联合式航空电子系统全数字仿真设计与实现

针对联合式航电系统原理仿真及教学需求,设计并实现了基于实体座舱并嵌入DCS数字战斗模拟软件的全数字仿真系统。系统可模拟航电系统地面准备、导航、空空、空地模式下的操作控制逻辑和显示画面;实体座舱和数字战斗模拟软件通过多路RS422总线和HDMI接口实现信息交互;采用共享内存机制获取飞行状态及航电终端仿真数据作为激励源,模拟航电系统运行过程中各个子系统之间GJB 289A总线的信息流,展示GJB 289A总线通信原理及调度机制。实践证明,系统能有效支撑航空电子综合技术与原理的教学。     

临近空间变体飞艇技术研究

介绍临近空间飞艇国外发展现状,分析变体飞艇系统重量轻、飞行升限高、环境适应性和持续驻空能力强的独特优势,论述临近空间飞艇的高效变体模式,阐述临近空间变体飞艇的关键技术,如飞艇变体控制技术、飞艇飞行控制技术,为临近空间飞艇后续研究提供参考。     

临近空间飞艇横向稳定性分析

临近空间飞艇由螺旋桨提供偏航控制力矩,空速大时操纵效率低,飞行试验中多次出现偏航通道发散,飞艇稳定性问题凸显。选用HALE-D和HiSentinel两种飞艇,通过CFD仿真方法,得到两种飞艇的静态气动参数,以强迫振荡方法获得其动导数,两种飞艇在计算角度内组合导数均为负值,模型处于阻尼状态;在此基础上,通过飞艇横向稳定性分析获得两种飞艇的稳定区间。结果表明,HALE-D飞艇的横向稳定区间大于HiSentinel飞艇,相同迎角(侧滑角)时,HALE-D飞艇的阻力较大,临近空间飞艇设计需综合考虑阻力、稳定裕度和操纵性之间的平衡。研究结果为临近空间飞艇横向稳定性分析提供了一种方法。     

飞机全数字仿真系统的研究

叙述了飞行仿真技术的分类，包括数学仿真、含实物仿真和人在回路中的仿真。在总结飞行仿真研究经验的基础上，提出了一种适用于飞机设计、研究的“飞机全数字仿真系统”。主要介绍了这种全数字仿真系统的功能、硬件结构、软件组成以及研制这种仿真系统的关键技术，为工程模拟器的研制打下了良好的基础。     

飞艇运动建模与仿真验证

在研究临近空间浮空器的过程中,设计了一种低空实验飞艇.为了评价该飞艇的稳定性和操纵性,建立了飞艇的六自由度运动方程数学模型,使用Matlab/Simulink软件完成了飞艇飞行仿真软件设计.另外采用Flightgear作为飞行仿真视景软件,设计飞行仿真软件驱动视景软件的网络接口程序.利用飞行仿真软件,进行了该低空飞艇运动的仿真验证.仿真结果表明,软件达到了预定的设计目标,该实验飞艇方案可行,安定面和推进动力配置基本合理.     

多囊体临近空间飞艇多要素耦合建模与仿真

针对多囊体临近空间飞艇多要素耦合仿真及长航时能力评估的迫切需求,详细阐述了多囊体临近空间飞艇六自由度位置与姿态动力学模型、环境热力学模型、内外囊体热力学模型及囊体氦气损失模型,通过位置、时间、姿态、空速等动力学输出信息与压力成形体积、氦气质量等热力学输出信息实现平台力热动态耦合,能够全面反映飞艇在大气环境及操纵力作用下力热耦合变化规律,具备飞艇平台超热超压安全下的长航时定量评估能力。通过仿真发现,囊体内氦气在随风飘状态下最大超热达到55℃左右,为保证内外囊体白天压力安全需主动释放氦气导致飞行高度上升约100 m,夜晚囊体内压将至0 Pa无法维形保持浮力导致驻空高度快速降低,姿态振荡加剧,驻空航时仅有26.5 h,且动力全开无法获得稳定的航向飞行,空速来流降温无法最大效能发挥,需要控制系统接入实现动态闭环航路飞行,才能实现长航时飞行,具有重要的工程应用价值。     

半硬式临近空间飞艇结构设计技术研究

结合某型号工程实例,简述了半硬式临近空间飞艇中各种承载部件的结构布局形式,以及结构之间的连接形式;以纺锤形临近空间飞艇为例,利用经验公式对软式、半硬式艇体分系统的质量进行评估;应用MSC.PATRAN/NASTRAN有限元分析软件分别建立软式、半硬式两种形式的结构有限元模型,并进行强度求解。结果表明：在相同边界约束、工况条件下,与软式飞艇相比,半硬式飞艇不仅结构强度高,有着很高的结构承载效率,而且有利于结构重心的布置,更符合结构设计规范要求。     

运载火箭测试仿真系统体系结构设计及实现

以CZ系列运载火箭为研究对象,开发了基于高层体系架构的全数字飞行仿真系统。通过建立运载火箭控制系统的数值仿真模型,围绕"模型实时驱动"这一核心功能设计了运载火箭全数字飞行仿真的总体结构并对其实现方法进行了描述,开发了Matlab-RTI中间件和OGRE-RTI适配器,较好地解决了数值仿真与视景仿真在高层体系中的集成并保证了系统的实时性。应用本方法完成的火箭飞行仿真系统已应用于某航天靶场的测发训练中,取得了较好的应用效果。     

