CN101714302B - 一种飞机自动驾驶模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种飞机自动驾驶模拟装置。本发明属于仿真技术领域。一种飞机自动驾驶模拟装置，其特点是：模拟装置包括飞行训练器、飞机模型舵面控制机构和飞行视景系统，飞行训练器、飞机模型舵面控制机构和飞行视景系统采用计算机网络连接构成一个整体；飞行训练器有服务器、中央操控台、侧杆和显示机构；飞机模型舵面控制机构有飞机半实物模型、副翼、方向舵、升降舵和舵回路控制系统；飞行视景系统由飞行训练器产生的飞机运动数据驱动，显示飞机飞行姿态，飞行数据或飞行轨迹图形。本发明具有结构简单、装配紧凑、经济实用、数据准确、仿真度高，模拟飞机自动和人工驾驶动态性能好等优点。
Description
技术领域
本发明属于仿真技术领域，特别是涉及一种飞机自动驾驶模拟装置。
背景技术
目前，飞行运动及自动飞行控制系统仿真以实现飞行运动规律、飞行控制方法研究为目的，现有飞行控制系统中缺少飞机自动驾驶模拟装置，其模拟数据不准确，造成仿真数据偏差大，真实感差，失真现象严重，甚至由于数据失真造成训练结果与架机实操的不一致，带来飞行安全等隐患。急需一种飞机自动驾驶模拟装置来弥补此技术缺陷。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种飞机自动驾驶模拟装置。
本发明的目的是提供一种结构简单、装配紧凑、经济实用、数据准确、仿真度高，模拟飞机自动和人工驾驶动态性能好等特点的飞机自动驾驶模拟装置。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
一种飞机自动驾驶模拟装置，其特点是：模拟装置包括飞行训练器、飞机模型舵面控制机构和飞行视景系统，飞行训练器、飞机模型舵面控制机构和飞行视景系统采用计算机网络连接构成一个整体；
飞行训练器有服务器、中央操控台、侧杆和显示机构；服务器连接中央操控台和侧杆动作传感器，接收飞机模型舵面控制机构传输信号，数据处理结果显示于显示机构和飞行视景系统；
飞机模型舵面控制机构有飞机半实物模型、副翼、方向舵、升降舵和舵回路控制系统；舵回路控制系统连接控制飞机半实物模型、副翼、方向舵、升降舵，接收传感器数据，舵回路控制系统连接飞行训练器；舵回路控制系统数据处理结果显示于飞行视景系统；
飞行视景系统由飞行训练器产生的飞机运动数据驱动，显示飞机飞行姿态，飞行数据或飞行轨迹图形。
本发明还可以采用如下技术方案：
所述的飞机自动驾驶模拟装置，其特点是：飞行训练器显示机构在驾驶舱内，包括1台主机和5块显示屏，显示屏为触摸屏，分别用于顶板、机长侧显示界面、副驾驶侧显示界面、中央操纵台和教员控制台；显示机构的显示格式、图形与真实飞机驾驶舱显示一致。
所述的飞机自动驾驶模拟装置，其特点是：飞行训练器模拟飞机座舱侧杆产生传感数据；有服务器模拟主飞行计算机接收并处理数据，产生控制指令；步进电机及其控制器模拟电传操纵系统中的舵回路从而驱动舵面偏转；舵面位置反馈回舵回路控制系统的工业控制机。
所述的飞机自动驾驶模拟装置，其特点是：飞行训练器先通过网络将模拟信号传送给舵回路控制系统的工业控制机，工业控制机对信号进行处理之后，利用串口将数字信号传送给Hub，由Hub将数字信号传出，驱动步进电机及其控制器动作。
所述的飞机自动驾驶模拟装置，其特点是：舵回路控制系统接收副翼、方向舵、升降舵的控制指令，在飞行视景系统上显示飞机姿态、舵面运动图形，舵面运动速度和位置参数。
所述的飞机自动驾驶模拟装置，其特点是：显示飞机飞行姿态包括实时反映副翼、升降舵、方向舵的角度变化和起落架的收放状态。
所述的飞机自动驾驶模拟装置，其特点是：飞行数据包括飞机的经纬度、海拔、真航向、俯仰滚转、地速、真空速、飞往的航路点与航向、到下一个航路点的距离，到达下一个航路点的时间。
本发明具有的优点和积极效果是：
飞机自动驾驶模拟装置由于采用了本发明的技术方案，与现有技术相比具有结构简单、装配紧凑、经济实用、数据准确、仿真度高，模拟飞机自动和人工驾驶动态性能好等优点。
附图说明
图1是本发明的舵面控制结构示意图；
图2是本发明副翼结构示意图；
图3是本发明方向舵结构示意图；
图4是本发明升降舵结构示意图；
