基于虚拟样机的飞机总体设计环境的体系研究

提出了综合集成飞机总体设计过程中所使用的不同学科专业的各种设计分析工具、创建基于分布式技术的网络化飞机总体设计工作环境、利用虚拟样机进行飞机总体设计的概念。定义了应用于飞机总体设计过程中的虚拟样机的概念,并分析了它与数字样机、CIMS等概念之间的区别和联系。以此为基础确立了飞机总体虚拟样机设计环境的分布式系统体系,设计了系统的逻辑结构和框架,规划了设计环境中的工作流与数据流,完成了各种相关技术在系统开发中所处层次地位的分解,提出了利用智能体/代理进行飞机设计工具集成的途径,分析了基于虚拟样机的飞机总体设计模式。最终构建了设计环境的原型系统,实现其正常运转。     

基于数字虚拟飞行的民用飞机纵向地面操稳特性评估

针对民用飞机设计方案纵向地面操稳特性的评估需求,面向适航标准的要求,提出了一种基于数字虚拟飞行的评估方法。基于适航条例要求提出了纵向地面操稳特性的量化判定准则,建立了飞机的地面运动模型和驾驶员操纵模型,以实现起降等特定地面运行任务的数字虚拟飞行,最终依据数字虚拟飞行结果和判定准则对飞机设计方案的地面操稳特性做出评估。应用此方法研究了某大型运输类飞机的纵向地面操稳特性。数字虚拟飞行结果表明:前翻倾向的严重情况发生在起降过程的高速滑行段,主轮刹车引起的机身前翻倾向是显著的,起落架纵向定位参数设计以及飞行进近参数选择均会对飞机的纵向地面操稳特性产生影响。     

飞行模拟器运动系统虚拟样机的联合建模研究

针对传统的数学建模方法在对飞行模拟器运动系统——液压驱动Stewart平台进行动力学建模的过程中存在建模过程相对复杂、 仿真无法提供可视化信息等缺点,提出采用ADAMS和Matlab/Simulink联合建模的方法,建立了液压驱动Stewart平台的虚拟样机.通过研究与仿真分析,并与真实的Stewart平台进行实验对比,结果表明,虚拟样机在动力学性能方面与真实的液压驱动Stewart平台相比具有很高的相似性,可代替一般的数学模型,为液压驱动Stewart平台的研究和研制提供理论上的指导和验证,同时也证明了联合建模方法的正确性和有效性.     

基于动力学边界的结冰飞机安全预警方法

结冰严重破坏飞机的动力学特性，使飞机的非线性和动力学耦合特性表现明显，导致传统的安全预警方法无法准确有效地评估飞行存在的潜在风险，易引发飞行事故。为解决此问题，提出了一种基于动力学边界的新型安全预警方法，该方法可综合考虑飞机的动力学耦合特性，可为结冰飞机的实时安全预警系统的构建提供有力的理论支撑。首先，基于微分流形理论确定结冰飞机精确的动力学边界，并详细分析了飞机结冰对动力学边界的影响；其次，利用动力学边界相对距离对飞行风险进行量化，结合动力学边界的特性确定了安全预警的方法；最后，搭建了飞行仿真训练系统，并以着陆为训练科目，通过与传统迎角安全预警方法对比，得到基于动力学边界安全预警方法的优越性。研究结果表明，相比于传统迎角限制方法，动力学边界安全预警方法可提前发现飞行中存在的潜在风险，且基于此方法的飞行训练系统可对驾驶员进行结冰安全操纵训练可提高结冰飞机的飞行安全。     

基于虚拟样机的起落架收放系统仿真

通过建立某飞机起落架机构动力学模型和液压及控制系统模型,构建了完整的起落架收放系统的虚拟样机。基于虚拟样机,进行了起落架收放系统仿真分析,并与试验结果进行了对比。结果表明:仿真结果与试验结果基本一致,仿真模型可以用于起落架系统收放时间的模拟。     

飞机维护虚拟样机技术研究与实现

分析了飞机设计中虚拟样机与数字样机技术的区别和联系,提出了基于虚拟样机工程生命周期管理P3R模型的虚拟样机仿真支撑平台体系结构,从虚拟样机维护视图的角度,阐述了飞机维护虚拟样机的概念,描述了以Windchill为基础设施构建的虚拟样机协同工作支撑平台和维护虚拟样机仿真定义与评估工具的功能和计算机实现,重点讨论了飞机虚拟样机维护过程的定义方法。     

