模型实时驱动的航空发动机沉浸式虚拟运行系统

为实现多学科信息的融合与沉浸式表达,针对当前虚拟现实技术在航空发动机领域的应用存在多学科信息综合表达不 足、仿真实时性低等问题,开发了一种跨学科异构模型集成仿真的航空发动机沉浸式虚拟运行系统。在信息融合与实时交互方 面,研究航空发动机气动热力性能实时仿真、实时控制、参数化结构建模与仿真、数据实时共享与多学科联合仿真集成等技术,实 现了模型实时驱动的航空发动机虚拟运行功能;在数据可视化及3维渲染方面,研究结构数据轻量化处理技术、实时渲染优化技 术,对温度、压力等流场数据进行实时映射,实现了逼真、流畅的沉浸式实时渲染效果。基于上述研究工作,在中国首次开发了1 套由模型实时驱动、跨学科数据集成的航空发动机沉浸式虚拟运行系统,结果表明：该系统实现了发动机结构、系统和性能模型数 据的关联与交互。相关技术和成果可用于协同设计、沉浸式评审、虚拟培训等场景,为未来实现数字孪生、虚实融合的数字发动机 研发提供关键技术支撑和参考。     

飞行模拟器声音仿真系统建模方法

为了建立飞行模拟器声音系统仿真模型,从声音属性、传播特性以及声音建模理论出发,采用EASE软件工具,建立了飞行模拟器声音仿真系统模型并进行了分析,得出了声音混响时间和散射曲线,为飞行模拟器声音仿真系统设计提供了直接的参考依据。     

基于FlightGear和RTW的分布式可视化飞行仿真研究

将飞行仿真系统分解为飞行器动力学模型与飞控系统、仪表显示及操纵控制台、视景仿真等独立子系统,并以FlightGear和Matlab/Simulink为平台设计搭建一套分布式飞行仿真系统。采用免费开源的飞行模拟器FlightGear作为视景系统,使用Matlab/Simulink作为动力学建模与飞控设计工具,并利用Simulink中的RTW工具包将飞行器动力学模型与飞控系统编译生成实时程序以与FlightGear通信。     

基于VAPS的虚拟航空仪表的构造与实现

航空仪表仿真是飞行模拟器中的一个重要组成部分.结合虚拟现实技术的发展和全任务飞行模拟器样机的技术要求,阐述了虚拟航空仪表的构建和虚拟仪表系统的实现方法.首先介绍了如何使用VAPS6.3仿真建模软件建立各种逼真的虚拟航空仪表模型并生成可执行性文件;在此基础上,采用TCP/IP协议实现与飞行仿真计算机的数据通信,文中分析了显示驱动程序并得出虚拟航卒仪表的显示界面.通过实际调试,证明了该设计方法的可行性.     

自动攻击引导可视化仿真系统软件设计

对可视化仿真相关的MultiGen Creator建模技术以及Vega Prime的实时渲染技术进行了深入研究。通过实时网络接收飞行仿真得到的数据,驱动飞机模型,实时更新位置、姿态以及虚拟仪表显示,实现了自动攻击引导可视化仿真系统。     

飞行模拟器操纵负荷系统的无源性设计

 操纵负荷系统是飞行员与飞行模拟器之间的接口装置。提出了这种人在回路的实时控制系统的一种新的设计思想,这种设计将无源性与阻抗的概念结合,并将系统阻抗的频率特性作为定量设计的手段。基于频率分析,控制器设计中应增加一个阻尼项,使传递到操作员手上的阻抗与飞行环境的阻抗相匹配。并指出,系统中的力伺服系统的阻尼比应在0.5~0.8范围内以满足这个虚拟环境的无源性要求。操纵负荷系统的无源性可保证整个仿真系统的稳定性。所提出的设计思想还可推广应用于其他各种虚拟环境的设计。     

基于TAO的分布式模拟环境的建立与应用

在分析了目前分布式协同仿真的研究现状以及存在问题的基础上,指出在这种系统中结合新技术的可能性和必要性,着重研究了基于TAO的分布式协同虚拟环境实现中的若干关键技术,并设计和实现了一个基于TAO的分布式异构实时原理演示验证系统。     