图5是舵回路系统原理示意框图；
图6是飞行训练器硬件结构示意图；
图7是飞机实物模型。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
参阅附图1至图7。
实施例1
一种飞机自动驾驶模拟装置，包括飞行训练器、飞机模型舵面控制机构和飞行视景系统，飞行训练器、飞机模型舵面控制机构和飞行视景系统采用计算机网络连接构成一个整体。
飞行训练器有服务器、中央操控台、侧杆和显示机构；服务器连接中央操控台和侧杆动作传感器，接收飞机模型舵面控制机构传输信号，数据处理结果显示于显示机构和飞行视景系统。
飞行训练器显示机构在驾驶舱内，包括1台主机和5块显示屏，显示屏为触摸屏，分别用于顶板、机长侧显示界面、副驾驶侧显示界面、中央操纵台和教员控制台；显示机构的显示格式、图形与真实飞机驾驶舱显示一致。
飞行训练器模拟飞机座舱侧杆产生传感数据；有服务器模拟主飞行计算机接收并处理数据，产生控制指令；飞行训练器先通过网络将模拟信号传送给舵回路控制系统的工业控制机，工业控制机对信号进行处理之后，利用串口将数字信号传送给Hub，由Hub将数字信号传出，驱动步进电机及其控制器动作。步进电机及其控制器模拟电传操纵系统中的舵回路从而驱动舵面偏转；舵面位置反馈回舵回路控制系统的工业控制机。
飞机模型舵面控制机构有飞机半实物模型、副翼、方向舵、升降舵和舵回路控制系统；舵回路控制系统连接控制飞机半实物模型、副翼、方向舵、升降舵，接收传感器数据，舵回路控制系统连接飞行训练器；舵回路控制系统数据处理结果显示于飞行视景系统。舵回路控制系统接收副翼、方向舵、升降舵的控制指令，在飞行视景系统上显示飞机姿态、舵面运动图形，舵面运动速度和位置参数。
飞行视景系统由飞行训练器产生的飞机运动数据驱动，显示飞机飞行姿态，飞行数据或飞行轨迹图形。显示飞机飞行姿态包括实时反映副翼、升降舵、方向舵的角度变化和起落架的收放状态。飞行数据包括飞机的经纬度、海拔、真航向、俯仰滚转、地速、真空速、飞往的航路点与航向、到下一个航路点的距离，到达下一个航路点的时间。
本实施例的具体结构及其工作原理如下：
1.飞机自动驾驶模拟装置的功能
飞机自动驾驶装置可以模拟实现飞机的人工驾驶、自动驾驶，完成飞机各个飞行阶段的飞行控制。
飞行训练器主要模拟电子飞行仪表系统，飞机运动规律数学模型，飞行管理引导系统，多功能控制显示组件，飞行控制组件，飞机电子中央监控系统，飞行增稳计算机等，为舵面控制装置、飞行视景提供飞机的运动数据。
飞机模型(舵面控制)模拟飞机主操纵舵面(升降舵、方向舵、副翼)的控制。
飞行视景主要模拟飞行员的视景以及第三方视景。飞行员视景主要模拟飞行员从驾驶舱看到的情况，第三方视景主要模拟从第三者角度观看飞机的运动姿态与运动轨迹。
2.飞机自动驾驶模拟装置
2.1飞行训练器
飞行训练器包括中央操控台、侧杆、飞行管理引导系统(FMGS)、飞行控制组件(FCU)、多功能控制显示组件(MCDU)、发动机显示与警告组件(ECAM)和电子飞行仪表系统(EFIS)等系统的管理和显示及教员控制台、飞行参数管理等，并及时接收来自外设的各个输入参数，由飞控程序经过运算后，将需要发送的参数发送给各个客户机。
飞行训练器驾驶舱显示系统的显示格式和图形与飞机驾驶舱真实显示一致。视景系统主要是由飞机气动仿真模型所计算的数据驱动的，气动模型计算飞机性能和姿态数据。
该系统包括一台主机和五块显示屏(触摸屏)，分别用于顶板、机长侧显示界面、副驾驶侧显示界面、中央操纵台和教员控制台。
2.2飞机模型(舵面控制)装置
(1)该系统主要实现以下功能：
飞机姿态实时变化(图形显示，方向舵、升降舵、副翼)。
与舵回路伺服系统的硬件构成大闭环系统，即数据有输入输出。输入主要有舵面位置反馈，输出主要有三个舵面的控制指令。
舵回路控制系统(数据处理、分析与存储)。可以直接给出三个舵面的控制指令，飞机姿态、舵面运动图形显示，并且曲线显示测回来的舵面运动速度、位置参数。
(2)舵回路控制系统
根据飞行控制系统中舵面控制系统的工作原理与工作过程，模拟电传操纵系统设计了舵面控制系统，通过操纵飞行训练器产生舵面偏转指令信号，经过一系列设备，最终传输到步进电机控制舵面偏转。另外，还增加了额外的仿真测试环节，即人工键入舵面偏转指令数据，实现舵面的偏转。
