供一個合理精度的模型可用于許多飛行仿真

9、任務(wù)，并可以讓iAircraft模型在沒有獲得詳細的發(fā)動機階段數(shù)據(jù)情況下運行。throttleThrustT_AMEPRGauqeP_AMhEGT_GaugeMengine_onN1_GaugeTurbofanEPRiAircraft渦扇發(fā)動機模型給模型根據(jù)飛行員駕駛桿油門輸入、飛機馬赫數(shù)、飛機高度和周圍氣壓來計算發(fā)動機壓力比和推力。反推力也被包含進了模型中。模型提供有限的瞬態(tài)細節(jié)和逼真度。這個逼真度模型的開發(fā)是基于波音和NASA之前的飛行仿真工作。渦扇發(fā)動機模型具有以下功能： 該模型根據(jù)油門桿輸入以及飛行條件，決定發(fā)動機壓力比以及凈推力； 渦扇發(fā)動機模型采用查找表方式，決定發(fā)動機提供的凈推力

10、； 該模型可以支持反向推力命令（負油門桿角度輸入），并提供在發(fā)動機關(guān)閉時風車阻力的估計值； 推力控制是通過油門桿角度輸入進行控制的； 油門桿角度輸入范圍為-11040度； 發(fā)動機的推力能力是可以通過修改“推力等級”參數(shù)進行調(diào)整。8.iAircraft環(huán)控系統(tǒng)模型iAircraft環(huán)控系統(tǒng)模型是是固定翼飛機的關(guān)鍵子系統(tǒng)。環(huán)控系統(tǒng)模型通過控制空氣壓力和溫度實現(xiàn)飛機在飛行或地面過程的溫控、通風、除濕等功能。環(huán)控系統(tǒng)模型還為機務(wù)人員和乘客提供了可呼吸的空氣。iAircraft環(huán)控系統(tǒng)模型有以下部分組成：歧管模型客艙區(qū)域模型防冰模型航電設(shè)備臺架模型閥流量模型節(jié)流孔模型熱交換器模型空氣循環(huán)機渦扇模型空氣循

11、環(huán)機壓縮機模型空氣循環(huán)機轉(zhuǎn)軸動態(tài)模型空氣循環(huán)機單獨的熱交換器模型空氣循環(huán)機風扇模型8.1歧管模型歧管模型具有3個質(zhì)量流量入口與3個質(zhì)量流量出口，因此可以連接到3個獨立的流量輸入與3個獨立的流量輸出上。歧管內(nèi)的溫度被假設(shè)是均勻的混合物。進出歧管的流速由外部控制。歧管的溫度微分方程是基于能量守恒定律，是輸入與輸出流動焓率的函數(shù)。比熱是溫度的函數(shù)，通過查找表方式進行計算。歧管壓力是根據(jù)歧管內(nèi)的質(zhì)量，采用理想氣體定律進行計算。而歧管內(nèi)的質(zhì)量是基于質(zhì)量守恒定律進行計算的。PluitUnitHoldPOirtletWlnletlTlnletlWlnlet2Tlnlet2Wlnlet?TOirtletTln

12、letSWOirtlet!W0irtlet2WOirtletSO<lotniVoliuneW<lotVolume歧管模型8.2客艙區(qū)域模型Pluit客艙區(qū)域模型代表了一段飛機客艙的壓力和溫度條件。客艙區(qū)域溫度是根據(jù)乘客產(chǎn)生的熱量、溫度與調(diào)節(jié)空氣的流速以及通過機身傳遞到外部空氣的熱量，進行計算的。此外還有一個熱速率輸入端口，用于接收來自其它地方的熱，例如航電設(shè)備艙。zonePressuieUnitHoldzoiieTeinpeidtmeWConditionedliiletzoneMassWOirtletTlnletOdotPaxTexternalO<lotQdotFuselag

