飞行模拟器（共11篇）
飞行模拟器 篇1
1 模拟飞行器
Flight Gear在飞行环境中仅会建立唯一的空气动力模型, 如果飞行动态模块 (FDM) 拟真程度不高, 用户的飞行感受将大打折扣。比如自动驾驶或者动态反馈, 即使单独运行时的效果得再逼真, 也可能会由于FDM的问题, 而带给飞行员完全错误的飞行感受。
因此, Flight Gear为所有的代码后面预留了一个面向对象的FDM接口, 一旦发现当前的FDM无法满足用户的需求, 额外的FDM将可以直接以代码的形式添加到对象中, 而不影响现有应用程序的性能。
最早的FDM名为La RCsim, 它以Cessna172初教机为原型, 使用带有强制系数的硬编码的专用C源码编写, 这一飞行模型能适用于绝大多数的飞机情况。包括专门为飞行培训设计的故障科目, 如发动机熄火故障, 不同程度的风切变等。
伊利诺伊大学的一个研究小组创建了La RCsim的衍生物, 它具备高度简化的模型, 且唯一真正的用途仅仅是模拟飞行器的巡航状态, 这个改动主要用来研究飞行器表面积累的冰层会对飞行操纵产生的影响。
另一个研究小组开发了一个完全参数化的FDM代码库, 其中所有的信息可通过XML格式的文件进行检索。这个项目能独立运行一个完整的环境模拟, 去测试空气动力学动作和其他行为指标, 并收集Flight Gear环境对象上的各类参数, 以此提供一个集成的数据系统。这一模块主要提供初学者驾驶的教学机与资深飞行员操纵的试验机之间的数据对比。
在不依赖自动控制支持的情况下, 学习操纵飞行器的一个重要方面是理解各种操纵极限和仪表误差, 当然, 这需要飞行数据指示出真实可用信息。但由于传感器固有的误差修正, 仪表面板列示的信息也存在相应误差。当Flight Gear仪表面板先进到仅有两个实施极限而没有任何误差的时候, 程序开发者就从模拟简单的仪表进近到达了重现复杂的落地冲量变化的程度。
这段代码的复杂程度较高, 即便一个简单的陀螺仪也可以发生很多导致误差的异常情况, 比如转速下降、抖动、转轴偏移、因万向节故障而导致停转甚至反向转动、电源供电不足或者偶发闪断。基于大气数据的仪表会在特定的气象条件下出错、响应缓慢、因雨水而导致线路阻断甚至因冰雪覆盖而无法使用。无线电导航则受视线的限制、因丘陵和湖泊而发生特殊的反射现象、而远距离信号站的信号则会被路径上的其他飞行器干扰。这还不包括磁罗盘的各种误差情况。
2 模拟世界
Terra Gear这一项目的目的是开发一种开放源代码的工具, 包括渲染数据库和收集免费的数据去建立地表的3D模型以完成实时渲染功能。互联网上有许多方便可用的地理信息系统 (GIS) 。但由于Flight Gear的核心数据必须不受限制, 因此该项目默认仅使用源码而非任何有强制权限的衍生产品。符合这样条件的代码有三类。
(1) 数字高程模型 (DEM) 数据通常是一组规则网格上的高程点。目前, 免费数据的精度仅达到100-1000米, 这是从美国地址勘探局 (USGS) 得来的。
(2) 其他更特殊的数据, 如机场信标, 灯塔的位置, 无线电发射塔, 诸如此类, 已由各个政府部门一一认可。它们通常提供一个简短的文字描述以及该项目所处的地理坐标。
(3) 多边形数据, 比如地形轮廓, 湖泊, 岛屿, 池塘, 市镇, 冰川, 农田和野生植被可以从USGS或其他源代码获取。GSHHS数据库提供了一个高度详尽和准确的全球地形数据。
从某些渠道获取源数据限制性很强的授权, 然后通过使用Terra Gear工具生成增强后的场景并分发给他人使用的转化行为值得Flight Gear和Terra Gear鼓励, 最基本的开放源代码数据包无法做到这些。
显卡在渲染场景时, 必须在图像质量和运算速度间进行折中。如果显卡的运算速度更快, 那么在保证平滑的视觉效果的同时, 更多的图像细节就会被加入到场景当中。
视觉效果都来自人工合成的, 它具备足够的信息去支持人工的导航行为。压缩数据要求每平方公里约1千字节。所有的场景数据库中包含的信息被统一划分为四个层级, 每个层级的变化规模由特定的因数决定, 最小的视景元素约为100平方公里。
公共领域里发布的数据大都存在质量偏低、日期陈旧或者覆盖面积狭小等问题。由这样的数据生成的场景与真实世界相比可以说是完全错误, 但视觉上却并不容易发现这些问题。这些错误更多的显现在电子导航的过程中, 比如依赖仪表的飞行, 路径公差极其明显。在并不完美的场景中按照Jeppesen航图进行导航是非常令人沮丧的, 有时候用这种方法甚至无法完成导航。
为了避免这个尴尬的结果, Atlas项目组开发了相应的软件, 可以将实景数据和Flight Gear所用的数据库文件自动整合成为带有航空风格的图表。尽管这些数据与真实世界的差异巨大, 对于真实飞行器的运行毫无用处, 但它非常准确的匹配了上述虚拟世界的细节特征, 与Flight Gear的飞行器操作无缝对接。
该项目还包括同名的Atlas应用。这可以用于浏览这些地图, 同时也可以直接与Flight Gear关联, 用以将模拟飞行器当前的位置在移动的地图上显示出来。这个功能在模拟器飞行员中的使用率并不高, 因为大多数小型飞行器都不配备带有移动地图显示功能的GPS组件。不过, 无论如何, 移动地图对于教员给学员评测打分这一环节还是很有用处的。
鉴于二者常用的功能, Flight Gear和Atlas发生关联的情况是比较特殊的。Flight Gear能够向串口或者UDP网口发布一系列符合NMEA标准的位置报告数据流。而Atlas可以接受NMEA格式的位置数据并校正移动地图图像。正在浏览Atlas航图的用户可以放大、缩小或锁定机场、航站楼、地形着色的图像, 还可以对图层进行命名。
参考文献
[1]A.R.Perry, C.Olson.The Flight Gear Flight Simulator History status and future[A].http://www.flightgear.org/, 2000.
飞行模拟器 篇2
分析了飞行模拟器模拟逼真度的概念和研究内容,提出了一种实用的评价方法.根据飞行模拟器的组成模块和结构,在驾驶员-飞机操纵回路分析的基础上,应用模糊评价的基本原理,建立了逼真度的评价模型,以专家的评定意见为主要依据,对某模拟器的.逼真度进行了评价.实践证明,该方法可有效评价飞行模拟器的逼真度,提高模拟的有效性.
