收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

复杂大气扰动下大型飞机飞行实时仿真建模研究

高振兴  
【摘要】: 飞机飞行过程中经常遭遇到低空风切变、大气紊流等各类复杂大气扰动现象。大气紊流会造成飞行颠簸,影响乘座舒适性,长时间将造成飞机结构疲劳损坏;各类低空风切变现象则是飞机起飞、着陆阶段威胁飞行安全的主要危险天气,一旦飞行员不及时规避或操纵失误,可能造成严重飞行事故。鉴于大气扰动对飞行安全的严重危害,在飞行模拟器上高逼真度地模拟飞机在复杂大气扰动中的飞行,从而用于科学研究或训练飞行员是很有意义的。本文研究建立了各类大气扰动模型以及用于飞行模拟器的大型飞机飞行实时仿真模型,并在此基础上就飞机穿越各类大气扰动问题展开研究。 首先,本文针对低空微下击暴流、中高空大气紊流这两种典型大气扰动现象分别建立了三维高逼真度模型。基于流体力学的涡环和Rankine复合涡原理构建三维微下击暴流的参数化模型;通过涡环倾斜和多涡环叠加的方法高逼真度地模拟实际的微下击暴流风场。通过与实测风场的对比分析表明,本文建立的微下击暴流模型不仅可用于飞行实时仿真,也可用于复现实际复杂风场,从而可更深入地应用到飞行事故再现等。 提出了基于时频变换的三维空间大气紊流场的生成与扩展方法。通过在频域中进行符合von Karman模型的三维大气紊流场的蒙特卡罗随机抽样,经傅里叶逆变换直接生成时域紊流场,有效避免了时域内复杂的有理谱分解。通过预先生成无因次的紊流场、仿真中再进行有因次化的方法使得紊流场的强度和尺度可随飞行高度动态变化。设计了一种紊流场对称扩展方法,保证根据已生成的空间紊流场有效扩展为大范围连续紊流场,从而在飞行实时仿真中更逼真地模拟中高空大气紊流现象。 其次,本文基于Boeing747-100B飞机建模数据,运用嵌入式数据库技术和嵌入式实时仿真平台,建立了一个可在PC机上运行、可用于飞行模拟器实时仿真的QZSim动力学模型。针对已有的建模数据的特点,研究了数据的预处理方法和基于Bekerley DB的飞行实时仿真数据库组织。结合相关航空组织对飞行模拟器实时仿真系统的建模及验模要求,本文分别建立了B747飞机核心动力学模型、气动模型、发动机模型、操纵系统模型以及大气环境模型等等。在建模的同时,对各个分系统模型分别进行了验证。构建了基于Windows+RTX的QZSim飞行实时仿真动力学模型。将QZSim模型在“轻舟一号”轻型飞行模拟器上进行了实际运行,具有一定的模拟逼真度,效果良好。 在建立B747全机模型的基础上,对整个动力学模型进行了总体验证研究。设计了一个改进的Newton-Raphson配平算法,通过合理选择约束条件和寻优范围,完成对六自由度飞行状态的配平。在此基础上,对模型进行了动力学模态测试,并与飞行试验数据进行了对比。结果表明,模型的长短周期模态、荷兰滚模态测试结果均与飞行试验数据符合较好。本文亦将模型对操纵的动力学响应与线性化传递函数模型的响应进行了对比分析。 最后,本文基于建立的各类扰动风场模型和B747飞机动力学模型,采用数值仿真方法,研究了大型飞机穿越低空微下击暴流和大气紊流的动力学响应问题。与小型飞机相比,大型飞机的尺度与中小规模的风场尺度接近,不应再将飞机作为质点近似。为此,本文基于无风状态下的动力学模型,研究了含三维扰动风影响的模型修正的一般方法。在此基础上,进行了大型飞机穿越低空微下击暴流的纵向改出、横侧改出的实时仿真,并研究了发动机延时对改出飞行的影响。基于质点模型和四点模型,对飞行穿越中高空大气紊流进行了仿真研究。通过这些研究取得了若干有意义的结论,同时也表明,本文建立的飞行仿真模型可支持飞机穿越复杂大气扰动的高逼真度的实时仿真研究。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 贾荣珍,彭晓源,王行仁;飞行模拟器建模、验模和性能测试与评估[J];航空学报;1998年01期
2 吴博,吴盛林,杨灏泉,董延良;运动模拟器控制系统的设计和实验研究[J];液压与气动;2004年02期
3 洪冠新,肖业伦;用蒙特卡罗法仿真生成三维空间大气紊流场[J];航空学报;2001年06期
4 高振兴;顾宏斌;刘晖;;大型飞机穿越微下击暴流风场的实时仿真(英文)[J];Chinese Journal of Aeronautics;2009年05期
5 贾荣珍,王行仁;飞行仿真系统的建模与验证[J];飞行力学;1996年01期
6 屈香菊,李勇;一种改进的紊流风模型及其仿真算法[J];系统仿真学报;2004年01期
7 高振兴;顾宏斌;;用于飞行仿真的空间大气紊流场生成与应用研究(英文)[J];Chinese Journal of Aeronautics;2009年01期
8 陈海华;;基于VxWorks的PowerPC实时系统在模拟器研制中的应用[J];科技资讯;2011年23期
9 贾荣珍,林胜,王行仁;飞行模拟器数据预处理及函数生成[J];测控技术;1996年06期
10 崔晓宝,杨宗佑;关于飞行模拟器列装的几点认识和启示[J];电光与控制;2002年03期
11 孙铭星;数字式飞行模拟人感系统通过部级鉴定[J];西北工业大学学报;1987年04期
12 游崇林;可靠性、可维护性及新技术的应用是发展国产飞行模拟器的关键[J];国际航空;1995年07期
13 陈欣,夏云程,董小虎;一种全数字半物理飞行控制实时仿真系统[J];南京航空航天大学学报;2001年02期
14 时杰;;市场需求促进模拟器发展[J];国际航空;2009年02期
15 汤荣芳;周开仕;;飞行模拟器加速了北极星导弹飞行试验[J];中国航天;1980年Z1期
16 肖金陵,李壮云,刘长年;六自由度飞行模拟器的运动学分析与结构参数优化[J];上海航天;1994年05期
17 刘宇;蒋晓明;;飞行模拟器运动平台中单缸系统的性能改善研究[J];试验技术与试验机;1995年Z2期
18 翟传润,赵克定,张日华;一种用于飞行模拟器的新型集成式静压伺服油缸[J];机床与液压;1999年01期
