基于性能的导航飞行程序自动化管理仿真研究

民航飞机按照性能的导航(Performance Based Navigation,PBN)飞行程序自动飞行,能够极大地提高飞行的自动化程度。但是利用模拟机来验证PBN飞行程序周期长,成本高。虽然利用计算机仿真系统来验证PBN飞行程序效率高,但难点在于飞行程序的读入、飞行程序三维构建以及飞机模型建模。为此提出了实时仿真验证系统的实现框架,以飞行动力学以及运动学为基础,实现了导航系统的建模,对飞行程序数据利用XML格式进行转换并读取,然后对飞行程序利用三维形式进行展示,同时利用Geometry Clipmap和Clipmap结构来实现地形的构建和渲染。仿真结果表明,系统能够实现对PBN飞行程序的读取、解析、三维航路构建以及实时飞行验证。PBN飞行程序仿真验证系统的实现,确保了飞行程序设计的完整性、有效性和可用性,降低了模拟机飞行验证的成本。     

无人机航路规划及视景仿真系统设计与实现

为提升无人机自主任务执行能力,对飞行特性、任务执行能力进行预演仿真,以减少实际试验投入、降低研制风险、缩短研发周期。针对某型无人机的飞行特性,开发了一套交互式无人机航路规划及视景仿真系统,解决了复杂飞行环境建模、三维空间大范围航路规划及大场景、真实环境三维场景建立等关键问题,实现对无人机的三维航路规划、视景仿真等功能,该系统是无人机模拟仿真系统的重要组成部分。仿真结果表明:该系统航路规划模块能适应不同环境的需求,规划速度快、规划结果准确,三维视景中直观显示无人机三维飞行特性,三维场景震撼真实,操作交互方便,可满足无人机任务飞行的航路规划及模拟验证等需求。     

无人布雷机航路规划仿真系统设计与实现

用文化基因算法求解无人布雷机航路规划问题,设计无人布雷机的航路规划仿真系统。以粒子群优化算法为主搜索策略,利用单向信息共享机制提高收敛速度。采用模拟退火的方法进行局部修正,以减小局部极值的影响。利用Visual C++中MFC编制OpenGL程序的方式模拟飞行过程,通过Matlab中的GUI建立三维航路规划系统仿真平台,实现三维航路可视化。     

飞行航迹再现与三维回放研究

为了便于飞行事后分析,根据民用客机机载数据,本文采用了轨迹积分法重现飞行轨迹并用经纬度转换法进行校正,首次利用几何高度表示飞行轨迹中的高度。为实现在三维场景中进行飞行动态回放研究,设计了三维飞行回放程序,重点设计了飞行轨迹以及姿态的变化在三维场景中的展示。通过程序演示表明:该方法能正确流畅地对飞行进行事后回放演练,有利于观察分析,可用于飞行事后调查与研究。     

基于MATLAB与OpenGL的子母弹飞行三维图形仿真系统设计与实现

为实现对子母弹飞行过程的动态仿真及散布特性的科学评估,深入分析挖掘MATLAB、3DMax、OpenGL及VC+ +开发软件之间的开发功能与接口技术,设计开发了子母弹飞行三维图形显示计算机动态仿真系统,成功地实现了子母弹飞行弹道数值计算、三维实体图形显示及飞行过程动态仿真的有机结合,研究成果对同类软件的设计开发具有重要的应用参考价值.     

机载运载火箭飞行程序设计及仿真

关于载机和运载火箭分离程序的优化设计问题,为实现机载运载火箭飞行程序设计保证运行姿态稳定性,并进一步提高系统模型的可信度,在传统分析方法的基础上.考虑了箭机分离过程中载机与火箭飞行程序之间的相互作用,建立了载机与运载火箭的分离多体动力学模型,研究了影响飞行姿态的主要因素.开发了集仿真计算、三维视景演示和可视化结果分析为一体的机载运载火箭飞行程序设计仿真系统,实现了机载火箭飞行程序设计,性能分析以及三维飞行演示等功能.仿真结果表明系统提高了机载运载火箭飞行性能,并能为飞行程序设计的可行性与可靠性提供了科学依据.     