作 者：王远达 宋笔锋 李小奇 张坚毅 易华辉 WANG Yuan-da SONG Bi-feng LI Xiao-qi ZHANG Jian-yi YI Hua-hui 作者单位：王远达,WANG Yuan-da(西北工业大学,航空学院,陕西,西安,710072;空军航空大学,军事仿真技术研究所,吉林,长春,130022)
宋笔锋,易华辉,SONG Bi-feng,YI Hua-hui(西北工业大学,航空学院,陕西,西安,710072)
李小奇,张坚毅,LI Xiao-qi,ZHANG Jian-yi(空军航空大学,军事仿真技术研究所,吉林,长春,130022)
模拟飞行时代 篇3
这种模拟器既可以定义为一种飞行培训设备，也可以说是一种大玩具。它的虚拟软件能模拟出真实环境和气候，如果你想去阿尔卑斯山飞，它能瞬间让你置身阿尔卑斯山脉。180度的显示屏将会呈现出真实的阿尔卑斯山景色。随着你“驾驶”的这架航空器的飞行，景色也会变换，而山间的气流也会偶尔来侵扰你的飞行。
如果你想在夜晚的纽约飞行，整座纽约城的夜景将置于你的鸟瞰之下，巨大、长方形的中央公园四周一片璀璨灯光，令人如痴如醉。
若你愿意，模拟器还能生成各种故障码，考验你在空中的紧急处理能力。这时你将变身某部电影中的孤胆英雄，感受争分夺秒、“命悬一线”的紧张与刺激。
正因为飞行模拟器的种种优势，一些飞行发烧友常会以这种经济、便捷的方式来过飞行瘾。不久前，本刊在位于北京当代MOMA的捷一魔炫飞行体验中心组织了一场驾驶飞行模拟机的俱乐部活动，藉此向读者介绍这种“地面上的飞行”。
电影中的“外行开飞机”
驾驶固定翼飞机真的很令人紧张。当舱门关上后，驾驶者便处于完全封闭的状态，没有教员现场指导，一切都是通过耳机交流。过去有一部叫《插翅难飞》的电影，就是讲在遭遇劫机之后，塔台指挥一位从未开过飞机的人紧急迫降。当时我真有这种感觉。一切迫降动作都靠自己临时琢磨了，跑道对偏了也没有办法。在经历了许多违规操作之后，飞机最后冲出了跑到，好在是驾驶模拟机，没发生大事故，我安然无恙。不亲身体验，但不能体会到一名飞行员心里巨大的责任感。
飞行在夏威夷海滩
直升机模拟器真像个大玩具，特别是仿真程度很高的模拟飞行设备，飞行的感觉很棒。
我选择的模拟场景是夏威夷的海滩。坐在“直升机”内，放眼270°的视野内，全是夏威夷海滩美景，湛蓝的海水和天空，绿树覆盖的森林公园，一切非常逼真。在操纵控制杆飞行时，眼前景色、视角也随之变动，“直升机”本身也在模拟位移、失重，就像真实飞行一样。唯一和真实飞行不同的可能是驾驶员的心态，因为知道是模拟机，所以一些危险的动作我也做了，但是在实际操控中，我肯定不敢做。
尝试在启德机场降落
固定翼的操纵杆敏感是我试驾最大的体会，手稍微一动，变化幅度就很大，我很难控制。我飞行的模拟机场是世界上起降难度最大的机场——香港启德机场。因为机场周边复杂的空域环境，我降落时非常紧张，最终花了10多分钟才对准机场跑道。在巡航时，模拟器中也能感受到飞机的速度感，这比在陆地上驾驶玛莎拉蒂开到200千米/时还要刺激。
在体验过程中，我发觉驾驶直升机比固定翼更难，手上动作与脚上动作需要完全分开，手上操控高度、速度和水平状态，脚上则操控直升机的旋转方位。这种高难度的操控体验非常有趣。
机长有话说
模拟器是培训设备兼玩具
以前，国内仅仅用于军方、民航培训专业飞行员的模拟机，现在在北京、上海等大城市也面向公众开放，让大家在地面感受逼真的飞行体验。
如果你想到体验中心一试身手，只需前往这类飞行体验中心，告诉客户经理你的飞行要求，例如你想在低于3海里的能见度、要有侧风的净空起飞，可选择在佛罗里达代托纳比奇机场降落。当模拟器按照这些要求设置之后，你便可以开始地面飞行了。
事实上，飞行模拟器不再是单一的飞行员培训设备，它也是一种刺激有趣的休闲体验设备。
飞机飞行模拟器方案设计 篇4
飞机飞行模拟器产品的研制与生产, 国外起步较早, 从60年代就已经开始, 1970年有了产品标准, 经过四十年的持续发展, 已可以进行批量化和系列化生产。国内起步于20世纪80年代初, 其应用经历了非持续性发展, 经过近30年的技术和经验积累, 近年来才形成了产品标准, 飞行模拟器的使用在国内正在普及[2]。
1总体设计
飞行模拟器系统设计主要包括硬件和软件两部分。硬件包括: 仿真驾驶舱、教官台及六自由度运动平台。软件包括:飞行仿真软件和教官台软件。
2硬件设计
2.1仿真驾驶舱
仿真驾驶舱主要包括用于仪表显示的显示器、飞机操纵件、飞行员座椅, 以及安装上述设备的金属台架。
显示器采用5台28寸带触摸功能的液晶电视, 用于显示飞机驾驶舱中央仪表板与中央操纵台等信息。显示器布局及显示信息如图1所示。
仿真硬件系统主要包括脚蹬、驾驶盘及油门台这三个操纵件。 仿真硬件依据飞机真实操纵件1∶1设计, 数据通过USB接口发送至仿真硬件主机, 通过仿真硬件主机发送至飞行仿真系统, 以实现飞机的操控。
飞行员座椅采用皮质汽车座椅总成, 可调节前后位置、高度及倾斜角度等, 操作人员可调节适合自己的坐姿。
台架主要包括金属机架, 用于安装飞行员座椅、仿真计算机、 液晶触摸屏、操作杆、油门杆以及各种通信电缆和插头等。
2.2教官台
教官台硬件包括一台主机及显示设备。显示设备选择触摸式一体机。一体机屏幕选用高清屏幕, 防眩护眼。机身内外喷漆, 防磁防锈防静电。
视景显示系统。视景系统硬件主要包括用于运行视景系统软件的高性能视景系统主机和用于显示视景软件的大屏幕电视机各一台。视景系统机箱采用4U机架式工控机。视景系统主机需要具备比较高的运算速度, 以保证视景软件运行流畅, 画面显示不存在卡顿现象。视景系统显示电视机采用55英寸高清大屏幕窄屏电视。
2.3六自由度运动平台
通过六自由度运动平台, 用户可以真实地感觉到飞机模拟器的速度、加速度等姿态信息。六自由度运动平台是由六支油缸, 上、下各六只万向铰链和上、下两个平台组成, 下平台固定在基础上, 借助六只油缸的伸缩运动, 完成上平台在空间六个自由度 (X, Y, Z, α, β, γ) 的运动[3]。
3软件设计
3.1飞行仿真软件
主飞行仿真软件为Prepar3D软件。Prepar3D是由洛克希德马丁购买微软飞行模拟 (FSX) 的商业版本平台, P3D是面向专业领域的实时三维仿真引擎。很多用户从网上下载或自行制作飞机、 仪器, 以求达到更加真实的效果。甚至有很多的飞行员 (准飞行员) 在他们的飞行考试前也使用这些和真实飞机极为相似的附加飞机来练习[4]。
视景系统软件用于显示飞机飞行时, 机舱外的景色, 包括各种视角展示的飞机、起降时的机场、关键地标建筑物、一般建筑物、 道路, 地表等信息 (见图2) 。
3.2教官台软件
教官台主要提供主飞行仿真软件的设置, 包括“飞行计划、气象条件、故障、飞行记录、复位、燃油-装载、飞行选择”七个功能。
4结语
本文从飞机模拟器软硬件组成方面, 详细描述了设计方法。该设计方案已成功运用到各种飞行模拟方面的需求, 经过现场反复使用, 验证了模拟的真实性和稳定性。此外, 将该方案中的功能进行适当增删, 可用于机载设备飞行仿真环境搭建或学生飞行体验, 具有很好的可推广性。
摘要：飞行模拟器主要用于民用与军用飞机飞行员的飞行训练, 是飞机试飞员、飞行员、领航员和地勤人员进行技能培训和维持、飞行训练、试验研究的有效手段。该文主要介绍了飞机模拟器的基本组成, 从软硬件方面详细描述了模拟器各子系统的设计与实现方法。实践证明, 该模拟器性能稳定, 操作方便, 能满足专业人员飞行训练的需要。
关键词：模拟器,驾驶舱,运动平台,视景
参考文献
[1]谷树山, 柴守权, 王江南.飞行训练模拟器设计[J].电脑编程技与维护[J].2013 (6) :73-75.
