半實物仿真在飛行模擬器中的應(yīng)用

1、飛行半實物仿真系統(tǒng)半實物仿真方法制作人 *1 1、飛行半實物仿真系統(tǒng)組成與原理 飛行半實物仿真系統(tǒng)將接入飛行控制、制導(dǎo)、導(dǎo)航等系統(tǒng)的傳感器、計算機、執(zhí)行機構(gòu)等實物，飛行器飛行動力學(xué)模型等都在仿真計算機中解算，驅(qū)動信號將控制各種物理效應(yīng)設(shè)備，形成各種傳感器測量用的虛擬環(huán)境。仿真總控臺控制整個仿真系統(tǒng)的運行，包括初試條件和參數(shù)的設(shè)置、運行過程中的監(jiān)控和參數(shù)記錄存儲，運行后的實驗結(jié)果評估和文檔建立等。2 2、控制系統(tǒng)半實物仿真 傳感器姿態(tài)陀螺儀航向陀螺儀動靜壓傳感器過載傳感器等 物理效應(yīng)設(shè)備三軸轉(zhuǎn)臺動靜壓模擬器加速度模擬器負(fù)載模擬器2.12.1、三軸轉(zhuǎn)臺 三軸轉(zhuǎn)臺用來模擬復(fù)現(xiàn)彈體或機體的空間角運動

2、框架系統(tǒng)有三個框架（分別為內(nèi)、中、外框架）。內(nèi)框架通過外框、中框和自身的轉(zhuǎn)動，具有三個角運動的自由度 在內(nèi)框上安裝真實的角運動傳感器，可測出與實際飛行中相同的角運動 三個框架的轉(zhuǎn)角對應(yīng)于歐拉角，也即姿態(tài)角，可以有不同的順序。一般將外框轉(zhuǎn)角對應(yīng)偏航角，中框?qū)?yīng)俯仰角，內(nèi)框?qū)?yīng)滾轉(zhuǎn)角 在飛機飛行控制半實物仿真系統(tǒng)中，三軸轉(zhuǎn)臺由仿真計算機中飛行動力學(xué)數(shù)學(xué)模型解算出的俯仰角、傾斜角、航向角等基本信號驅(qū)動。仿真實驗時，飛行控制系統(tǒng)的水平姿態(tài)陀螺、航向陀螺、角速率陀螺安裝在三軸轉(zhuǎn)臺上。2.22.2、動- -靜壓模擬器 這是一種由伺服系統(tǒng)控制氣體容器壓力變化的裝置，控制信號由仿真計算機中大氣數(shù)學(xué)模型和飛行動

3、力學(xué)數(shù)學(xué)模型解算獲得，飛機上的動-靜壓傳感器直接與其體容器連接。2.32.3、恒速轉(zhuǎn)臺 穩(wěn)定的恒速轉(zhuǎn)臺產(chǎn)生的離心加速度分量是實現(xiàn)加速度模擬的一種技術(shù)方案，在仿真實驗時，加速度傳感器置于恒速轉(zhuǎn)臺上，其位置和測量軸線方位隨加速度信號改變。2.42.4、負(fù)載模擬器 飛行控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)操縱飛機舵面時將克服氣動載荷形成的鉸鏈力矩，它是飛行速度、飛行高度、舵偏角的函數(shù)，負(fù)載模擬器將模擬生成鉸鏈力矩加載于飛行控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)（舵機），負(fù)載模擬器是一種力伺服系統(tǒng)。3 3、導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)半實物仿真 傳感器姿態(tài)傳感器加速度傳感器導(dǎo)引頭 物理效應(yīng)設(shè)備射頻目標(biāo)模擬器紅外目標(biāo)模擬器等 導(dǎo)引頭是截獲、跟蹤輻射源的核心

4、部件。由天線、接收機、信號處理器等部分組成。根據(jù)接受的能量和信號的物理特性，分為射頻、紅外、可見光圖像等。針對不同類型的導(dǎo)引頭，仿真實驗時需要對應(yīng)的目標(biāo)模擬器。示例 在這個方案中，使用了紅外導(dǎo)引頭。另外使用紅外CIG生成具有目標(biāo)與背景紅外特征的視頻信號，用于模擬導(dǎo)彈飛行時觀察到的遠(yuǎn)方的紅外圖像。4 4、導(dǎo)航系統(tǒng)半實物仿真 主要任務(wù)：導(dǎo)引飛機沿既定航線飛行；確定飛機當(dāng)前所處的位置及其航行參數(shù)；導(dǎo)引飛機在夜間和復(fù)雜氣象條件下安全著陸。 無線電導(dǎo)航 利用無線電引導(dǎo)飛行器沿規(guī)定航線、在規(guī)定時間達(dá)到目的地的航行技術(shù)。利用無線電波的傳播特性可測定飛行器的導(dǎo)航參量（方位、距離和速度），算出與規(guī)定航線的偏差，