风洞虚拟飞行试验中的飞行控制系统快速原型设计与部署技术

利用风洞虚拟飞行技术可在风洞中开展飞行器的飞行控制验证与评估研究。飞行控制子系统是虚拟飞行试验技术的核心,采用控制系统快速原型技术,可实现嵌入式实时飞行控制代码自动生成和快速部署,从而大幅降低飞行控制系统集成难度,有效提高风洞虚拟飞行试验效率。本文概述了Φ3.2m风洞虚拟飞行试验系统组成和现状,详细介绍了基于该系统的飞行控制系统快速原型开发平台和部署方法,通过某飞机缩比模型全数字仿真、半实物仿真和风洞虚拟飞行试验,验证了该技术具有良好的通用性和开放性等特点,可以满足不同型号飞行器风洞虚拟飞行试验飞行控制系统集成需求。     

基于ADAMS飞行动力学仿真

在虚拟样机分析软件ADAMS平台上建立折叠翼飞机的动力学模型,根据当前飞行状态,利用GFOSUB编写空气动力计算子程序,同时在MATLAB/Simulink中设计控制模块,定义控制模块与动力学模型之间的接口参数,在MATLAB环境下进行交互式联合仿真,成功实现了折叠翼飞行器动力学仿真。     

风洞虚拟飞行模型机与原型机动力学特性分析

在低速风洞虚拟飞行试验系统中,采用三自由度（3-DOF）球铰支撑动力学相似缩比飞机模型,在气动力矩作用下试验模型可绕质心自由转动。这种带约束的运动与具有六自由度（6-DOF）的真实大气飞行存在差别,鉴于此,对各影响因素逐个剖离并进行了数值模拟和对比分析。结果表明：位移约束使两者间的动力学特性产生较明显的差异,缩比的影响符合相似准则规律,机构摩擦、模型重心与支撑点不重合影响较小,常值干扰力矩对模型的初始响应有一定影响。对比分析结果可以用于指导风洞虚拟飞行试验的开展,并有助于完善风洞虚拟飞行试验技术及其拓展应用。     

虚拟样机技术在载人航天发射场中的应用

虚拟样机技术是航天发射场信息化建设、综合维修保障能力提升的重要途径和方法。介绍了载人航天发射场脐带塔等关键设备三维可视化建模、基于有限元法的回转平台结构静动特性分析、电缆摆杆等发射场复杂电气控制设备虚拟仿真与训练系统、脐带塔封闭区温度场建模与评估等虚拟样机技术在发射场4个方面的典型应用情况,系统总结了虚拟样机技术在发射场应用的特点、作用和规律。同时,对虚拟样机技术在未来发射场中的应用作了展望分析。     

飞行控制系统虚拟原型技术

 在综述虚拟原型技术的基础上,研究飞行控制系统虚拟原型机以及采用虚拟原型技术后飞控系统的设计方法。提出了飞控系统设计,特别是飞控计算机设计中,基于虚拟原型技术的 3个层次应用,分析了构筑虚拟原型机需要重点解决的一些问题。     

基于虚拟维修的民机可达性设计缺陷分析方法

民机研制过程中，可达性设计要求贯彻不到位，可能会导致飞机存在某些方面的设计缺陷，并在投入运营后不断暴露，影响维修经济性。随着虚拟现实技术和人工智能技术的不断发展，利用虚拟维修技术，通过构建逼真的虚拟环境来对虚拟样机进行维修性分析，能够在研制阶段开展维修性设计评价。由此从民机可达性设计的角度出发，综合考虑维修区域可达性、维修人员可达性、维修工具可达性、维修部件可达性、部件细部可达性五个方面，给出可达性分析结果判据，建立了可达性设计缺陷分析方法，实现研制过程中的可达性设计评价，及时找到设计缺陷并改进，提高飞机维修性。最后以某型飞机电源设备为对象，利用此方法开展了维修可达性分析，给出了应用实例，验证了此方法的可行性。     

An experimental analysis of situation awareness for cockpit display interface evaluation based on flight simulation

Aircraft cockpit display interface (CDI) is one of the most important human-machine interfaces for information perceiving. During the process of aircraft design, situation awareness (SA) is frequently considered to improve the design, as the CDI must provide enough SA for the pilot to maintain the flight safety. In order to study the SA in the pilot-aircraft system, a cockpit flight simulation environment is built up, which includes a virtual instrument panel, a flight visual display and the corresponding control system. Based on the simulation environment, a human-in-the-loop experiment is designed to measure the SA by the situation awareness global assessment technique (SAGAT). Through the experiment, the SA degrees and heart rate (HR) data of the subjects are obtained, and the SA levels under different CDI designs are analyzed. The results show that analyzing the SA can serve as an objective way to evaluate the design of CDI, which could be proved from the consistent HR data. With this method, evaluations of the CDI design are performed in the experimental flight simulation environment, and optimizations could be guided through the analysis.     