分布式虚拟靶试系统中负载平衡机制设计与实现

针对大规模分布式交互仿真系统的开发需求,基于MAK／RTI深入研究了分布式仿真系统的负载平衡技术,并在分布式虚拟靶试系统中得到应用与验证。     

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。     

地面飞行模拟器建模方法论

针对地面飞行模拟器在航空武器系统设计、研制、试验和研究的全生命周期内的应用及模型与建模的复杂性特点,指出了仿真数学模型及其建模的重要性。从大系统控制论的角度,提出了能够保证地面飞行模拟器仿真可信度的建模分析、实现和VV&A的方法。     

过渡协调模式下机翼数学模型的建立

讨论了飞机制造模式由模拟量协调体系向数字量协调体系转化过程中出现的问题,重点研究了其中的关键技术,即飞机外形数字化模型的建立,主要包括理论图的分析与转化,外形数据的获取,翼型轮廓曲线的计算,外形曲面的重构以及误差检验等。上述建模过程遵循了原始设计意图,保证所建数模符合生产中使用的制造与检验依据,为定型飞机数字化建模提供了理论指导。     

民用飞机数字样机建模与仿真技术初步研究

自20世纪90年代以来,民用飞机的研制手段有了质的提升,基于数字样机的产品开发模式成为了主流,数字样机建模与仿真技术对于民用飞机研制的支撑作用开始显现。同时,基于飞机研制的需求,数字样机建模与仿真技术也取得了显著的进步,在飞机上的应用也得到不断的延伸与拓展。讨论并梳理了数字样机的建模与仿真在飞机研制过程的设计流程与关键技术,对民机数字样机的研制有一定的参考价值。     

民机驾驶舱扬声器啸叫成因研究与抑制方法

民用飞机驾驶舱扬声器是一个电声换能器件,安装在飞机驾驶舱中,可将电信号转为声信号输出,并将声学功率辐射到驾驶舱。驾驶舱扬声器不仅能够为驾驶舱内的机组人员提供与客舱乘务人员以及塔台管制人员的通话语音,还能够提供飞行导航音、选呼音和告警音的发声。因此,驾驶舱扬声器是飞机上不可或缺的机载设备,为飞机的飞行安全提供了保障。驾驶舱扬声器产生的尖锐刺耳啸叫让人难以忍受,导致飞行机组无法听到其他声音,甚至无法使用语音通信系统,严重时会影响到飞行安全。指出驾驶舱扬声器"啸叫"的危害,分析啸叫的成因,并在此基础上探讨驾驶舱扬声器"啸叫"的抑制方法,为民机驾驶舱音频系统的防啸叫设计提供一定的参考依据。     

基于增广Burgers方程的音爆远场计算及应用

音爆的精确模拟对于超声速客机的低音爆研究与设计意义重大。由于计算能力的限制,客机巡航高度的音爆全场直接模拟目前还难以实现。现有的音爆预测方法一般分为两步,先通过超声速线化理论或计算流体力学的方法得到音爆近场的过压值（Over-pressure）分布,再通过声学理论将近场声压信号推进至远场,以获得飞行器的地面音爆信号。在远场计算中,传统的波形参数法没有考虑音爆传播过程中的经典吸收和分子驰豫效应所造成的声能损失,得到的激波没有厚度,导致计算得到的远场声压级不准确。基于算子分裂法,开展了非线性声学中的增广Burgers方程的数值解法研究。通过计算第二届音爆预测研讨会（SBPW-2）发布的两个标准算例,验证了该方法可以实现地面音爆波形的精确预测。发现在近场声压信号前加入一段无幅值的缓冲信号可以有效提升"N"波上升时间的模拟精度。网格收敛性研究表明适当加密计算网格是有必要的。在此基础上研究了大气声吸收对地面波形的影响,发现分子驰豫效应的影响要强于经典吸收。最后,研究了不同湿度、温度对地面音爆波形的影响,发现干燥、低温的环境对音爆信号的过压值有抑制作用。     

