飛行模擬器飛行仿真系統(tǒng)建模與軟件實現(xiàn).pdf

1、飛行模擬器能夠在地面逼真的再現(xiàn)飛機的飛行特征，是航空業(yè)不可或缺的重要設備，而我國在飛行模擬器的開發(fā)和研制上遠遠落后于國外發(fā)達國家。在當前國家大力發(fā)展大飛機項目的背景下，針對飛行模擬器關鍵技術進行研究將更加緊要。模擬器是以仿真為主體的，飛行仿真系統(tǒng)作為模擬器的核心，直接決定著對飛機特性的仿真逼真度和飛行模擬器的鑒定等級。在模擬器中，飛行仿真系統(tǒng)根據(jù)教練員的設置和駕駛員的操縱實時解算出飛機飛行狀態(tài)并驅動虛擬現(xiàn)實設備。由于現(xiàn)代飛機一般具有復雜

2、的氣動布局和動力學特性，所以對其建模和仿真是非常具有挑戰(zhàn)性的。本文著眼于建立高逼真度的飛行動力學模型并開發(fā)一套結構清晰、維護方便的飛行仿真軟件以實現(xiàn)飛行模擬器的飛行仿真功能。
　　為達到這個目的，首先推導了橢圓型地球模型下的飛行動力學方程以仿真飛行特性。目前商用飛行模擬器中飛行動力學方程建立在平面大地的假設之上，改用精確的地理模型進行建?？梢栽黾语w行仿真的逼真度，便于與先進的導航設備和全球地形數(shù)據(jù)庫相配合而使飛行仿真更加生動。針對

3、某種機型建立了其空氣動力學模型，在建模過程中分析比較了線性插值和三次樣條插值的精確度和運算效率并在此基礎上確定了其開發(fā)方案。仿真結果和飛行實測數(shù)據(jù)的吻合說明了該方案的可行。
　　其次建立了飛機起落架與地面接觸動力學模型以仿真飛機地面操縱特性。針對目前商用飛行模擬器中起落架模型不能適用于非水平跑道、不能模擬跑道不平度激勵并且不能仿真剎車及轉彎情況下出現(xiàn)的機輪搖擺對動力學的影響的缺點，在起落架模型中改進了碰撞檢測模塊和壓縮量計算方法；

4、使用功率譜密度函數(shù)生成虛擬路面產生對起落架輪胎的隨機激勵，并將此激勵附加于垂向壓縮量上以計算輪胎垂向力；使用輪胎對地速度計算輪胎受到的側向力和剎車力。從對起落架吸震特性、轉彎特性和剎車特性的仿真結果可以看出該模型可以勝任高逼真度的飛機地面操作性能模擬任務。
　　在建立仿真模型的基礎上，分析并設計了飛行仿真模型的配平算法。針對目前商用飛行模擬器采用模式搜索法進行平衡點求取時可能陷入局部最優(yōu)點而導致配平失敗的弊端，提出了精英再優(yōu)化的混

5、合遺傳算法。該算法將模式搜索法與遺傳算法相結合，使用模式搜索對遺傳算法種群中的精英進行再優(yōu)化，在不破壞個體多樣性的前提下提高了種群的適應度。經實際測試，該算法有利于避免陷入局部最優(yōu)點、減少了迭代次數(shù)并提高了最終結果的精度。
　　接著使用面向對象的軟件開發(fā)方法在代碼上實現(xiàn)了飛行仿真模型和配平算法。針對目前商用飛行模擬器采用面向過程的軟件開發(fā)方式而造成的難以閱讀和難以維護的弊端，確定了以面向對象的思想對飛行仿真軟件進行開發(fā)。所有的仿真

6、子模型均直接派生于一個相同的父類以具有統(tǒng)一的對外表現(xiàn)形式。子模型類之間相互聚合形成大的仿真子系統(tǒng)并在實例化后構成一個可以被引用的鏈表。仿真模型類層級式的結構降低了開發(fā)和維護難度而且使得軟件適合使用于不同的應用環(huán)境。
　　最后，將飛行仿真軟件與基于PC的飛行模擬器結合，并在該模擬器上驗證了飛行仿真模型建模的準確性、配平算法的適應性、面向對象軟件開發(fā)方法的優(yōu)越性。由于采用了分布式的仿真體系結構，主流PC構架的計算機，成熟的商用軟件開發(fā)