[2]蔚彪.飞行模拟训练经济性研究[J].长春理工大学学报, 2009, 4 (4) :187-188.
[3]宋国峰, 程忠涛, 袁立鹏, 等, 运动模拟器及其运动平台系统的发展现状及应用前景[J].机械设计与制造, 2008 (6) :230-232.
微软模拟飞行10新手教程 篇5
一、简单键位（本篇选择鼠标操作，在飞行中点击鼠标右键在菜单里选择）飞机姿态操作键：
鼠标操控（上下控制升降舵，左右控制副翼；上下移动鼠标，飞机机鼻上升或下降；左右移动鼠标，飞机左倾斜或右倾斜。）飞机动力操作键：
F1引擎最小马力（停止）F2缓慢减小引擎马力（长按，停按可锁定；在地面长按启动反推力）F3缓慢增加引擎马力（长按，停按可锁定）F4引擎最大马力空格键刹车其它控制：
F5襟翼完全收起F6襟翼缓慢收起（停按可锁定）F7襟翼缓慢放下（同F6说明）F8襟翼完全放下 G起落架收起/放下Shift+E舱门打开
飞行模拟器 篇6
空间碎片迫使航天员藏身俄飞船
3月24日，俄罗斯一颗报废卫星的一块残片迫使国际空间站上的6名航天员躲避到充当站上救生艇用的两艘俄联盟号载人飞船内，以便能在必要时迅速脱身。碎片最终从距站11千米处安全飞过。虽然撞到空间站的机率很小，但因发现较晚，已来不及规划实施大型机动，而一旦相撞后果严重，所以地面控制部门下令站上6人藏身到对接在站上的两艘联盟号飞船内。这是站上航天员12年来第三次因有空间碎片飞近而躲到飞船内。这块碎片是俄“宇宙”2251军事通信卫星的一块残片，据称尺寸较小。该卫星2009年同美国“铱”33卫星相撞，形成约2000块新碎片。(阳光)
“质子”号发射“国际通信卫星”22
3月26日，国际发射服务公司的俄制“质子”M／和“风”M火箭在拜科努尔发射场成功发射了国际通信卫星公司的“国际通信卫星”22通信卫星。卫星被送入远地点约6.5万千米的超同步转移轨道，据称由此可节省燃料。“国际通信卫星”22由波音空间与情报系统公司建造，采用波音702MP中等功率新型卫星平台，是首颗被发射入轨的采用该平台的卫星，发射重量6199千克。它将接替东经72度轨位上的“国际通信卫星”709，利用其48路C波段和24路Ku波段36兆赫等效转发器向非洲、亚洲、欧洲和中东的媒体、政府和网络服务用户提供服务，预计将能工作18年。(江山)
“龙”飞船将发往国际空间站
飞往国际空间站的首艘商业飞船推迟到5月发射。由太空探索技术公司研制的这种“龙”无人货运飞船此次将执行的是一项验证任务。发射原定在2月初进行，但因需用对飞船及其软件进行测试而推迟。飞船将由太空探索公司的“猎鹰”9火箭发射，如获成功，将成为首艘同国际空间站交会对接的私营飞船。此次试飞是美商业航天飞行业向前迈出的关键一步，将试验飞船为空间站运送货物的能力。飞船靠近空间站后，站上航天员将利用站上机械臂将其捕获，然后装到“和谐”节点舱面向地球的一侧。“龙”飞船首次试飞是2010年12月进行的。它当时绕地球飞行了两圈，然后溅落到太平洋上。太空探索公司若成功满足了相关要求。将可从美航宇局拿到总共3.96亿美元的经费支持。(江山)
俄发射预警卫星
3月30日，俄罗斯“质子”K／DM组级火箭在拜科努尔发射场发射了“宇宙”2479军事卫星，据信这是一颗用于探测导弹发射的“眼睛”型红外预警卫星。这是质子K型火箭最后一次发射，也是该型火箭1967年投入使用以来的第310次发射。质子号系列中的现代化升级型号质子M已承担起商业卫星和俄政府有效载荷发射工作。质子号系列自1965年以来已发射375次。(阳光)
飞行模拟器座舱仪表通信技术研究 篇7
在现代航空工业领域当中,现代飞机要求大量数据信息能够快速、有效地在飞机系统与系统、系统与部件之间进行高速传递。目前相当数量的军用机、民用机及运输机的数据通信都采用美国航空无线电公司(ARINC)制定的民用航空数字总线传输标准ARINC429,它定义了航空电子设备和系统之间相互通信的一种规范。
飞行模拟器是能够复现飞行器及空中环境并能够进行操作的模拟装置。模拟器上集成了许多数字仪表,可以按照ARINC429总线协议标准实现仪表与飞行模拟控制计算机间的数据传输。构建ARINC429总线网络可使用ARINC429总线控制芯片。但是考虑到经济因素,ARINC429总线控制芯片具有通用性即不够灵活、飞行模拟控制计算机无相应接口与之直接通信。文中提出在航空仪表周围开发出将以太网数据转化为ARINC429总线标准数据的模块。这样飞行模拟控制计算机就可以通过网络快速与航空仪表进行数据通信。
文中给出了以数字信号处理器(DSP)、FPGA、RTL8019AS以太网控制器、TCP/IP协议栈等构成的以太网转ARINC4299总线协议标准数据模块。
1 飞行模拟器座舱仪表通信系统总体结构
本系统如图1所示主要由交换机、以太网转ARINC429总线控制模块、航空仪表、仪表控制计算机组成,系统中的交换机、航空仪表是现成的,因而本系统所要解决的主要问题即为以太网转ARINC429总线控制模块如图2所示。
该模块主要由DSP 、FPGA、RTL8019AS、网络变压器等器件组成。
核心器件的主要功能及作用:主控芯片采用的是TI公司的TMS320LF2407A数字信号处理器,该芯片采用3.3V供电电压,最高主频可达40MHz,芯片具有丰富的片内外设,如异步串行口、AD、CAN总线、看门狗、事件管理器等。在本系统中DSP2407主要的功能是实现对以太网控制器数据进行接收处理,最后将数据发送给FPGA进行处理。
以太网控制芯片采用的是台湾瑞昱公司生产的RTL8019AS,具有8/16位总线模式,集成了IEEE802.3协议标准的介质访问控制子层(MAC)和物理层的性能,收发可同时达到10Mbps的速率。在系统中主要实现网络数据通信过程中的数据链路层和部分物理层的功能。
FPGA是现场可编程门阵列逻辑芯片,本系统中主要实现将DSP发送给FPGA的以太网数据转化为符合ARINC429总线标准的数据帧。
2 系统的实现
以太网转ARINC429总线控制模块实现主要包括3个部分:硬件设计、软件协议栈设计、逻辑设计。
2.1 硬件设计
用TMS320LF2407A和FPGA实现以太网转ARINC429总线控制模块的电路图如图3所示。
本系统中寄存器的基地址设置为300H,RTL8019AS共有32个输入输出地址:寄存器地址00H～0FH,DMA地址10H～17H,复位端口18H～1FH。因此A0～A4与DSP的地址线相连接即可,高位地址可以直接与VCC或者GND连接。这样可以减少PCB的连线。AEN引脚是地址有效使能信号,低电平有效,可以直接与DSP的IS信号连接。同时IQRB、IQWB、RSTDRV分别与DSP的读使能RD、写使能WE、复位信号RST连接。