Water takeoff performance calculation method for amphibious aircraft based on digital virtual flight

Owing to the strong coupling among the hydrodynamic forces, aerodynamic forces and motion of amphibious aircraft during the water takeoff process, the water takeoff performance is difficult to calculate accurately and quickly. Based on an analysis of the dynamics and kinematics characteristics of amphibious aircraft and the hydrodynamic theory of high-speed planing hulls, a suitable mathematical model is established for calculating the hydrodynamics of aircraft during water takeoff. A pilot model is designed to illustrate how pilots are affected by the lack of visual reference and the necessity to simultaneously control the pitch angle, flight velocity and other parameters during water takeoff. Combined with the aerodynamic model, engine thrust model and aircraft motion model, a digital virtual flight simulation model is developed for amphibious aircraft during water takeoff, and a calculation method for the water takeoff performance of amphibious aircraft is proposed based on digital virtual flight. Typical performance indicators, such as the liftoff time and liftoff distance, can be obtained via digital virtual flight calculations. A comparison of the measured flight test data and the calculation results shows that the calculation error is less than 10%, which verifies the correctness and accuracy of the proposed method. This method can be used for the preliminary evaluation of airworthiness compliance of amphibious aircraft design schemes, and the relevant calculation results can also provide a theoretical reference for the formulation of flight test plans for airworthiness certification.     

民用飞机虚拟维修可达性技术研究

结合民用飞机维修性设计的要求和特点,将虚拟现实技术引入到飞机维修性设计、分析与验证工作中,阐述了虚拟维修仿真的流程。通过可视性分析、实体可达分析、操作空间分析,给出了虚拟维修的可达性验证方法,实现设计中的维修性设计评价,从中找出影响维修性设计的因素进而及时改进,以提高整机维修性。     

基于集总虚拟湿源的民机客舱湿度预测

 热湿环境是影响国内及国际航线民机客舱舒适性的主要因素,准确获得客舱热湿动态变化特性,对于飞机客舱舒适性研究具有重要意义。从现役国内及国际航线民机热湿环境现状测试分析入手,引入集总虚拟湿源(LVMS)项,建立客舱湿度预测模型,并利用跟机测试数据辨识得到相关机型的模型参数,使用该模型来提高涵盖飞行包线的湿度预测精度。该集总虚拟湿源项能使用简单的集总方程整体地反映所有内饰材料湿气吸收和脱附过程。研究结果表明:提出的湿度预测方法与实测数据吻合较好,能够反应不同机型不同飞行剖面下的客舱湿度变化特性,可为未来我国民机客舱热湿控制系统的设计与控制策略的制定提供依据。     

基于交互仿真技术的民用飞机舒适性研究

提高民机舒适性需要各个系统的综合设计,但飞机制造成功后如果舒适性不满足要求再考虑改进舒适性,工作进行难度比较大,且未必能取得理想的效果,因此设计之初就要考虑民机客舱的舒适性。为解决此问题,设计之中选择特定的仿真软件对客舱的舒适性进行设计、评估及优化,这样舒适性设计可取得良好的设计方案,并可节约项目成本。基于此研究思路,介绍了利用VIRTOOLS软件对舱内舒适性进行设计研究的方法和思路。     

缝翼操纵齿轮齿条虚拟弯曲疲劳耐久性分析

飞机缝翼齿轮齿条机构研制时,其齿根弯曲疲劳耐久性要求是结构强度规范的主要内容,实测疲劳分析考虑到运动协调和后期试验验证,设计难度大,研制周期长。在空气动力载荷分析的基础上,采用ANSYS和nCode建立缝翼齿轮齿条机构的虚拟弯曲疲劳耐久性分析模型,分析得出不同表面粗糙度因子下的缝翼齿轮齿条机构虚拟弯曲疲劳寿命数据。结果表明:应用虚拟疲劳耐久性分析方法,可以预估出缝翼齿轮齿条机构的虚拟弯曲疲劳耐寿命,确定合适的表面粗糙度参数;可在试验验证前对不符合结构强度规范的设计进行修正,从而得到最佳设计结果的同时,缩短研制周期。     

Research on Maintainability Evaluation Model Based on Fuzzy Theory

分析了产品维修性影响属性,给出了维修性属性值与权重的确定方法;提出了基于相对接近度的维修性模糊评价方法。以虚拟环境下产品维修过程为研究对象,在分析产品各可更换单元的维修作业的基础上,建立了产品维修性评价模型。最后结合民机主起落架系统给出了应用实例,结果表明该模型适用于产品维修性的定性评价并且能够支持维修性并行设计。