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一种共轴双旋翼直升机仿真动力学建模及系统开发

边德勇  
【摘要】:在飞行器系统仿真中直升机作为不稳定系统,其气动布局影响整机的性能。当直升机旋翼高速转动,需要考虑气动的高耦合性。直升机的飞行仿真需要考虑其合理的气动布局与控制性能。一般的研究手段是飞行实验,但由于科研条件的限制,本仿真主要采用空气动力学建模。利用此方法模拟双旋翼直升机的动力学建模及仿真系统的开发。仿真的中具体将整机分成部件,在对应部件采用面型对象技术建模。机身部分的气动模型采用刚体6自由度运动气动数据主要采用双线性插值法。直升机的上下双旋翼气动模型,主要以单旋翼气动模型为基础,采用叶素理论、一阶动态流入模型、及上下旋翼的干扰因子得到双旋翼的气动模型。直升机的尾部气动模型主原理与固定翼相同,同时搭建陀螺力矩、重力、大气环境、起落架数学模型。直升机的视景系统主要采用OSG及OSGERATH三维渲染引擎。采用VS2010开发平台,利用面向对象技术编写数学模型。其中仿真视景中的地图能显示真实地理信息,利用3DMAX搭建了飞行器的三维模型,为使模型具有真实性,搭建模型时旋翼采用低速静态、高速动态模糊效果,利用OSG的节点替代当高速时采用模糊模型。整个程序的类比较多运算量大,通过搭建DCOM分布式运算提高运算速度。仿真系统中通过搭建主动显示系统优化视觉效果,利用SONY头盔显示仪实现视点追踪,利用OSG中的主动显示函数,设置左右视点为左右切割渲染状态,与显示仪的左右通道渲染相对应。最终实现主动立体显示。通过主动显示系统能够摆脱传统的屏幕显示使整个系统更加便携,增强了自身的沉浸感。通过强大的OSG三维视景系统与动力学模型结合,飞行仿真模拟系统得以实现,通过键盘与飞行遥杆和头盔显示仪使飞行仿真系统更加贴近实物。


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