DSP2407采用的是3.3V供电,RTL8019AS采用的是5V电平信号。DSP2407不能承受5V的电平信号,因此DSP与网络控制芯片之间的数据总线D0～D15间加一片16位宽度的SN74ALVC16245实现电平转换。由于片选、读写控制、地址信号都是由DSP发出的,且满足RTL8019AS的逻辑电平要求,因此可以不加电平转化芯片。
RTL8019AS与以太网进行通信,需要使用网络变压器,网络变压器可以将系统与网络隔离开、避免系统受到以太网的影响,同时还将RTL8019AS发出的数据信号调整到符合以太网的电平标准。
DSP与FPGA的连接信号主要包括地址数据总线、读写控制信号等。DSP向FPGA发送数据,然后FPGA通过FIFO、移位寄存器等将收到的数据变化为符合ARINC429标准的数据帧。最后使用HI-8571ARINC总线驱动器将数据送给仪表。
2.2 软件协议栈设计
以太网转ARINC429总线控制模块软件部分主要包括3个部分:网络控制芯片的驱动程序、TCP/IP协议栈的移植、设计应用层协议。
2.2.1 驱动程序
RTL8019AS芯片主要实现数据链路层和部分物理层的功能,对以太网数据帧收发进行控制。对于开发人员来说,驱动程序相对简单,只需要对寄存器操作。当发送数据的时候,只要按照以太网协议的格式,将数据写入到RTL8019AS的RAM中,然后启动发送命令,RTL8019AS会将以太网数据帧转化为物理信号在以太网上传输;当网络上有传送给本系统的数据时,RTL8019AS会自动地将物理信号转化为以太网数据帧存储在内部RAM中,用户可以使用查询或中断的方式来读取RAM中的数据帧。
芯片初始化步骤:
(1)网卡的复位。
(2)设置数据接收和发送配置寄存器RCR、TCR。
(3)设置接收缓冲区的起始、结束页地址PSTART、PSTOP。
(4)设置发送缓冲区起始页地址TPST。
(5)设置网卡接收的读写指针BNRY、CURR。
(6)设置网卡地址和数据配置寄存器。
数据发送程序步骤:
(1)启动远程DMA,将数据写入RAM中。
(2)启动发送命令。
数据接收程序步骤:
(1)通过查询的方式比较BNRY、CURR寄存器的 值,判断BNRY+1
(2)如果成立,启动远程DMA读RAM中的数据。
2.2.2 TCP/IP协议栈移植
TCP/IP是一个庞大的协议集,嵌入式系统由于受到资源方面的影响,不能将所有的协议移植进嵌入式系统,当然也没有必要移植所有的协议。本文中主要实现了IP、ARP、ICMP、UDP。本系统主要实现接收来自飞行模拟控制计算机UDP数据包。协议数据的接收实际是数据的解封装的过程。数据包解封装过程如图4所示。
接收数据包流程如图5 所示。
模块接收到以太网数据包时,判断是ARP数据报还是IP数据报,如果是IP数据报,则继续解析;否则进行ARP处理。解析出的IP数据报如果是UDP包,则接下来对应用层协议处理,本系统中要处理的是类ARCIN429协议;否则进行TCP或者ICMP处理。
2.2.3 应用层协议
以太网转ARINC429总线控制模块收到了UDP数据后,还要将UDP数据作相应的处理才能发送给FPGA,这样有利于FPGA逻辑部分的实现,同时也能保证数据的可靠性。因此有必要根据ARINC429数据字格式对UDP数据进行一个重新封装。ARINC429数据字格式由32位组成如表1所示。
规定:每次通过以太网发送给此模块的UDP数据为6个字节:第一字节为标志码、第二字节为源/目的地址识别码、第三四五字节为数据区数据、第六字节为符号状态位。按照表1的ARINC429数据字将UDP数据填入到相应的区间,最后进行奇偶校验运算后发送给FPGA处理。
2.2.4 逻辑设计
ARINC429总线使用差用差分信号传输,采用双极回零调制技术。速度达到100kbps。逻辑设计框图如图6所示。模块采用的是Spartan3E系列x3c100e FPGA,CLKOUT为DSP的输出时钟信号,大小为10MHz,它与FIFO的CLK_WR相连,使用DCM分频产生100kbps的CLK_RD时钟。考虑到DSP外部接口为16位数据宽度,发送两个数据就可以构成32位的ARINC429数据帧,因此逻辑设计中使用的是16位宽度DIN,32位宽度DOUT的异步FIFO。
数据在FPGA中的传输变化流程如下。
首先,FPGA将接收到的数据存储在异步FIFO中,然后根据空信号empty和移位寄存器空信号shift_empty来控制FIFO的读使能信号,读有效时将32位的数据送到移位寄存器,通过时钟信号一位一位地送给编码模块处理,最后得到需要的ARIN429信号。
在Modelsim环境下的仿真波形如图7所示。
图8中clk_wr和clk_rd分别对应FIFO的写时钟和读时钟,din为DSP送入FIFO的16位宽度数据,shift_empty为移位寄存器的空标志,如果为高电平代表数据帧已经从移位寄存器中发送完成,可以继续通过32位宽度的dout从FIFO读取数据。Data_effective表示ARINC429数据的有效性,有效时,data_429和data_429_n电平互补。当无效时输出的data_429和data_429_n都为低电平。
图8中输出的data_429和data_429_n信号还需要进行双极回零调制编码。
图8中out_429与out429_n信号为经过双极回零调制信号。相应的代码为:
最后将这两个信号送入ARINIC429电平驱动芯片HI-8571PSIF。
3 结束语
该以太网转ARINC429总线控制模块可以方便地实现飞行模拟控制计算机与航空仪表间的数据通信,同时为航空仪器仪表方便接入以太网提供了较好的解决方案。该方法综合了ARINC429和以太网数据通信的优点,在不降低系统可靠性的前提下,整个系统的从经济性、通信的带宽得到了很大的提高。但是系统也有一些不足之处,有些仪表有反馈信号送给飞行模拟控制计算机,系统目前只能实现单向的ARINC429数据传输。
因此下一步的工作可以继续研究探讨如何实现将航空仪表的ARINC429数据反向传输给飞行模拟控制计算机。
摘要：针对飞行模拟器座舱仪表控制系统的结构特点,提出基于DSP的以太网控制系统来实现仪表的ARCINC429数据通信;研究了TCP/IP协议栈的移植,并且根据ARINC429协议设计出相应的应用层协议,最后通过FPGA模拟ARCINC429标准的数据。整个系统运行表面,以太网转ARINC429总线控制模块结构简单,稳定可靠。
关键词：飞行模拟器,DSP,FPGA,RTL8019AS,ARCINC429
参考文献
[1]刘和平.TMS320LF240X DSP C语言开发应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.
