轻型固定翼飞机飞行仿真建模与系统开发

发布时间：2020-10-19 19:05

　　 随着计算机技术、仿真技术以及虚拟现实技术的迅速发展,可视化飞行仿真系统逐渐成为当前人们研究的热点。可视化飞行仿真系统在飞行器设计、飞行员训练、科学研究以及国防建设中具有极其重要的作用。本文首先根据刚体的线运动和角运动的基础理论对固定翼飞机的六自由度运动方程的推导过程进行研究,建立了飞行动力学仿真系统的数学模型,并且深入分析了解算微分方程的数值解法,重点介绍了气动系数的插值计算方法,针对飞行动力学仿真要求建立了简易的起落架模型;其次将飞行动力学模型分解成若干个子模型,分解之后大大提高了飞行动力学仿真数学模型的可维护性和重用性;然后针对飞行动力学模型的划分,并结合飞行动力学仿真系统的特点,将其分为气动模块、起落架模块、发动机模块、大气环境模块、重力模块、质量/惯量模块和飞机六自由度方程模块,采用C++面向对象编程思想开发了整机的飞行仿真动力学建模,建立了可视化飞行动力学实时仿真程序;最后基于VS2010编程环境,利用OSG作为渲染引擎、OSGEARTH渲染大地地形,运用面向对象的C++编程语言,根据飞机的各数学模型及程序,实现了某轻型固定翼飞机的可视化仿真系统开发,并根据其具体的物理参数和性能参数,进行了飞机六自由度非线性微分方程组的实时结算,得到了飞行仿真的各种实时状态参数,如位置、姿态、迎角、侧滑角、速度和角速度等,进行了飞行仿真实例演示和飞行体验。
【学位单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V211
【部分图文】：

分析评估来确定技术指标，另外，飞行仿真还技术的发展应用不但可以降低飞机研制各个环率和飞行员训练的安全性，具有重复利用等优得到了迅速发展，其在航空航天、军事、核工系统主要具有科学研究和飞行员训练两大用途估整机的飞行性能和优化飞机操纵系统、飞控。例如，在飞行仿真系统中，通过修改推荐装出最佳参数。用于训练的飞行仿真系统（飞行试验相比，它没有天气和场地的约束，而且可高[3]。飞行仿真系统不但能够能够进行起降、能通过控制台设置天气、昼夜甚至是模拟飞机情况。目前,飞行仿真技术作为飞行研究和飞行真技术发展及其重要的研究内容之一。通用飞行

处理特殊状况的能力,这便对飞行员提出了更高的要求。通过，可以利用所建立的详细的仿真模型，利用计算机在不同条，直接高效，仿真过程中产生的大量的数据可以通过可视化出来；以精确的数学模型代替真实的物理模型，重复模拟飞可以实现在真实试验中比较危险的训练项目，从而规避真实设置飞机故障来培训飞行员处理故障的训练。飞行仿真系统系统[5]，也就是在仿真系统回路中有人的参与，因此系统中人机交互活动，如操纵摇杆和显示器等，这就要求了仿真要状态通过数学模型进行程序化，经过计算机实时解算，将解数等传递到显示器等各种物理设备中，使人产生沉浸感，对诸如飞机失速时的状态参数等真实飞行中很难获取的数据，力学仿真模型，通过调整性能参数来获取，进而优化飞机性飞行仿真系统与其他系统交互形成整个系统的信息流，可以机的飞行性能。飞行仿真系统原理结构如图 1.2 所示。

b流坐标系aS坐标系(wind coordinate frame)aaaaS Oxyz，其定义为：原点 O 选取在飞行标系与飞行器固连；ax 轴与空速V 重合；az 轴在飞行器对称平面，与ax 轴身下方；ay 轴垂直于aaOx z平面，其方向按照右手定则确定。用坐标系间的转换器在空中飞行时所受到的各种力是在不同的坐标系下定义的，当在机体坐自由度运动方程组时，发动机推力最为容易描述，而气动力和重力则需要标系和地面坐标系转换到机体坐标系，只有这样才能使所有力和力矩统一系中，从而求出合力及合力矩，建立六自由度运动方程。由此可借见，坐仿真建模过程中至关重要。各坐标系之间的关系如图 2.1 所示。
【参考文献】

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1 程斌;刘峥;杨林;;基于视景仿真技术的飞行训练过程仿真再现方法研究[J];系统仿真学报;2013年S1期

2 刘冬兵;;四阶Adams-Bashforth组合公式的预估-校正方法的对比试验[J];西昌学院学报(自然科学版);2012年03期

3 陈锟;田晓梅;;用Matlab进行插值法比较教学研究[J];电气电子教学学报;2012年02期

4 叶林瓒;雷小永;戴树岭;;飞行仿真系统数据可视化设计与实现[J];计算机仿真;2012年03期

5 孟庆松;原海勃;;模拟训练机模型简化算法的研究[J];电机与控制学报;2012年02期

6 沈海军;;世界大战中的飞机表面喷涂[J];发明与创新(综合科技);2011年10期

7 刘广达;黄其涛;韩俊伟;;可重构研究用飞行模拟器设计[J];哈尔滨工程大学学报;2011年04期

8 鱼江海;占怡;;基于OSG的三维场景构建[J];黑龙江科技信息;2010年01期

9 祝智敏;艾明晶;;半实物仿真系统互联中实时同步的研究[J];现代电子技术;2006年04期

10 朱琪;高次插值的龙格现象的测试[J];湖南科技学院学报;2005年11期

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3 杨斐;无人机实时飞行仿真系统的设计与实现[D];南京航空航天大学;2009年

4 赵敬红;基于OpenSceneGraph的大地形可视化方法研究[D];中南大学;2009年

5 周小平;基于无人机的飞推综合控制研究[D];西南交通大学;2008年

6 彭彦;飞行模拟器起落架系统建模与仿真[D];哈尔滨工业大学;2007年

7 黄会林;飞行模拟器视景系统云层的特效模拟[D];哈尔滨工业大学;2006年

8 简小征;某导弹飞行过程的可视化仿真研究[D];西北工业大学;2004年

本文编号：2847601