基于DirectX的云模拟研究

虚拟场景的逼真动态显示是飞行模拟、实时动态仿真及虚拟现实等技术的基础。在飞行实时仿真系统中,云的模拟效果对于飞行模拟和飞行训练来说是非常重要的。文中介绍了3D图形函数库Direet3D,在分析纹理映射以及粒子系统实现原理的基础上,分别讨论了采用粒子系统建模和应用纹理动画技术来对云进行模拟,实现了真实感较强,渲染速度快的云层效果。文章最后对两种方法实现的云的模拟效果进行了对比,并指出了两种方法的优缺点,对今后的研究有一定的借鉴意义。     

无人机飞行控制仿真环境三维视景子系统设计

针对无人机飞行控制仿真环境以数据方式输出仿真结果不利于挖掘隐藏于数据中的本质特性的缺陷,借助虚拟现实技术的相关理论,设计实现基于无人机飞行控制仿真环境的三维视景子系统,实时动态再现无人机飞行运动全过程,为研究无人机飞行运动规律提供直观的事实根据。阐述了无人机飞行控制仿真环境三维视景子系统设计实现的目标,构造了系统结构并提出了三维视景系统的实现框架,对视景系统实现的主要技术进行了着重介绍,在视景系统的具体实现中对视景数据库设计、视景系统开发、视点切换、LynX Prim e和ACF配置文件、数据通信接口的具体实现进行了详细的论述。最后给出了系统的实施效果。     

三维可视化技术微型飞行器仿真中的应用

首先简要介绍了三维可视化技术在微型飞行器飞行仿真中的作用及其意义，重点讨论了基于三维可视化技术的飞行器的运动仿真及基于分形技术的地形仿真，在此基础之上讨论了飞行器虚拟飞行过程中的静态与动态模拟方法。仿真软件中的三维图形实时显示采用Visual C 和OpenGL共同完成。     

面向半实物仿真飞行平台的通用型飞行参数测试系统设计

针对半实物仿真飞行平台在飞行科目评估、平台寿命研究及操作标准规范的制定等诸多领域缺乏完整原始数据支持的问题,提出了一种基于LabVIEW的通用型飞行参数测试系统.通过模拟座舱操控输入信息,如飞行摇杆、油门杆、开关控制面板和飞行脚舵等模拟指令,实现了与项目相关方的三维视景仿真软件的系统联试.多次测试结果表明:系统能够对飞...     

基于多体动力学的火箭飞行仿真

火箭飞行过程伴随着质量、质心、惯性矩的变化和控制力的调整,其模拟仿真是个非常复杂的学术和技术问题.基于多体动力学软件Adams,建立火箭箭体的三维模型,编制火箭飞行过程仿真的流程控制子程序、重力变化子程序、控制力子程序和气动力函数,搭建火箭的飞行仿真平台,实现火箭飞行过程中的质量、质心变化的仿真,并且给出关键功能的验证和应用算例.     

飞行控制系统可视化仿真平台设计

提出一种通用的飞行控制系统可视化仿真平台,以并行化计算思想设计系统总体框架,通过OpenMP多线程并行多核编程技术和单程序多数据流技术实现飞行动力学系统和飞行控制系统的并行解算。该平台可以载入各种飞行控制器、飞行动力学模型和数字地图进行仿真,能以数字、曲线和三维动画的形式显示仿真结果。以Beaver多模态自动驾驶仪仿真设计为例进行验证,结果表明该平台具有执行效率高、易于扩展和通用性强的优点。     

Robust multi-mode flight control design for an unmanned helicopter based on multi-loop structure

In this paper, a novel multi-mode flight control strategy for unmanned helicopter, in presence of model uncertainty, atmospheric disturbances and handling qualities specification requirements (as in ADS-33E), based on multi-loop control structure combining robust H-infinity and PI control is presented. In inner loop H-infinity optimal control technique is utilized ensuring the stability of flight control system in case of change of helicopter dynamics, model uncertainties and eliminates effect of gust disturbance on helicopter states and collective/cyclic inputs. PI control in outer loop is used to improve the dynamic and static operation characteristics. Attitude control and attitude holding flight mode with satisfactory command response and decoupling characteristics is designed using the proposed control strategy. Analysis and simulation results show that Level 1 handling requirements as defined in ADS-33E are accomplished even when helicopter is under constant wind circumstance.     