13、eCabinZone客艙區(qū)域模型8.3防冰模型根據(jù)從短笛管流向機翼防冰外殼的引氣速率以及來自機翼周圍的熱傳遞，防冰模型計算機翼外殼的溫度。PlnitPressureTlnitHoldTemperatureWBIeedlnTbleedmassWOiitletTextemalOdotAiiti-lce防冰模型8.4航電設(shè)備臺架模型航電設(shè)備臺架模型用于計算在航電設(shè)備臺架里的空氣溫度。這個計算是根據(jù)有航電設(shè)備產(chǎn)生的熱量、進入臺架的空氣流速以及臺架與外部環(huán)境的熱交換來實施的。PlnitUnitbayPressureHoldWConditionedlnbayTeinperatureTinierWex1ba

14、yMassWex2TextemalOdotBayOdotAvionicsAvionicsBay航電設(shè)備臺架8.5閥流量模型閥流量模型用于計算流過打開的蝶形閥的質(zhì)量流速。有效面積是通過一個閥直徑與閥位置的函數(shù)進行計算的。排放系數(shù)代表了流量損失補償（流量不是熵流）。閥流量方程式取決于上游與下游壓力比。如果壓力比小于臨界壓力比，那么通過閥門開度的質(zhì)量流量阻塞，并且不依賴于下游的壓力。PiessuieDownstiearnPiessuieUpstreammassFlowRateTeinpeidtuieUpstreainOrificeFlow閥流量模型8.6節(jié)流孔模型節(jié)流孔模型用于計算通過一個節(jié)流孔的質(zhì)

15、量流速> PressureDownstream> PressureUpstieaimnassFlowRate>> TenipeiatmeUpstieainOrificeFlow節(jié)流孔模型8.7熱交換器模型熱交換器模型代表了一個具有混合流的橫向流配置。該模型采用查找表方式，確定以主要流體及冷卻劑的流速為函數(shù)的熱傳遞效率。熱傳遞效率是以主要流體流速與冷卻劑流速為函數(shù)，進行計算。WHotluletPHotOirtletTHotlnletTHotOiitletPHotlnitPColdOiitletWCokllnletTColdOirtletTColdliiletmuPCokl

16、lnitepsilonWconditioiiedOiitletO<lotWCoklOiitletCcoolantInitCpriiiKiiyFluidHeatExchangerTableLookup熱交換器模型8.8空氣循環(huán)機渦扇模型該模型計算渦扇出口溫度、流速、效率以及功率。渦扇的特性參數(shù)，例如流量矯正與效率，是由用戶提供的查找表函數(shù)。渦扇模型根據(jù)入口與出口流量，計算在渦扇入口出的壓力與溫度。POirtletPRatioNipnililnletTExitPliiletIChExitTlnletlCEfficiencyinitFlaWkypsWkgpsUpstreaniPowerTUps

17、tieamPlnletWkgpslnitTlnletTurbine渦扇模型8.9空氣循環(huán)機壓縮機模型該模型計算壓縮機的出口溫度、流速、效率以及功率。壓縮機的特性參數(shù)，例如流量矯正與效率，是由用戶提供的查找表函數(shù)。>POiitlethlnlet>NrpnihExitCompressoiPratio>PlnletlCCompressoiEfficiency>TlnletlCWkgps>WkgpsUpstieamPlnlet>TUpstiearnTlnlet>initFlagCompressoiTExit>WkgpslnitCompiessorPowe

18、rCompressor壓縮機模型8.10 空氣循環(huán)機轉(zhuǎn)軸動態(tài)模型轉(zhuǎn)軸被視為慣量，進行建模。在渦扇與任何負載之間的功率差，被用于計算角加速度角加速度被集成，用于獲取轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速。PowerlnpiitPowerLoadangFtateHoklangRjteaiigRatelnitSluft轉(zhuǎn)軸動態(tài)模型8.11 空氣循環(huán)機單獨的熱交換器模型空氣循環(huán)機單獨的熱交換模型包含熱交換器、壓縮機、風扇、轉(zhuǎn)軸以及渦扇模型。CompressorPressureInietlnitCompressorPratioCompressorTemperaturalnletlnitCompressorEfficiencyCompressorWkgpsshaftSpeedInitRadpsCompressorPressureInietCompressorTemperatureInletTurbinePressureInietInitCompressorTempExitCompressorPowerTurbineTemperatureInletInitTurbinePratioSecondaryHxHotPressureInitTurbineEfficiencyTurbineWkgpsSecondaryHxColdPressureInitTurbin