涡桨飞机螺旋桨气动噪声特性试验研究

随着航空公司短途航线由涡扇发动机转向涡轮螺旋桨发动机,以及机场周边噪声污染的限制越来越严格,商用螺旋桨飞机的声学特征正成为关键的设计参数。为研究螺旋桨的气动性能和声学特性,以某型涡桨飞机六叶螺旋桨为研究对象,在北京航空航天大学沙河校区D5气动声学风洞开展实验研究。实验中对螺旋桨在固定桨叶角设置和旋转速度条件下不同来流风速的组合工况进行测量,以获取不同工况下螺旋桨的天平测力数据和远场声压信号,经过快速傅里叶变换得到来流速度对螺旋桨远场噪声的影响规律。实验结果表明：在较大来流条件下离散部分噪声能激发出更高阶的谐波噪声,各阶谐波噪声幅值随着谐波数增大逐渐降低;当风速较低时宽频噪声声压级增大,这是由于在低前进比条件下,叶片处于失速状态,拉力系数处于非线性段,与叶片表面复杂流场引起的湍流噪声增加有关。通过指向性分析可知,位于桨盘上游位置的总声压级水平大于桨盘下游位置的总声压级水平,主要是因为螺旋桨桨盘前后的相对速度发生了变化,导致了声传播距离的延迟和加速现象。     

VR在航空器应急撤离的应用展望及适航审定研究

适航规章对民用航空器提出了应具备应急撤离的能力,明确了应急撤离演示试验的要求。针对民用航空器应急撤离的验证,当前普遍采用地面演示试验的符合性方法,传统的地面演示试验存在着试验开展安全保障难度大、成本高、对设备场地依赖强等局限性。而随着VR技术的出现与成熟,为航空器应急撤离验证提供了一种全新的方法。根据航空器应急撤离对应的适航条款,梳理了应急撤离演示试验的要求,分析了VR技术应用于航空器应急撤离验证的可行性和优点,研究了民用航空器应急撤离演示试验、航空器数字建模以及VR的技术特点等方面,提出了VR应用于航空器应急撤离验证时适航审定的主要审查内容、重点关注要素和技术审查要点,为建立VR应用于航空器应急撤离的适航审定方法提供参考。     

飞机结构数字孪生关键建模仿真技术

飞机结构安全性设计思想经历了从静强度设计、安全寿命设计、损伤容限与耐久性设计到单机追踪的演变,未来有进一步向结构数字孪生的方向发展的趋势。飞机结构数字孪生是数字线程驱动的,多学科、多物理、多尺度、多保真度、多概率的模拟仿真系统,采用在线传感器监测、离线地面检查、飞机运行历史等多源数据,反映并预测对应飞机结构实体在全寿命周期内的行为和性能,有望革新现有的飞机结构使用和维护模式。面向疲劳寿命管理,提出飞机结构数字孪生的5项关键建模仿真技术,分别是载荷和损伤的数据获取技术、多尺度建模和力学分析技术、含裂纹复杂结构的精确高效仿真技术、基于降阶的数字孪生高效建模技术和考虑不确定性与多源异构数据的剩余寿命评估技术,并详细探讨这五项关键技术的研究现状与发展方向,为飞机结构数字孪生的系统研究与工程应用提供参考。     

民用飞机内话系统接插件选型

飞机设计是复杂而庞大的系统工程,通常根据不同的系统,分包给不同的供应商,但供应商一般只提供子系统的初步架构及主要设备清单,主机方需要考虑各子系统的集成及供应商未提供的设备选型。内话系统本身依托于音频管理系统实现主要功能,主机方需要完成内话系统的集成工作,设备级工作就包括内话接插件的选型。内话接插件即内话插孔,选择时需要考虑各类插孔的适用机型、插孔的机械要求、温度要求和环境要求等,还需要考虑插孔的接线规则,使其能和终端话筒耳机相匹配。     

飞机壁板辐射声的有源控制

利用一块飞机壁板讨论有源消声技术降低飞机舱内噪声。首先从理论上说明了利用有源消声抵消壁板辐射声的可行性;介绍了可用于工程的自适应有源消声器;最后在实验室对振动激励的壁板输射声、声激励时壁板的透射声进行了消声实验,取得了良好的效果。     

某大型飞机舱门框工艺标准数字模型

 基于模拟量传递的装配互换协调方式已不能满足现代飞机研制的需求,采用数字量传递方式是支撑飞机数字化装配的基础。以某大型飞机舱门框的装配互换协调问题为研究对象,结合飞机数字化制造技术特点,对这些问题开展探索性研究,并在此基础上建立其数字化互换协调新方式。从分析舱门框结构特点入手,归纳互换协调数据对象;阐述工艺标准数字模型概念及其数据组成,并以此为基础建立舱门框数字化装配互换协调流程;详细介绍了基于特征的构建互换协调模型关键技术及其应用开发,验证了所提出的舱门框数字化装配互换协调方法的有效性,并明确下一步研究重点。