Modeling and simulation study of an insect-like flapping-wing micro aerial vehicle

The goal of this paper is to show some of the most important features of flying insects from a control point of view, describe in details the kinematics of insects during flapping flight, establish the corresponding kinematics equations of flying insects, analyze the force and moment acting on the flying insects, and establish the corresponding aerodynamic equations. Through the kinematics equations and aerodynamic equations of flying insects, the trajectory equations and attitude equations have also been established. A detailed mathematical model of flying insects is presented in this paper, which including 3 d.o.f. of wings kinematics, i.e., flapping, lagging and feathering, and 6 d.o.f. of insects body, i.e., yaw, roll, up–down flight, left–right flight and fore–back flight. All these motions of flying insects are interrelated by the kinematics equations, attitude equations, aerodynamics model and dynamics equations of the insects' centroid. In the findal part of this paper, the mathematical simulation model of flapping-wing insects is set up and the corresponding simulation curve created.     

基于网络的飞行传感器仿真系统研究

提出了一种基于TCP／IP协议的传感器仿真系统,模拟无人机实际飞行中各类传感器的信导和电气特性,解决了全数字无人机飞行仿真系统中对飞机传感器进行实时仿真的问题。     

Nonlinear system identification of a small-scale unmanned helicopter

This paper presents a comprehensive method for identifying the nonlinear model of a small-scale unmanned helicopter. The model structure is obtained by first principles derivation, and the model parameters are determined by direct measurement and system identification. A new adaptive genetic algorithm is proposed to identify the parameters that cannot be directly measured. To simplify the identification process, the overall system is divided into two subsystems for identification: the heave–yaw dynamics and the lateral–longitudinal dynamics. On the basis of the input–output data collected from actual flight experiments, these two subsystems are identified using the proposed algorithm. The effectiveness of the identified model is verified by comparing the response of the simulation model with the actual response during the flight experiments. Results show that the identified model can accurately predict the response of the small-scale helicopter. Furthermore, the identified model is used for the design of an attitude controller. The experiment results show that the identified model is suitable for controller design.     

飞行仿真中基于FLUENT气动系数计算的应用研究

气动系数模块是飞行性能仿真中的主要组成部分,主要完成飞行性能仿真中气动力和力矩的计算,气动系数数值的准确与否对飞行性能仿真的逼真度起关键性作用。由于计算机的发展,计算流体力学CFD（ComputationalFluidDynamics）的地位与作用很快得到提高。以纵向气动系数为例,探索利用计算流体力学CFD软件FLUENT对飞机进行实体建模,从而弥补气动数据的不准确或不完备问题,建立完备而准确的气动数据库,实时在线解算气动系数,进一步真实模拟飞机的飞行性能。     

基于Animation的6-DOF无人飞行器可视化半实物仿真

MATLAB中Aerospace工具箱的6DOF Animation模块，是飞行仿真可视化的方便工具。然而，由于不支持定步长运算，使得它无法直接应用于半实物仿真的可视化。该文分析了半实物仿真平台的需求，并根据其需求改写了6DOF Animation模块，使得它能够支持定步长运算。将这个模块应用于6-DOF无人飞行器半实物仿真的三维动画演示，能够满足仿真实时性、时间确定性的要求。     

设计模式在飞行仿真软件中的应用

飞行仿真已经成为飞行控制系统分析、设计和研发过程的一个重要部分,仿真软件的设计是实现仿真目的的关键.面向对象仿真方法是当前飞行仿真软件发展的一个重要方向.而设计模式是面向对象技术的最新进展之一.本文介绍了设计模式的原则与策略,简要描述了飞行仿真系统的结构与主要功能.以此为基础,通过UML类图示例,详细论述了多个设计模式在飞行仿真软件设计中的应用.最后重新设计和开发了数字飞行仿真软件.     

改进变步长算法在实时飞行仿真中的应用

飞行模拟机是民航训练飞行员的重要装备,飞行仿真系统是飞行模拟机的重要系统之一.飞行仿真要建立飞机的全量运动方程,利用数值算法解算运动方程达到仿真飞机飞行状况的目的.采用四元数法表示的飞机欧拉方程能够克服普通欧拉方程奇异性,但用定步长方法解算会产生较大累积误差,所以必须采用变步长方法.实时飞行仿真要求较高的实时性与逼真度,通过仿真试验分析,确定了采用一种改进变步长2阶Runge-Kutta法,该方法具有迭代次数少,解算精度高,实时性强的优点.利用该改进变步长算法,编写了实时飞行系统仿真软件,软件中使用相应算法解决了变步长算法选择步长与系统迭代定时时间不匹配的矛盾,实现了精确的实时仿真.