[2]孙鑫.VC++深入详解[M].北京:电子工业出版社,2006.
[3]段旭良.基于DSP嵌入式以太网通信系统的设计[D].哈尔滨工程大学硕士学位论文,2009:18-25.
[4]Guangjie Han,Mo Guan,Hai Zhaa.EWS:Providing Internet Con-nectivity for non-PC Devices[C].Proceedings of the 2004 IEEEinternational Conference on Networking,Sensing&Control.Taipei,Taiwan,March 21-23,2004.
[5]徐志军,徐光辉.CPLD/FPGA的开发与运用[M].北京:电子工业出版社,2001.
飞行模拟器 篇8
航空仪表是人与飞机的交互界面,为飞行员提供飞机的高度、空速、升降速度、航向、姿态以及发动机的工作状态等信息。在实际飞行中,特别是在复杂气象条件下飞行时,航空仪表的地位尤为重要。同时“仪表飞行”也是飞行训练的一个重要课目。因此,在飞行模拟器的设计过程中,仪表仿真系统的设计是影响飞行模拟器性能指标的关键因素之一。
对于飞机实装仪表,既有机械式和电气式,又有模拟电路电子式,具有制作精密、原理及结构复杂、控制信号多样化、成本高等特点,很难直接应用到飞行模拟器。另一方面,随着计算机软硬件技术的飞速发展,虚拟现实技术得到了越来越广泛的应用[1]。虚拟仪表又称图形仪表,它是用计算机模拟生成各种仪表表面,动态模拟实装仪表的指示情况,具有可移植性高,开发、维护费用低,技术开发周期短等特点。
在某型飞机飞行模拟器的研制过程中,根据任务要求,在对座舱结构、仪表布局特点和需求进行分析的基础上,结合现代仿真技术以及研制经费等综合因素的考虑,采用图形仪表技术实现部分航空仪表的仿真。在此给出了一种在Windows平台上采用Visual C++开发基于OpenGL的图形仪表的方法。
2 OpenGL
OpenGL是一个工业标准的三维计算机图形软件接口,是美国高级图形和高性能计算机系统公司(SGL)开发的三维图形库。它实际上是与图形硬件完全无关的程序设计API,独立于操作系统,有着强大的图形功能和良好的跨平台移植能力,具有可靠性高、可扩展性强、伸缩性好、灵活性强、易用等特点。OpenGL实现二维和三维的高级图形技术,在性能上表现得异常优越,它包括建模、变换、颜色模式设置、光照与材质设置、双缓存动画以及更先进的能力,如纹理映射、物体运动模糊等。OpenGL的这些能力为实现逼真的三维渲染效果,建立交互的三维景观等提供了优秀的软件工具。
3 图形仪表设计方案
在此所讨论的图形仪表系统包括图形仪表计算机、显示驱动卡、图形仪表显示器和模拟仪表板。图形仪表的显示信息来自飞行模拟器的主控计算机,因此系统需要在不同计算机之间进行参数传输,网络通信是必不可少的条件。本系统采用的是客户/服务器结构的应用程序,这种结构非常适用于分布式处理的计算机网络环境。由于系统是面向PC机平台的应用,因此采用基于TCP/IP协议的Winsock接口实现网络间的数据传输。图形仪表计算机完成对图形仪表的驱动和数据通信,主要包括网络数据接收、数据处理和仪表驱动等功能模块。为增加图形仪表的逼真效果,设计了模拟仪表板,系统结构框图如图1所示。
3.1 软件开发
图形仪表软件的开发平台由Windows 2000/NT、Microsoft Visual C++6.0和OpenGL组成。软件开发流程图如图2所示。网络通信程序的建立可参阅文献[2],在此仅讨论基于OpenGL的图形仪表实现方法。
3.1.1 OpenGL初始化设置
像素格式与渲染描述表是建立OpenGL程序的基础,Windows一般的应用程序是使用所谓的设备描述表(Device Context)进行图形的绘制输出,但OpenGL并不使用标准的设备描述表,它使用渲染描述表(Rendering Context)完成图形图像的映射,描述表的映射核心是像素格式的设置[3]。
OpenGL初始化设置主要完成以下工作:
(1)ChoosePixelFormat():选择像素格式;
(2)SetPixelFormat():设置像素格式;
(3)wglCreateContext():创建环境设备;
(4)wglMakeCurrent():设置环境设备;
(5)glMatrixMode():设置矩阵模式;
(6)glFrustum():设置视场空间范围;
(7)glViewport():设置视场显示范围。
3.1.2 纹理贴图的载入与管理
所讨论的图形仪表采用纹理贴图的方式进行绘制。纹理贴图技术也叫纹理映射技术,它是计算机图形学中广泛应用的一项重要技术。传统的几何造型只能表示景物的形状,无法描述景物表面的微观细节,而利用纹理图像来描述景物表面各点处的反射属性,可以达到模拟景物表面丰富的纹理细节的目的,提高计算机生成图形的真实性,另一方面,采用纹理映射的方法可以大大地简化建模的过程。
由于所需要的纹理贴图的数量比较多,为了节省系统开销,实现纹理对象之间的快速切换,利用纹理列表实现对纹理对象的载入和维护,如图2所示。对纹理对象的载入与管理主要用到以下几个函数:
(1)glGenTextures():创建纹理对象索引;
(2)glBindTexture():绑定/选择纹理对象;
(3)gluBuild2DMipmaps():载入纹理贴图;
3.1.3 图形仪表的绘制
图形仪表的绘制实质上就是利用OpenGL的纹理映射技术在VC++6.0下实现图像的动态显示。以升降速度表为例,介绍图形仪表的绘制方法。
首先准备两张图片,如图3和图4所示。图3为升降速度表的表盘掩码图,透明部分为白色RGB(0xff,0xff,0xff),非透明部分为黑色RGB(0x00,0x00,0x00);图4为升降速度表的表盘图,透明部分为黑色RGB(0x00,0x00,0x00)。将图3与背景图进行“与”运算(GL_AND),图4与背景图进行“或”运算(GL_OR),即可完成升降速度表表盘的显示。显示效果如图5所示。
指针的显示方法与表盘的显示方法相同,其旋转运动可通过调用glRotated()函数来实现,旋转角度值由主控计算机发出。升降速度表的显示效果图如图6所示。
图形仪表软件的仪表显示模块共包括以下8个函数,用来完成各块航空仪表的显示。
(1)my_draw_biao_kong():显示空速表;
(2)my_draw_biao_dp():显示地平仪;
(3)my_draw_biao_chui():显示升降速度表;
(4)my_draw_biao_wl():显示无线电罗盘;
(5)my_draw_biao_gao():显示高度表;
(6)my_draw_biao_zw():显示转弯侧滑仪;
(7)my_draw_biao_wy():显示发动机三用表;
(8)my_draw_biao_tlc():显示陀螺磁罗盘。
以上8个函数的入口参数由坐标位置、缩放系数和指针旋转角度等构成。坐标位置和缩放系数均来源于磁盘文件,其数据由专门的维护软件根据各块仪表在模拟仪表板上的位置和大小测试得出,并以文件的形式存于磁盘,指针的旋转角度信号则通过网络由主控计算机给出,图形仪表软件的运行界面如图7所示。
3.2 模拟仪表板的设计
为了增加图形仪表的逼真效果,为图形仪表设计了模拟仪表板。模拟仪表板的设计必须同时兼顾显示器可用区域尺寸、仪表位置、仪表板上安装的调节旋钮和按钮空间尺寸等因素。根据这些尺寸和影响关系设计模拟仪表板。
4 结语
利用OpenGL强大的图形功能,可以轻松地实现逼真的贴图模型,运用VC++可对OpenGL产生的模型进行更进一步的控制和变化。实践证明,基于OpenGL的图形仪表建模形象逼真、速度快、效率高,完全适合飞行训练的需要,达到了该型飞机飞行模拟器的任务要求,大大简化了飞行模拟器的设备组成,降低了整体研制费用,提高了模拟器的设计更改效率,缩短了航空仪表的研发周期。
摘要：针对某型飞机飞行模拟器仪表仿真的特点,提出了一种在Windows平台上采用Visual C++6.0开发基于OpenGL的图形仪表的方法,运用OpenGL纹理贴图技术实现了图形仪表的绘制。实际应用证明,该方法圆满完成了航空仪表的仿真,降低了飞行模拟器的整体研制费用,取得了良好的飞行训练效果。
关键词：OpenGL,纹理贴图,仪表仿真,图形仪表,飞行模拟器
参考文献
[1]谢晓方,欧阳中辉.虚拟现实技术及应用[M].北京:海潮出版社,2002:35-45.