采用飞行训练器作为数据产生单元，模拟飞机座舱侧杆指令产生装置；用服务器模拟主飞行计算机接收并处理数据，产生控制指令；用步进电机及其控制器模拟电传操纵系统中的舵回路从而驱动舵面偏转。舵面位置反馈回舵回路控制系统的工业控制机。此外，还有一个简单的仿真测试，人为输入控制指令数据控制舵面偏转。
飞行训练器先通过网络将模拟信号传送给舵回路控制系统的工控机，工控机对信号进行处理之后，利用串口将数字信号传送给8Hub，由Hub将数字信号传给5个控制器，从而驱动步进电机的运转，达到控制舵面偏转的目的。但是由于机械或者控制存在传动误差，导致结果与理想值存在一定的偏差，这时我们可以利用一个反馈环节来消除误差。其中反馈环节由5个位置传感器和一个信号处理板及一个A/D转换器组成。
2.3飞行视景系统
(1)飞行视景系统由飞行训练器产生的飞机运动数据驱动，通过投影仪实现飞机飞行姿态，飞行速度，飞行轨迹的三维图形显示。
(2)视景系统所实现的功能包括：
实现了北京首都机场和昆明巫家坝机场的视景；
在视景中实时显示飞行参数(包括高度、速度、航向)与导航参数(如航路点的名称等)；
提供四级能见度选择和三种视点类型选择；
根据飞机不同的位置与姿态变化，实时反映副翼，升降舵、方向舵的角度变化和起落架的收放状态；
设置视景管理系统，能够完成视景数据的存储和分析处理，并且可以通过已有的飞行数据来驱动视景系统。
(3)视景系统主要包括教员控制台页面、VisSim.exe、VisSimR.exe、WkstnMgr.exe、ZPPP.exe、ZBAA.exe以及相关数据文件七部分，其中
教员控制台页面负责视景机场的选择和视景的控制功能按钮；
VisSim.exe负责收集HMI和ACON数据并发送到视景计算机上；
VisSimR.exe负责接受与处理数据，并提供视景所需数据。
ZPPP.exe、ZBAA.exe为视景程序。
Claims (7)
1.一种飞机自动驾驶模拟装置，其特征是：模拟装置包括飞行训练器、飞机模型舵面控制机构和飞行视景系统，飞行训练器、飞机模型舵面控制机构和飞行视景系统采用计算机网络连接构成一个整体；
飞行训练器有服务器、中央操控台、侧杆和显示机构；服务器连接中央操控台和侧杆动作传感器，数据处理结果显示于显示机构和飞行视景系统；
飞机模型舵面控制机构有飞机模型、副翼、方向舵、升降舵、舵回路控制系统和舵回路控制系统的工业控制机；舵回路控制系统连接控制飞机模型、副翼、方向舵、升降舵，接收传感器数据，舵回路控制系统的工业控制机连接飞行训练器；
飞行视景系统由飞行训练器产生的飞机运动数据驱动，显示飞机飞行姿态，飞行数据或飞行轨迹图形。
2.根据权利要求1所述的飞机自动驾驶模拟装置，其特征是：飞行训练器显示机构在飞机模型的驾驶舱内，包括1台主机和5块显示屏，显示屏为触摸屏，分别用于顶板、机长侧显示界面、副驾驶侧显示界面、中央操控台和教员控制台；显示机构的显示格式、图形与真实飞机驾驶舱显示一致。
3.根据权利要求1或2所述的飞机自动驾驶模拟装置，其特征是：飞行训练器模拟飞机座舱侧杆产生传感数据；服务器接收并处理数据，产生控制指令；副翼、方向舵、升降舵装有步进电机，步进电机及其控制器模拟电传操纵系统中的舵回路从而驱动舵面偏转；舵面位置反馈回舵回路控制系统的工业控制机。
4.根据权利要求3所述的飞机自动驾驶模拟装置，其特征是：飞行训练器先通过网络将模拟信号传送给舵回路控制系统的工业控制机，工业控制机对信号进行处理之后，利用串口将数字信号传送给Hub，由Hub将数字信号传出，驱动步进电机及其控制器动作。
5.根据权利要求1所述的飞机自动驾驶模拟装置，其特征是：舵回路控制系统接收副翼、方向舵、升降舵的控制指令，通过飞行训练器的服务器在飞行视景系统上显示飞机姿态、舵面运动图形，舵面运动速度和位置参数。
6.根据权利要求1所述的飞机自动驾驶模拟装置，其特征是：显示飞机飞行姿态包括实时反映副翼、升降舵、方向舵的角度变化和起落架的收放状态。
7.根据权利要求1所述的飞机自动驾驶模拟装置，其特征是：飞行数据包括飞机的经纬度、海拔、真航向、俯仰滚转、地速、真空速、飞往的航路点与航向、到下一个航路点的距离，到达下一个航路点的时间。
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