飞行仿真第6章

飞行实时仿真系统及技术自动化学院仿真中心刘丽人在回路仿真系统仿真计算机————飞行动力学数学模型系统模型仿真环境模型外干扰模型仿真环境（物理效应设备）————视景系统运动系统操纵负荷系统音响系统仪表显示系统飞行员仿真总控台多维信息显示视觉听觉功能：视景系统产生座舱外的景象，包括机场、跑道、灯光、建筑物、田野、河流、道路、地形地貌、活动目标(空中和地面)等，同时能模拟能见度、雾、雨、雪、闪电等气象条件，以及白天、黄昏、夜间的不同时刻景象。显示方式：扬声器阵列、双耳立体声耳机显示方式：宽视场大屏幕、大屏幕监示器、头盔显示器、立体眼镜功能：音响系统给飞行员提供各种音响效果，如发动机噪声、气流噪声等，语音通讯。多维信息显示力感动感功能：操纵负荷系统给飞行员提供操纵载荷力的感觉，操纵载荷力随飞行速度、飞行高度、舵偏角等的变化而变化。显示设备：平台运动系统、抖振座椅、抗荷服显示设备：操纵杆、游戏棒、数据手套功能：运动系统给飞行员提供运动感觉。实时、同步课程主要内容多维信息的显示运动系统操纵负荷系统视景系统音响系统计算机系统教员控制台飞行模拟器的性能检测和评估飞行实时仿真系统及技术第六章运动系统本章内容运动系统的功能及分类六自由度平台运动系统的组成及主要指标六自由度运动系统驱动信号的形成动感仿真实例6.1运动系统用计算机软件生成特定的驱动激励信号去驱动能产生运动或抖振的动感仿真装置，可提供飞机运动过程中飞行员能感觉到的动感及过载信息，使飞行仿真更加逼近真实飞行。动感仿真机理前庭平衡器官眼睛动感仿真方法利用在仿真计算机中运行动感仿真软件，生成特定的驱动信号，去驱动某种动感仿真设备，使模拟器中的人能感知动感仿真信息。动感仿真模型动感仿真设备飞行系统运动状态参数动感信息坐标变换、滤波、补偿……线加速度、转动、抖振……动感信息比力产生的动感转动产生的动感动感特殊效应载体在三个线运动方向产生线加速度时，人的前庭平衡器官感受到外力作用，并使人在某个方向上出现过载感。线运动的提示信号。当载体产生一个俯仰角或滚转角时，或载体出现姿态角速度的变化时，人感到的转动动感。载体由于滑跑、大气扰动等原因，产生的振动信号或冲击信号。运动系统的分类平台式运动系统仿真飞机的瞬时过载感、重力分量持续过载感、部分抖振和冲击信号。抖振座椅抗荷服仿真飞机的失速抖振、刹车抖振、着陆接地等高频振动。给飞行员提供持续过载感。6.2六自由度平台运动系统六自由度平台运动系统是一个由数字计算机实时控制运动平台，并能提供俯仰、横滚、偏航、升降、纵向平移和侧向平移的六自由度瞬时过载动感的仿真设备。六自由度运动系统的组成数字计算机、接口及运动系统应用软件运动平台六根作动筒液压系统或电动伺服系统控制及显示设备六自由度运动系统仿真动感内容加减速、滑行、滑跑、侧滑、俯冲、爬升、倾斜、螺旋滚转与失速；稳态俯仰姿态角和协调转弯；投放导弹与外挂；着陆接地姿态和碰撞；刹车和起落架动态特性及收放时的响应；地面动态特性（包括跑道类型、粗糙度等）；相应于飞机质心或压力中心移动的特性；在接近真实飞机谐振频率处的振动或抖振；大气紊流和风在对应自由度上引起的抖振。六自由度运动系统主要性能指标位移和速度最小比力、角加速度及突发加速度变化率频率响应阶跃响应自由度位移量(≥)升降±86cm侧向±86cm纵向±86cm俯仰±25°横滚±20°偏航±25°自由度相对中立点速度(≥)升降±60cm／s侧向±60cm／s纵向±60cm／s俯仰±20°／s横滚±20°／s偏航±20°／s自由度同时位移量(≥)升降±15cm侧向±15cm纵向±15cm俯仰±4°横滚±4°偏航±4°自由度比力和角加速度(不低于)突发加速度变化率(不低于)升降±0.8g±4g／s侧向±0