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(jì)算機(jī)軟件及外部硬件設(shè)備來對(duì)真實(shí)世界飛行中所遇到的各種元素，例如空氣動(dòng)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(jì)算機(jī)中進(jìn)行仿真模擬，并通過外部硬件設(shè)備進(jìn)行飛行仿真操控和飛行感官回饋的一項(xiàng)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(jī)時(shí)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(jī)設(shè)計(jì)和機(jī)載設(shè)備試驗(yàn)應(yīng)用飛行仿真技術(shù)來評(píng)價(jià)整機(jī)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(jī)武器系統(tǒng)、推進(jìn)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(yàn)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(jī)數(shù)學(xué)模型飛機(jī)數(shù)學(xué)模型 動(dòng)力學(xué)模型 發(fā)動(dòng)機(jī)模型 自動(dòng)飛行系統(tǒng) 導(dǎo)航系統(tǒng) 舵機(jī)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(diǎn)切換控制 三維模型驅(qū)動(dòng)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(jī) 的 位置 和 姿 態(tài)信息雨、雪、海浪等環(huán)境信息教員控制臺(tái)教員控制臺(tái)各分系統(tǒng)控制信息各分系統(tǒng)反饋信息四、 半實(shí)物仿真平臺(tái)的工作原理通用飛機(jī)低成本飛行維護(hù)模擬訓(xùn)練器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖教員臺(tái)系統(tǒng) 教員臺(tái)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(shí)間加速狀態(tài)抽樣頁飛機(jī)狀態(tài)頁進(jìn)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(yùn)動(dòng)方程模塊、氣動(dòng)參數(shù)模塊、氣動(dòng)力和力矩模塊。飛機(jī)動(dòng)力學(xué)模型和氣動(dòng)模型飛行動(dòng)力學(xué)模型與其它模型交互關(guān)系圖飛機(jī)動(dòng)力學(xué)模型和氣動(dòng)模型 運(yùn)動(dòng)方程模塊 主要完成飛機(jī)六自由度剛體運(yùn)動(dòng)方程的解算，六自由度運(yùn)動(dòng)模塊由多個(gè)子模塊組成。飛機(jī)動(dòng)力學(xué)模型在該模塊中，首先綜合飛機(jī)所受的各種力和力矩，包括重力、氣動(dòng)力、發(fā)動(dòng)機(jī)推力和起落架力及其各種力矩，計(jì)算沿機(jī)體軸的線加速度和角加速度，然后產(chǎn)生飛機(jī)的合成速度。把風(fēng)和紊流擾動(dòng)速度加到機(jī)體軸線速度上，并用來計(jì)算飛行軌跡參

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

6、參數(shù)模塊計(jì)算得到的氣動(dòng)系數(shù)，以及計(jì)算得到的動(dòng)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(dòng)力和力矩，最后計(jì)算出機(jī)體軸上的氣動(dòng)力和力矩，輸出到“運(yùn)動(dòng)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(jī)當(dāng)前位置(經(jīng)度、緯度、高度)和飛機(jī)的姿態(tài)角及角速度，及磁航向角等信號(hào)，作為自動(dòng)飛行系統(tǒng)、儀表等系統(tǒng)的輸入信號(hào)；控制系統(tǒng)解算俯仰，橫滾，偏航三個(gè)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(jī)位置及航行參數(shù)、著陸導(dǎo)引。根據(jù)飛機(jī)位置、導(dǎo)航臺(tái)位置計(jì)算導(dǎo)航參數(shù)（航向、方位角、航跡、航路點(diǎn)、地速、空速

7、、指點(diǎn)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(jī)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(jìn)而計(jì)算得到飛機(jī)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(dòng)油門、自動(dòng)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(jī)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(diǎn)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(dòng)

8、機(jī)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(píng)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(dòng)判定飛行員飛行水平，以達(dá)到客觀、全面、有效、快速地評(píng)估飛行員飛行品質(zhì)的目的，進(jìn)一步提高航空安全性。 飛行訓(xùn)練講評(píng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖 飛行訓(xùn)練講評(píng)系統(tǒng) 訓(xùn)練講評(píng)系統(tǒng)的功能模塊包括： 評(píng)價(jià)規(guī)則數(shù)據(jù)庫一個(gè)飛行場次包括若干個(gè)飛行階段，一個(gè)飛行階段包含若干個(gè)飛行科目，每個(gè)科目又包含若干個(gè)評(píng)分項(xiàng)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(yùn)行和飛行規(guī)則）的評(píng)價(jià)規(guī)則提取出來，存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，系統(tǒng)通過調(diào)用評(píng)價(jià)規(guī)則來分析飛行參數(shù)，評(píng)估訓(xùn)練質(zhì)量。飛行訓(xùn)練講評(píng)系統(tǒng) 自動(dòng)評(píng)分模塊自動(dòng)評(píng)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(duì)飛行員的飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與比較，給出飛行員在某一個(gè)項(xiàng)目上與理論值之間的差異，記錄飛行員的實(shí)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(píng)分模塊將在服務(wù)器上完成。當(dāng)飛行訓(xùn)練完成，模擬機(jī)數(shù)據(jù)下載完畢后，服務(wù)器將自動(dòng)完成對(duì)數(shù)據(jù)的分析、評(píng)估，并且將評(píng)分的結(jié)果跟學(xué)員對(duì)應(yīng)起來。同一臺(tái)服務(wù)器連著一定數(shù)量的客戶端，因此，服務(wù)器可