[2]陈坚,陈伟.Visual C++网络高级编程[M].北京:人民邮电出版社,2001:69-78.
飞行模拟器 篇9
M飞行模拟器电动人感仿真系统是一种被动式力伺服系统, 多余力抑制是人感仿真系统研制过程中必须解决的关键问题。国内外学者对多余力的研究主要是基于负载模拟器系统进行的, 总体来讲, 是从改善加载系统机械结构或者设计相应的控制策略两方面着手抑制多余力, 也即结构补偿法和控制策略补偿法。
结构补偿法主要应用于电液式加载机构, 该方法是从改善加载机构硬件着手, 有缓冲弹簧法、同步反向补偿法、位置同步补偿法等。补偿方法是采用辅助元件从结构上消除多余力, 效果明显, 但这些方法设计成本高, 实现困难, 具有一定的局限性, 更重要的是不适合电动力伺服加载系统。
控制策略补偿法既可应用于电液式力伺服系统, 也可应用于电动伺服系统, 国内外学者提出了各种控制补偿策略。典型的如直接补偿法, 电动式加载系统的多余力是通过电机转子及转轴等多余转动惯量引入的, 如文献均采用直接计算法计算出多余力大小来抑制加载机构多余力。多余力在某一时刻由惯性力矩和加载控制误差构成, 为获得多余力必须计算出电机转轴瞬时角加速度和传动部分的转动惯量, 即从多余力的产生机理出发直接进行补偿。此方法具有快速、直接的特点, 但是系统的转动惯量和角加速度测量方法中有微分项, 所以实际应用中会伴有噪声的影响, 降低了加载的精度。如果采用专门的计算芯片来完成计算控制量, 结果会大大增加系统的复杂度, 降低系统的性价比。
此外, 多余力矩不仅与扰动的速度有关, 而且还与扰动运动的加速度和加速度变化率有关, 并且提出了从职能分工的角度考虑的复合控制策略, 此方法需要很高的信号处理技术, 因系统中含有高阶微分项, 在实际工程中很难实现。哈尔滨工业大学的张力勋采用位置同步补偿加载来抑制系统多余力, 位置通过角位移传感器获得, 理论上抑制了由位置扰动产生的多余力, 但此方法对元器件提出更高的要求, 无法获得精确的位置信号。
二、多余力抑制控制策略
飞行模拟器电动人感仿真系统是典型的被动式力伺服系统, 系统存在难以克服的多余力干扰, 且多余力受系统结构设计的影响, 控制系统的控制策略可弥补系统结构上的不足, 达到更有效的控制效果来抑制系统多余力。目前, 在提高控制系统性能, 抑制系统多余力方面, 概括起来有以下几种控制策略:
(1) 结构不变性控制策略
结构不变性原理实际上是利用控制理论中的前馈控制思想, 首先确定外部干扰的形式和引入方式, 然后根据设计的控制补偿预先加入控制系统。对系统形成干扰, 通过图中的加入前馈控制器进入前向通道, 在满足的条件下, 系统可实现精确控制, 结构不变性原理如图1.3所示。
用加载电机输出角速度和加载对象的输出角速度作为前馈补偿信号, 因为此时的cG (s) 中含有高阶纯微分环节且易造成干扰, 尽管可以将s用s/Ts+1来代替, 效果往往不尽人意。提出在角位移前馈补偿的基础上, 采用电流前馈扰动补偿法, 将微分阶数降低两阶, 在一定程度上提高了系统的控制精度。在实际应用中, 由于模型的近似性, 很难求得前馈补偿环节的准确模型, 这就使得Gc (s) ×Gb (s) =Gf (s) 不可能精确成立。
(2) 自适应控制策略
自适应控制作为现代控制理论的一个分支, 它通过在线调节控制器参数的方法来消除系统的非线性和模型不确定的影响。在非线性前馈校正基础上的模糊自适应控制, 较好地提高了系统的跟踪能力, 克服了系统非线性的影响, 但不能彻底消除位置扰动干扰。用计算机控制完成的消除干扰的自适应控制算法, 并给出对被加载体运动状态进行无偏估计的卡尔曼滤波算法, 但是在选择合理有效的目标函数方面存在不足。基于Backstepping的自适应控制算法, 保证了无刷直流电机的鲁棒性, 但是如何寻求最优反演函数还值得研究。
(3) 其它智能控制策略
随着现代先进控制理论的发展, 有很多新颖的智能控制方法应用到人感仿真系统的控制系统, 基于神经网络在解决非线性和自学习能力强的特点, 北京航空航天大学的沈东凯采用基于RBF (径向基函数) 神经网络的复合控制策略, 有效的提高了电动伺服系统的跟踪能力。针对液压式力伺服系统建立负载模拟器数学模型时提出系统多余力具有时变和非线性, 在多余力矩补偿环节加入了基于小脑模型关联控制器 (CMAC) 控制算法, 并进行了仿真研究。利用对脚回归神经网络与常规PID的并联进行控制。
以上这些智能控制方法对电动人感仿真系统的多余力抑制具有一定的借鉴意义, 应用于工程实际中还有很多实际问题需解决。为此, 采用一种合理且易实现的智能控制策应用于飞行模拟器人感仿真系统的控制系统, 具有很高的工程应用价值, 本文提出采用反馈-前馈迭代学习控制策略对飞行模拟器人感仿真系统的控制器进行设计。
三、基于反馈-前馈迭代学习的多余力抑制
迭代学习本质上是一种前馈控制, 与常规反馈控制相比, 迭代学习控制通过对同一任务的反复迭代计算, 最终能实现完全跟踪;而常规反馈控制具有对控制系统有很强的镇定作用。为此, 将迭代学习控制与传统反馈控制相结合, 形成反馈-前馈迭代学习控制策略, 可同时保证飞行模拟器电动人感仿真系统模型力的跟踪和较强的抗扰动性。
根据目前能够检索到的文献, 德国Siemens公司Wolfgang Hoffmann等人采用迭代学习控制方法对电磁气门的轨迹跟踪进行了仿真研究, 并取得了满意的效果, 使跟踪误差降低到0.004mm, 在理论上实现了预定轨迹的精确跟踪, 但还有待于进一步的研究。
飞行模拟器全数字式电动人感仿真系统属于力伺服跟踪系统, 对于给定被模拟飞机的型号, 其杆力-位移曲线模型为一固定曲线, 又由于驾驶杆 (脚蹬) 运动行程范围不变且沿直线运动。基于以上反馈-前馈迭代学习控制策略的突出优点和本文被研究对象的特点, 本文将采用反馈-前馈迭代学习控制策略对飞行模拟器电动人感仿真系统控制器进行设计及实验研究, 用以抑制力伺服系统的多余力干扰, 提高某型直升机模拟器人感仿真系统力感模拟的逼真度。
摘要：文章介绍了近年来随着计算机硬件水平的提高和三维仿真技术的普及, 飞行模拟器电动人感仿真系统的最新进展, 以及在将来的军事战场中的应用前景。
民用飞机模拟飞行软件研究 篇10