航电系统机载软件全数字仿真测试平台技术研究

为解决型号研制过程中航电系统软件测试困境,提出一种全数字仿真测试解决方案。在不采用成品实物的情况下,对航电系统软件进行测试,测试过程可覆盖软件研制全生命周期。     

平流层飞艇定点控制器设计

基于滑模变结构控制对系统干扰及参数变化具有完全的自适应性或不变性,采用一类不确定仿射非线性系统在满足匹配条件下输出解耦变结构控制方法设计了飞艇的定点控制律.仿真结果表明:在系统存在不确定性或外界干扰的情况下,仍可使飞艇稳定在一定的位置,从而实现飞艇的定点控制.     

临近空间艇载计算机余度管理策略研究

平流层飞艇是可靠性要求很高的系统,需要由具有容错能力的艇载计算机来进行控制和管理。针对艇载计算机采用的余度结构进行了软件管理策略的研究和设计,提出了基于异构总线的握手机制节点故障检测方法、基于“看门狗”与“心跳”相结合的 CPU 故障检测方法、基于节点健康矩阵的互援式总线重构方法及基于有限状态机的多 CPU 并行处理系统自适应重构方法。故障注入试验表明,艇载计算机在遇到故障时能实时检测出故障,诊断故障类型,并对故障进行处理,实现系统重构,保证了平流层飞艇长期驻空时的安全飞行。     

低空无人飞艇压力控制系统的设计与实现

介绍了一种以C8051F120单片机为核心设计的低空无人飞艇压力控制系统,详细给出了系统的总体架构;着重说明了主要功能模块的电路设计和固件的程序设计.地面测试和飞行试验表明该压力控制系统性能稳定,能满足低空飞艇飞行中压力控制的要求.     

某常规飞艇与混合式飞艇总体设计和性能分析

为了对常规单囊体飞艇和混合式飞艇各自的性能特点有更清晰的认识,分别设计了某常规飞艇和混合式飞艇的总体方案,建立了两类飞艇的分析模型,并从气动特性、浮升特性、重量特性、续航特性方面对二者的综合性能进行了比较和分析。研究表明：在体积相同的情况下,虽然混合式飞艇在阻力特性方面不如单囊体飞艇,但由于混合式飞艇动升力较大,并可以借助动升力来平衡燃油的消耗,且有效载荷大、载油量大、可操纵性好,更有利于长航时飞行。研究结果可为我国开展长航时和大载重飞艇研制提供一定的设计参考。     

全尺寸飞机结构静力试验数字仿真

全尺寸飞机结构静力试验是飞机结构研制的重要环节,需大量的财力和时间投人。试验结果的精度和有效性主要依赖于试验实施方案设计的合理性;试验件的安全主要依赖于试验时同步地对试验测试数据的监控和与数字仿真结果的一致性评估。全尺寸飞机结构静力试验数字仿真能够辅助实现上述要求,显著提高试验效率。介绍了全尺寸飞机结构静力试验数字仿真的关键技术及解决方案并给出了应用实例。     

基于Common Lisp的数字系统仿真实现

针对数字系统仿真所涉及的若干关键问题,从对象的行为特点出发,提出一种基本仿真算法及其改进版本。前者能够正确模拟实际数字系统中的并发行为,但可能引起冗余的进程调度;后者考虑了系统模型中信号和进程间的依赖性,可有效避免这一问题,并能在多数情况下提高仿真性能。基于所提算法,应用Common Lisp语言实现了仿真器原型,并与商业仿真平台Modelsim相比较进行了仿真实验,结果表明,所研究的算法和工具正确有效、性能良好。     

低速风洞动态试验的高速并联机构设计及动力学分析

为模拟飞行器多自由度(DOF)风洞试验,设计并制造了一种用于低速风洞试验的高速并联六自由度机构,综合分析需求和机构的约束条件,确定机构的结构参数,并分析和总结了该机构的特点。使用ANSYS软件计算系统的固有频率,得到系统极限位置的振动响应。利用ADAMS软件对机构进行柔性动力学仿真,模拟机构在高速运动时紧急制动的动力特征,比较分析刚性和柔性制动的冲击载荷,总结出机构高速制动的特点,所分析结果在机构的设计和实际应用中具有重要的意义。实际运行表明:并联机构可实现单自由度和多自由度耦合运动,具有大工作空间(振幅可达30°/500mm)、高运动精度(达0.05°/0.5mm)和高速(达5m/s)等特点,并具有较高的运动性能,满足风洞试验要求。     

牵引救生装置性能仿真研究

为了获得牵引救生装置最佳性能,根据牵引救生装置的工作原理,针对牵引救生过程的不同阶段,建立相应的数学模型,用仿真计算的手段来确定弹射筒和牵引火箭的动力配置以及前后舱乘员程序离机的时间间隔,结果表明该牵引救生装置的设计方案为：弹射筒出口速度13m／s,火箭牵引动力5000N,工作时间0．7S,前后舱飞行员同时弹射。牵引救生装置性能仿真研究为救生装置的总体设计提供初步性能依据和最终技术方案。