5、由駕駛員或自動駕駛儀操縱飛行器消除偏差以保持正確航線。 慣性導(dǎo)航 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)利用慣性敏感測量元件，如陀螺、加速度等測量飛行器相對慣性空間的線運動和角運動參數(shù)，在給定飛行器初試條件下，通過計算機計算出飛行器導(dǎo)航和控制所必須的姿態(tài)、方位、速度、位置等參數(shù)，從而引導(dǎo)飛行器完成預(yù)定的航行任務(wù)。目前慣導(dǎo)系統(tǒng)一般分為了平臺式慣導(dǎo)系統(tǒng)和捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)。4.14.1、無線電導(dǎo)航仿真組成及仿真方法n導(dǎo)航控制盒和儀表n收/發(fā)訊機無線電導(dǎo)航系統(tǒng)仿真原理示意圖機載設(shè)備原件或改裝計算機軟件模擬實現(xiàn)導(dǎo)航參數(shù)飛機航向角飛機方位角和相對方位角飛機航跡與實際航跡角期望航跡角航跡角偏差偏流角航路點偏航距離地速空速風(fēng)速與風(fēng)向待飛

6、距離和距離估計到達(dá)時間與待飛時間常用機載設(shè)備 自動定向機 測定飛機縱軸方向（航向）到地面導(dǎo)航臺的相對方位角 對飛機進(jìn)行定位測量 引導(dǎo)飛機飛向?qū)Ш脚_或飛離導(dǎo)航臺 測定和指示電臺方位角 抄收氣象報告，進(jìn)行定向和收聽新聞和音樂 無線電高度表 測量飛機離開地面的實際高度，不受氣候條件影響 指點信標(biāo)接收機 接收地面指點信標(biāo)發(fā)射臺的信號 甚高頻全向信標(biāo)接收機 提供飛機相對于地面發(fā)射臺的磁方位角，確定飛機位置 DME測距機 和地面測距信標(biāo)臺配合工作，提供所選信標(biāo)臺的斜距 TACAN接收機 提供飛機相對地面臺的方位和距離信息 儀表著陸接收機 與高度信息配合，引導(dǎo)飛機在能見度很低情況下著陸 OMEGA導(dǎo)航接收機

7、 確定多個導(dǎo)航參數(shù)無線電導(dǎo)航系統(tǒng)仿真方法 對每種導(dǎo)航設(shè)備都建立仿真模型，反應(yīng)該設(shè)備的功能、動/靜態(tài)性能，并編制相應(yīng)軟件模塊 各模塊通過計算機接口與相應(yīng)仿真控制面板和仿真指示器連接 所有導(dǎo)航軟件模塊組成無線電導(dǎo)航軟件分系統(tǒng)，與飛行模擬器其它分系統(tǒng)進(jìn)行信息交換 地面導(dǎo)航臺數(shù)據(jù)庫 大多數(shù)機載導(dǎo)航設(shè)備都依賴于地面臺，因此地面臺的位置對無線電設(shè)備仿真至關(guān)重要。在仿真中，將地面臺數(shù)據(jù)放在數(shù)據(jù)庫中，在需要的時候在數(shù)據(jù)庫中查找需要的參數(shù)來計算導(dǎo)航參數(shù)。 甚高頻通訊臺 發(fā)射方式：以空間波方式傳播 存儲參數(shù)：使用頻率、地理經(jīng)度、標(biāo)高、地理緯度 無方向信標(biāo)臺（NDB） 發(fā)射方式：以水平面無方向性的方式發(fā)射信號，在垂

8、直方向上有一個盲區(qū) 存儲參數(shù)：使用頻率、標(biāo)高、地理經(jīng)度、緯度、識別信號、磁偏差、作用距離、盲區(qū) 測距臺（DME） 甚高頻全向信標(biāo)臺（VOR） 指點信標(biāo)臺 儀表著陸臺 4.24.2、慣導(dǎo)系統(tǒng)基本組成飛機慣性導(dǎo)航系統(tǒng)仿真方法和實例 飛行模擬器 導(dǎo)航設(shè)備 硬件 ：仿真控制顯示組件和方式選擇組件中的顯示和控制面板。在要求高的飛行模擬器中，可采用飛機座艙中的真實面板進(jìn)行改裝，信號輸入和輸出的接口經(jīng)過改造和仿真計算機連接。 軟件 ：模擬慣導(dǎo)系統(tǒng)其它功能和故障仿真 導(dǎo)航參數(shù)測量 解算運動方程，轉(zhuǎn)換：由于不存在真實的陀螺儀等測量元件，其所需參數(shù)通過飛行系統(tǒng)解算獲得。慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)硬件仿真舉例 方式選擇組件MSU 方式選擇開關(guān) 方式和狀態(tài)通告牌 控制顯示組件CDU 系統(tǒng)選擇顯示開關(guān) 顯示選擇開關(guān) 數(shù)字字母鍵 與控制顯示面板連接的仿真計算機接口 開關(guān)輸入量 數(shù)字輸入量 開關(guān)量輸出方式和狀態(tài)顯示燈 數(shù)字量輸出慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)軟件仿真 工作方式處理模塊 快速導(dǎo)航模塊 導(dǎo)航處理模