直升机工程模拟器研究与应用

飞行仿真技术被广泛用于飞行器的方案论证、设计分析、试验评估、维护和训练。飞行模拟器是典型的人在回路实时仿真系统,工程模拟器是用于工程研究的飞行模拟器。本文叙述了直升机飞行仿真技术的发展概况,介绍了直升机工程模拟器研制、应用情况及关键技术。     

直升机工程模拟器简介

直升机工程模拟器是现代直升机研究中不可缺少的设计和验证工具,主要用于直升机全机总体方案论证、气动布局优化、飞行品质评估,先进飞行控制律设计、验证和优化,以及危险飞行科目的模拟飞行、故障分析研究等。直升机工程模拟器是直升机研制保障条件建设项目．中国直升机设计研究所于2001年6月开始实施建设方案,2004年实现了人在回路的全状态运转。该模拟器主要包括计算机系统、飞行动力学系统、视景系统、操纵负荷系统、六自由度运动系统、座舱与航电系统、座椅抖振系统、音响系统和控制中心等。主控计算机系统能控制、驱动和组织管理其它分系统,使它们成为模拟器的有机部分,发挥出预定的功能与性能。操纵负荷系统通过建立直升机飞行操纵系统模型,采用电动驱动控制技术,实现了飞行操纵特性的高逼真度模拟。视景系统由专用图形计算机、曲面校正系统、多通道边缘融合系统、运动兼容球幕显示等组成,视场角为水平180°,垂直90°,同时还包含白天、黄昏、夜晚等模式,雨、雪、云、雾等气象环境以及爆炸、烟雾、弹道等一些特殊效果。     

现代直升机飞行模拟技术

随着现代直升机设计技术的发展,飞行训练和工程研究两方面都面临着许多新的问题要通过飞行训练模拟器和工程模拟器来解决.本文以武装直升机的空战训练问题和近地单发故障飞行问题说明现代直升机模拟技术的重要性和迫切性.     

变稳直升机模拟参数设计

变稳模拟参数的确定是变稳直升机建设的首要任务。基于ADS-33E典型旋翼飞机飞行品质标准,分析了包括响应类型等在内的旋翼飞机典型飞行品质及表征参数;从飞行品质研究和试飞员培训的需求出发,提出变稳直升机基本的模拟能力,设计典型的控制策略;最后在典型模拟器环境中对变稳直升机的轴间耦合、模态特性以及响应类型等进行了仿真验证,表明本文提出的变稳机直升机模拟参数设计方法是可行的。     

军用直升机飞行品质规范发展与展望

本文主要介绍了美国直升机飞行品质规范ADS-33及军用直升机飞行品质规范GJB902的发展历程和使用情况,分析了ADS-33的技术特点,并结合国内外直升机试飞研究和应用方面的经验指出了ADS-33E部分条款存在的问题,提出了国内军用直升机飞行品质规范的修订建议和发展方向。本文的研究结果可为我国军用直升机飞行品质规范的修订与发展提供参考。     

直升机飞行模拟器视景系统地形数据库的设计与实现

由于直升机飞行高度低、飞行速度较慢,直升机飞行模拟器的视景系统具有特殊性。本文以某直升机飞行模拟器为背景,详细介绍了直升机视景数据库的结构形式,描述了视景数据库的设计和实现方法,分析了其中的关键技术并提出了解决措施。     

工程模拟器在飞机设计中的作用

工程模拟器在飞机飞行品质的设计中起着越来越关键的作用，已成为检验飞行品质设计和高增益系统控制律设计的重要手段。这里对工程模拟器在飞机设计各阶段的作用进行了分析，并以某型飞机的工程模拟器试验样例来阐述工程模拟器试验的作用、意义以及应注意的有关问题。     

直升机尾桨失效分析及试飞技术研究

对直升机在悬停飞行以及平飞时的尾桨失效故障状态进行了受力分析,利用D级模拟器对直升机尾桨失效试飞技术进行了探索,最后给出了直升机不同飞行状态下发生尾桨故障后的应急处置预案,对于保证飞行安全和开展直升机尾桨失效试飞技术研究具有重要的价值。     

大型运输机工程模拟器设计与试验验证综述

为了更好地发挥工程模拟器在飞机研制过程中的作用,详细规划了工程模拟器的顶层功能设计要求,设计了模拟器的系统组成,阐述了其实现原理,详细描述了主要系统设计,给出了工程模拟器各阶段试验验证内容,分析了工程模拟器研制中的关键技术。该工程模拟器已应用于大型飞机人机功效评估、飞控系统控制律开发、飞行品质评估试验、首飞前试飞员改装培训以及多个高风险科目的模拟飞行训练中。结果表明:模拟器系统运行可靠,与飞机的空中感受完全一致。     

直升机飞行动力学逆问题研究综述

直升飞机动力学逆问题是已知运动的控制规律,对直升机机动飞行和现代飞行控制律设计有重要意义。根据直升机飞行动力学逆问题研究的现状,概述现代飞行动力学逆问题的研究内容及进展,重点分析直升机逆仿真技术的特点,讨论直升机最佳机动控制与非线性控制律设计的途径与方法,展示直升机逆问题研究的前景以及存在的问题,供直升机设计和飞行动力学研究人员参考。     