飞行仿真是把飞机假设为刚体的运动情况作为研究对象、面向复杂系统的仿真。以飞机的飞行力学和飞行控制理论为依据,通过Matlab/Simulink建立数学模型,并以此模型为基础进行模拟飞行试验与验证分析研究。飞行仿真系统是一个软件仿真系统,数学仿真模型覆盖所模拟对象的工作过程,包括从发动机启动之前直到发动机停车之后的所有飞机特性,以及因环境条件变化所引起的正常延迟效应,同时也对系统故障进行仿真[1,2,3]。
本文对民用飞机飞行仿真软件系统进行了研究,基于飞行仿真系统功能,对飞行仿真软件设计、流程和管理进行了分析,并对飞行仿真软件接口设计进行了剖析。飞行仿真系统通过飞机的相关数据建立动力和运动学模型,并利用验证数据完成整个系统逼真度验证。
1 仿真系统功能
飞行仿真系统主要功能是:通过把飞机作为物理实体进行数学描述,模拟飞机的本体特性,实时计算飞机的运动参数,基本功能包括以下几个方面:①对飞行任务剖面的飞行状态进行模拟;②模拟飞机在全包线、包线边界附近的飞行状态;③对飞机发生故障后的降级状态进行模拟;④对飞机在受外界扰动下的飞行状态进行模拟;⑤模拟典型的故障功能。
飞行动力学仿真模块是飞行仿真系统的核心,该模块基于刚体运动方程和绕质点转动方程,用于模拟飞机在空中和地面上的全部运动特性。模拟飞行系统中其它仿真系统如飞行控制、液压、动力、航电等仿真模块的输出结果,都会输入给飞行仿真系统进行综合计算,以实现对飞机运动的控制。具体功能需求如下:
(1)通过计算驾驶员操纵飞机后,飞行控制、动力和液压等系统对飞机气动模块的影响,实时解算出飞机飞行状态(飞行速度、飞行高度、飞行姿态、飞机构型等)和飞行位置(机场的坐标、经纬度),并通过驾驶舱仪表、视景系统实时反馈给驾驶员操纵和视觉感受,以便驾驶员在环评估。
(2)输出姿态角(俯仰、滚转和偏航)、气流角(迎角、侧滑角)、高度、速度等关键飞行参数给飞行控制系统,用于飞控计算机对飞机操纵面、油门指令的实时解算。
(3)系统初始化:用于对飞行状态、飞行条件和故障注入的设置和初始化,包括:飞行状态、飞行终止、飞行构型(襟缝翼位置、重量重心等)、大气环境、机场环境和大气扰动(紊流、阵风和风切变)。
2 飞行仿真软件系统设计
2.1 非线性飞机模型设计
飞机非线性模型是以飞行动力学仿真模块进行动力学计算,并把反映当时飞机位置和飞行状态的各种参数提供给其它相关的仿真系统。飞机全量运动方程组为六自由度非线性动力学模型的通用表达式,可用来计算最一般的情形(包括非对称、有风/无风、大扰动等情形)。
为便于描述,在满足工程应用需求的前提下,进行了如下假设:①平面大地(忽略地球的曲率和自转);②刚体飞机(不考虑旋转部件的影响,不考虑动气弹效应,仅在气动力模型中作静气弹修正)。
此外,是否考虑飞机质量、重心等随时间的变化,可按照具体仿真计算情形确定。
2.1.1 动力学模型设计
基于地面惯性参考系,根据牛顿第二定律,对飞机在合外力F和合外力矩M作用下分别建立线运动和角运动方程。
在合外力作用下,飞机的线性运动方程为
在合外力矩作用下,飞机的角运动方程为
在机体坐标轴系中确定刚体飞机在所受外力和力矩下的平动和转动规律,详见公式(3)和(4)。
2.1.2 运动学模型设计
在地面坐标轴系中确定飞机在空间的运动轨迹和姿态变化规律,详见公式(5)和(6)。
飞行仿真系统的软件设计基于假设的刚体运动学方程和绕质心转动方程,实现对真实飞机在空中和地面飞行运动特性的全面模拟。
2.2 飞行仿真软件流程设计
飞行仿真系统的软件设计主程序按照逻辑控制关系,以一定的顺序调度飞行仿真系统内部各功能模块,实现飞行仿真系统内部各功能和真实飞机性能的模拟。飞行仿真系统的软件主程序运行流程见图1。
2.3 飞行仿真软件管理
飞行仿真软件管理用于规范仿真模型标准、版本变更和升级流程,管理仿真模型功能及接口,以确保飞行仿真系统的正常运行,主要包括:①建立建模规范,实现模型和数据的标准化;②建立全功能、全包线、多形式、多用途的模型库,如图2、图3和图4所示;③仿真参数设置:包括仿真步长、解算方法、仿真时间、时间因子、仿真数据在线监控步长、仿真科目、仿真模型初值、飞行场景等设置;④仿真流程控制:包括仿真的启动、暂停、停止、单步运行、编译、仿真代码分配、仿真代码下载等功能;⑤仿真数据记录、处理与分析;⑥自动批量仿真:包括蒙特卡罗仿真、自动批量脚本仿真等;⑦仿真数据在线监控:包括实时仿真数据在线监控、实时计算机CPU、内存的状态监控等;⑧建立模型库管理体制,包括版本管理、模型关系管理、模型测试管理、模型文档管理等。
3 软件接口设计
民用飞机的模拟飞行系统利用逼真的飞行环境,通过驾驶员的操纵指令,观察驾驶舱里的显控设备和仪表,感受真实视景和音响模拟来评价飞行性能和操纵品质。
模拟飞行系统功能复杂,除了核心的飞行仿真系统,还有飞行控制仿真系统、航空电子仿真系统、驾驶舱操纵设备仿真系统、视景仿真系统、音响仿真系统、运动系统和工程师平台等。飞行仿真系统与其它系统均存在交联关系,需要对软件接口进行设计,接口原理见图5。
接口类型主要包括AD、USB、开关量等,用于与其它仿真模型或硬件的接口驱动与数据交换。网络类型主要包括以太网或反射内存网等,用于计算机之间的网络连接与数据交换。
4 结语
本文研究了民用飞机模拟飞行仿真系统,重点对飞机级的主飞行仿真系统功能进行了详细说明;对飞行仿真软件系统组成进行了剖析,详细研究了软件系统模块和功能,研究了飞行仿真系统的软件接口。基于此功能软件系统所设计的民用飞机飞行模拟仿真系统,能够为驾驶员提供逼真的飞机六自由度运动学和动力学模拟,实时在高保真飞行状态和飞行环境下操纵飞机,可为驾驶员模拟飞机的真实飞行提供技术保证。
摘要：在经典飞行仿真技术研究的基础上,利用虚拟现实技术的相关理论,结合民用飞机模拟飞行的特点,建立精确的飞行仿真系统,为飞机设计的动态验证提供重要的技术支持。首先对飞行仿真系统功能进行了分析说明,然后从飞机非线性模型设计、流程设计和软件管理三方面重点剖析了飞行仿真系统的软件设计,最后研究了飞行仿真系统的软件接口设计。
关键词：民用飞机,飞行仿真,仿真软件设计
参考文献
[1]王行仁.飞行实时仿真系统及其技术[M].北京:科学出版社,1985.