19 崔晓宝;;飞行模拟技术的特点和发展趋势[J];国防科技;2001年12期
20 范顺雨;国航飞行模拟器训练模式及其资源的有效利用[J];国际航空;1996年08期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 赵广兴;隋成城;司华伟;李宏图;;多通道全数字音响仿真技术在飞行模拟器中的应用研究[A];第13届中国系统仿真技术及其应用学术年会论文集[C];2011年
2 孙振宇;隋成城;姜南;;运输机工程飞行仿真建模研究[A];第13届中国系统仿真技术及其应用学术年会论文集[C];2011年
3 张峰;汪沛;陈蕾;田野;;飞行模拟器中风场模型的设计与研究[A];中国航空学会控制与应用第十二届学术年会论文集[C];2006年
4 张会峰;张坚毅;侯旭鹏;;飞行模拟器可信度动态评估[A];第五届全国仿真器学术会论文集[C];2004年
5 龚光红;;航空飞行模拟器——陆地上的飞行器[A];第十二届中国体视学与图像分析学术会议论文集[C];2008年
6 林新;宋焱;王行仁;;某战斗机飞行仿真系统HLA互联系统[A];第五届全国仿真器学术会论文集[C];2004年
7 王小培;;飞行模拟器的原理及应用[A];加入WTO和中国科技与可持续发展——挑战与机遇、责任和对策(下册)[C];2002年
8 赵利群;体卫群;;飞行仿真在西部大开发中的机遇和作用[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年
9 张坚毅;李小奇;张会峰;单树森;;飞行模拟器效费分析研究[A];第五届全国仿真器学术会论文集[C];2004年
10 刘德贵;陈丽容;朱珍民;;两类动力学系统实时仿真数值方法[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(上册)[C];1999年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 高振兴;复杂大气扰动下大型飞机飞行实时仿真建模研究[D];南京航空航天大学;2009年
2 张镭;飞行模拟器飞行仿真系统建模与软件实现[D];哈尔滨工业大学;2009年
3 佟志忠;基于物理的飞行模拟流体动画仿真技术及其策略加速研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
4 熊海国;飞行模拟器发动机系统建模与面向对象的仿真研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 栾志博;飞行模拟器数字飞行控制系统建模与辅助训练的实现研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 刘广达;高逼真度研究型飞行模拟器的可重构关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 郑书朋;飞行模拟器的计算机系统实时调度与通信关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
8 盛晓伟;飞行模拟器声音分析与合成及仿真技术研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
9 王春光;飞行模拟器传输延迟补偿与实现研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 王春光;飞行模拟器传输延迟补偿与实现研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王鹏;电控柴油机HIL实时仿真系统研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
2 张晓丽;基于OpenGL的板带轧机实时仿真[D];燕山大学;2002年
3 张帆;带传动的实时仿真与智能控制的研究[D];长安大学;2003年
4 严侠;无人机飞行控制计算机辅助设计开发平台研究[D];南京航空航天大学;2002年
5 徐恒;面向网格计算的汽车动力学实时仿真虚拟系统框架开发[D];吉林大学;2004年
6 连冬;基于RTW/Linux的实时仿真技术研究[D];国防科学技术大学;2004年
7 孙百友;风力发电控制系统实时仿真测试装置的研究与开发[D];华北电力大学(北京);2011年
8 朱运盛;面向飞行模拟的民航发动机性能与故障仿真[D];南京航空航天大学;2012年
9 徐妍;无人机实时仿真软件开发技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
10 兰艳;基于面向对象技术的飞行液位仿真研究[D];武汉理工大学;2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 边军 白宇博 本报特约记者  戴景涛;人才群体托起新型战鹰[N];解放军报;2006年
2 特约记者 姜丽丽;让普通人体验飞行全过程[N];中国国防报;2000年
3 本报记者 侯静 实习生 颜新华 通讯员 郭凯 戴景涛 边军;黄安祥:不断寻找起跑线[N];科技日报;2005年
4 记者 刘金星;张国宝考察实时仿真实验室[N];国家电网报;2009年
5 孙雅彬;8358所 与法国泰雷兹公司洽谈合作[N];中国航天报;2010年
6 记者 张平阳 实习生 焦艳丽;飞行模拟器亮相西洽会[N];西安日报;2007年
7 郭凯 毛新华 白宇博;实验室里演绎现代空战[N];解放军报;2005年
8 记者 莫瑞宁实习生 黄茗悦;西部首家飞行模拟器生产企业在航空基地开建[N];西安日报;2008年
9 ;美国:气味模拟器让新兵先闻战争“气息”[N];新华每日电讯;2006年
10 山东 陈加江;一种用于飞行模拟器的开关电源原理及检修[N];电子报;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978