.6g±3g／s纵向±0.6g±3g／s俯仰±60°／s2300°／s2／s横滚±60°／s2300°／s2／s偏航±60°／s2300°／s2／s6.3六自由度运动系统工作原理运动系统仿真模型作动筒伸长变换飞行系统运动参数平台驱动信号Xb、Yb、Zbθb、ψb、φb作动筒作动筒驱动信号Li（i＝1……6）ax0、ay0、az0p、q、r、、θ、ψ、φpqr动感仿真模型质心变换将飞机质心处的平移加速度转换成运动平台质心处的平移加速度yzxxxRrpqRqprRrqaa)()()(220−⋅++⋅++−=zxyyyRpqrRrqpRpraa)()()(220−⋅++⋅++−=xyzzzRqrpRprqRpqaa)()()(220−⋅+−⋅++−=ax、ay、az：在机体坐标系内运动平台质心处的平移加速度Rx、Ry、Rz：平台质心与飞机质心间距离p、q、r：飞机绕机体坐标转动的角速度为p，q，r动感仿真模型坐标变换将活动坐标系内平台质心处的平移加速度变换到固定坐标系++−=−+=+−=wzwywxzcwzywxycwzwywxxcaaaaaaaaaaaaθϕθϕψθψθsinsinsinsinsincos=zyxzcycxcaaaTTTTTTTTTaaaT333231232221131211axc，ayc，azc：运动平台质心在固定坐标系内三个方向线加速度动感仿真模型洗出变换在运动平台运动行程的约束范围内，给飞行员提供较为逼真的瞬时过载及重力影响的感觉后，在运动平台完成一次突发运动之后，能缓慢返回中立位置。将经过质心变换和坐标变换后的平台三个线加速度信号和飞机三个角速度和姿态角信号变换成驱动平台运动的指令。比例驱动截至驱动一阶线性洗出二阶线性洗出洗出变换方法动感仿真模型比例驱动azw＝Kp·azcazw——平台线加速度；azc——被模拟飞机的线加速度；Kp——比例系数动感仿真模型截止驱动azw——平台线加速度azc——被模拟飞机的线加速度τlazcτlazc≥azw＝azcazw＝la·（sgnazc）动感仿真模型一阶线性洗出ϕωωϕϕϕϕ1//+=sKwϕ：飞机滚转角速度：经洗出后平台滚转角wϕ传递函数ϕωωϕϕϕϕ1//+=sKwϕωϕϕϕKw=动感仿真模型二阶线性洗出wzwzzczwZKZKaa−−=Zw——平台位移；azc——被模拟飞机的线加速度azw——平台线加速度传递函数2221BRBRzcwssaZωξω++=动感仿真模型驱动信号超前补偿补偿液压系统的滞后特性。11ˆ++=22ˆ++=22ˆ++=wwbKθθθθ+=ˆwwbKψψψθ+=ˆwwbKϕϕϕθ+=ˆ(1)平移运动超前补偿(2)转动角度超前补偿作动筒伸长变换[]{}[]{}iiTiiiTiFRDTFRDTLL−+−+=kzjyixR++=iDR——平台质心至作动筒与平台上支点间矢量——活动坐标系原点与固定坐标系原点间矢量iFiL——第i根作动筒长度矢量——固定坐标系原点至作动筒下支点间矢量[T]——活动坐标系至固定坐标系的变换矩阵产生驱动六个作动筒的驱动信号。特殊效应仿真特殊效应信号类型地面跑道不平度、前轮抖动、起落架受力动态响应及地面颠簸；收起落架、放起落架、起落架上锁出现的冲击振动；收、放襟翼振动及失速时，襟翼、扰流片的抖振；发动机振动、压气机失速抖动及故障抖振；空中大气紊流抖动；着陆接地时的冲击振动。特殊效应仿真方法具有一定周期和幅值的方波信号；具有一定频率和幅值的正弦波信号；具有一定宽度和强度的脉冲信号；随机振动信号：建立随机数模型。6.4动感实例实例动态演示思考题运动系统的功能。简述六自由度平台运动系统驱动信号的形成过程。多维信息仿真包括哪几个方面？试举出两个生活中有关的例子，并简要说明。