[2]曲小宇.模拟器飞行仿真系统研究[J].软件导刊,2014,13(9):95-96.
飞行模拟技术的特点和发展趋势 篇11
1空中飞行模拟技术
1.1空中飞行模拟
飞行模拟技术对于飞行员的训练具有很大的帮助, 模拟环境以及模拟操作可以让飞行员或者是航天员在模拟训练中逐渐熟悉飞行器的操作流程, 模拟技术对于飞行环境或者是航天太空环境的模拟可以让飞行员或者航天员在模拟训练中适应飞行环境, 为实践飞行的操作与适应奠定基础。从根本上讲, 飞行模拟主要是通过专业设计制造的飞行模拟器来实现有关的动力学研究以及运动学的仿真, 让飞行员在视觉上、触觉上产生相同的感知, 针对训练效果以及模拟效果来对相关技术进行调整与设计。
1.2空中飞行模拟器
飞行器主要是一种实验研究对象, 通过飞行器来研究飞机或者是航天器的系统设计、飞行性能、设计参数的合理性等, 是一种实验性的模拟器。模拟器是将现代模拟技术以及现代仿真技术进行有效的结合, 依据设计以及研究的需要建立相关的模拟器, 因此这个模拟器又叫做空中飞行的地面实验室。飞行器主要是通过一些感应系统以及一些电传系统来让飞行员在飞行器中感应并作出相应的行为来改变飞行器的特性, 对飞行器进行有关的专业操作, 对相关的技术以及研究方法进行专业的探索。另外, 在飞行器的模拟训练中会模拟操作相关操作流程, 对飞行器的性能进研究分析, 对飞行器的内部结构以及相关的参数等进行研究。
2飞行模拟技术的特点
2.1视景显示系统
视景显示系统是飞行模拟器的眼睛, 视景的范围越广, 那么飞行员在实践飞行中的任务的覆盖范围也就会相应扩大, 对于目标的确定也就会更加清晰明了, 这种视景状况对于战斗飞行器愈加有利。一般情况下, 模拟的飞行器在水平位置上最好保持正负160度左右, 在垂直位置一般是90度到负40度的垂直视景。视景显示技术在显示系统中应用范围较广, 一般视景技术又分为球幕视景以及头盔视景技术, 在实践应用中球幕视景技术应用范围更加广泛, 在技术上较为成熟, 性价比也较高。头盔视景这项技术在实践中应用范围较窄, 虽然这项技术在各项性能以及指标上更为理想, 但是这项技术相当复杂, 对于仿真技术水平要求很高, 因此在实践中应用范围较小。
2.2飞行模拟器计算机系统
飞行模拟器通过计算机来模拟以及再现了仿真环境, 对物理环境进行实时仿真, 对于模拟器来说, 实时仿真系统是飞行器的核心系统。计算机系统对飞机的复杂性能以及高精度设备进行高度仿真模拟, 通过计算机软件来对系统进行管理与操作。计算机系统下列显著特点:需要控制的通道多, 子系统繁多;整体化操作与控制;计算机系统一般实现多种采样并且采样的速率都是非常高的, 这样才可以计算机系统有效控制与管理模拟飞行器;计算机需要掌握以及控制的模型也是比较复杂的, 每一个模型的各个模块又有很多的通讯数据需要管理与监控。
2.3国际标准化
飞行模拟技术在发展中各个国家加强模拟技术交流, 将模拟技术相关规范进行国际化以及标准化规范, 提高世界模拟技术发展水平。对于各项技术制定相关的行业标准, 各个国家在模拟技术研制与完善过程中也逐步向国家标准化要求靠近。
2.3.1虚拟现实技术
在现实虚拟技术应用中可以通过一个训练平台来完成多项飞行模拟任务, 一机多能功能在实践中获得有效应用。另外, 还需要强化飞行员的飞行任务以及飞行内容, 满足现实飞行技术发展需要。例如, 可以借助现代网络技术来模拟训练环境, 让多个飞行员同时进行有关的训练, 在训练内容上可以通过网络技术上自由切换, 根据飞行员自身的掌握情况来切换飞行训练内容。飞行课程制定上也需要进一步深化, 加深训练难度, 增加飞行员的工作任务, 这样才可以无限接近现实环境, 提高训练效果。
2.3.2环境建模技术
这项技术主要是为了建立更加逼真的虚拟环境, 获取实际环境中的三维数据, 并且结合实际需要来建立与三维数据相对应的模拟环境。环境建模技术最为显著特点技术建模环境的逼真性, 代表着仿真技术的进步。
2.4操作与接口系统
操作系统为飞行员提供了操纵杆的同时系统可以对飞行员的操作过程进行跟踪以及信息的记录与分析, 操作系统的真实程度对于模拟机的真实程度会产生重要的影响。接口系统是模拟机与飞行模拟驾驶舱链接的重要通道, 也是唯一的通道。驾驶舱中的设备与计算机的交互都是通过接口系统来完成的。
3飞行模拟技术的发展趋势
3.1愈加重视模拟技术在实践中的应用
飞行模拟器具有高度仿真效果, 可以取得很好的训练效果, 在教学中也可以获得很好的教学效果。飞行员在教学以及训练中都可以在视觉上、行动上以及感知都获得高度真实的效果, 因此在实践中受到很多国家, 尤其是军方的高度重视与关注。飞行模拟技术以其高度高全性、经济效益以及训练的有效性获得国内外相关人员对于此项技术的重视并将模拟技术进一步发展与研制, 提高技术的应用性能。
3.2加大研制费用, 增加采购量
各个国家结合自身飞行技术发展以及国防建设的需要, 都在不同程度上加大了飞行模拟技术研究开发费用的投入, 增加了模拟技术的采购量, 满足实践研究与训练的需要。例如, 美国在五年内就采购了36亿美元的模拟器用于军方使用。美国军方以及飞行器的制造商都不同程度投入资金来研制不同类型的模拟机型, 满足军用以及商业发展的需要。
4结束语
飞行模拟技术主要是将航空航天技术以及飞行工业中的相关飞行器进行研究, 对空中飞行进行仿真实验并建立相关的飞行建模来探索空中飞行技术, 对飞行器的内部结构、系统的参数等进行研究与模拟。飞行模拟技术主要是依靠计算机硬件与软件来实现模拟技术, 这项技术对于航天航空的发展具有重要作用, 值得研究应用。
摘要：飞行模拟技术是对现代航天工业、现代航空技术以及飞行工业的飞行器等进行模拟飞行技术的研究与分析, 对我国的航空航天技术的发展具有重要是作用。在本文中主要是分析飞行模拟技术的相关特点以及这项技术的发展趋势进行预测。
关键词：飞行,模拟技术,发展趋势
参考文献
[1]陈捷.Thales B737模拟机系统初窥[C].2010年飞行模拟设备管理与维护研讨会论文集, 2000.