无人直升机自动航线飞行控制律设计与仿真

无人直升机具有悬停、小速度全向机动、大速度前飞等飞行能力,其飞行包线范围大,对飞行控制律设计的要求很高。无人直升机在进行自动航线飞行时,不仅涉及的飞行模态多,而且需要满足复杂的飞行航线需求。根据无人直升机复杂的航线飞行特点,对其航线飞行过程进行区域划分,针对不同划分区域,采用工程上常用的PID控制方法和衰减软化技术,设计了高度控制器、纵向位置控制器、横向位置控制器、协调转弯控制器和控制器问的切换算法,并进行典型航线飞行的数字仿真。仿真结果显示,无人直升机飞行航迹与设定航线的重合性较好,模态切换稳定平滑,从而验证了无人直升机自动航线飞行控制律设计的正确性,为后续工程应用奠定基础。     

直升机/发动机系统综合控制半物理仿真

基于直升机/发动机系统综合控制半物理仿真试验平台,针对直升机/发动机系统综合模型和综合控制算法进行数字与半物理仿真试验研究.提出了一种串级PID(proportional integration differential)+扭矩前馈+总距补偿的系统抗扰控制算法,并提出了基于机载简化发动机模型的多模式综合实时优化控制算法.试验结果表明:所建立的 直升机/发动机系统综合开闭环模型能够模拟发动机从起动到慢车再到直升机飞行的整个过程,自由涡轮转速超调量和下垂量均在4%以内,在不同飞行条件下,动静态品质均满足设计要求.本文还进行了综合系统多模式优化技术的半物理仿真,结果表明所设计综合控制律的良好工程应用前景.      

卫星通信设备抗直升机旋翼遮挡技术测试验证方法研究

抗旋翼遮挡技术是直升机载卫星通信设备的核心技术.根据直升机载卫星通信系统旋翼遮挡的特点,分析研究了直升机无遮挡通信时间比率与直升机航向和卫星波束入射角的关系,以此分析设计了试飞方案.发现了抗旋翼遮挡技术的重大设计缺陷,并通过试飞中的测试数据对抗旋翼遮挡算法进行了优化改进,有效实现了抗旋翼遮挡技术的有效性验证,达到直升机载卫星通信设备定型试飞的目的,为后续该类型设备的试飞奠定了扎实的理论与实践基础,具有较高的工程应用价值.     

应用轨迹优化策略的直升机任务科目基元仿真

任务科目基元的飞行试验是ADS-33E-PRF对直升机飞行品质的判定标准。针对直升机设计过程中飞行品质难以事先评定的特点,提出了一种基于轨迹优化策略的直升机任务科目基元数值仿真方法。该方法将飞行品质规范对直升机位置、姿态和速度的限制处理为状态量的边界约束,以完成任务科目基元的时间为目标函数,结合直升机自身的性能和安全性约束,建立了针对任务科目基元的直升机轨迹优化模型。求解该模型得到直升机完成相应任务科目基元所用的时间,便可定性判断直升机飞行品质是否满足ADS-33E-PRF对这一任务科目基元的要求,从而在设计之初对优化直升机总体设计参数提供参考。对某型直升机悬停转弯机动科目进行仿真计算,验证了该方法的正确性和有效性。     

某型直升机半物理仿真系统的设计

飞控计算机是现代直升机控制的不可缺少的设备,研制功能完善的高性能飞控计算机是直升机发展的重要一步。在飞控计算机应用到直升机上之前,需要对其进行较为全面的仿真测试。本文结合飞行控制律的设计,开发了用于对飞控计算机进行全面测试的半物理仿真系统。主要完成了模型的建立和仿真;研制了基于嵌入式操作系统VxWorks及仿真工具软件MATLAB的主仿真系统,并进行了调试。通过对其开环和闭环的调试以及仿真结果的分析表明,该系统对发送的飞机姿态信息能够进行实时显示和处理,满足飞行品质技术指标要求,半物理仿真结果可真实可靠地反映直升机的飞行过程。     

基于实时仿真的网络通讯系统研究

针对直升机工程模拟器的实时性要求,和各个分系统仿真环境不同的实际情况,系统采用了包括共享内存、反射内存网和以太网在内的混合通讯模式来构建实时网络。文中介绍了共享内存、反射内存网和以太网这三种不同的实时网络技术,分析了它们的不同功能,同时提供了基于vxworks实时开发环境下的具体实现方法。     

如何考虑工程模拟器的逼真度和有效性

工程模拟器的模拟逼其变和有效性是工程模拟界普遍关心的一个非常重要的问题.本文根据SB—100飞行模拟器系统综合、试验和验收过程中的一些做法及模拟试验结果和试飞结果的对比讨论了模拟的逼真度和有效性问题.     

可重配置的试飞模拟器软件构架研制

试飞模拟器介于工程模拟器和训练模拟器之间,兼顾着工程和训练两方面的任务.在试飞模拟器研制、虚拟试飞应用的基础上,提出了一套完整的可重配置的试飞模拟器软件构架方案,主要包括研究内容、开发环境、开发方法以及系统体系结构.依据此方案研制了一套飞行软件包,并通过虚拟试飞进行了验证.结果表明:可重配置的试飞模拟器飞行软件包克服了...