CN103456202A - 一种基于飞机试飞培训的仿真模拟设备及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于飞机试飞培训的仿真模拟设备及其系统，主要用于飞机仿真领域，模拟仿真设备包括：飞机仪表显示模块、虚拟三维飞机模块、仿真硬件模块、仿真控制系统、试飞仿真软件模块和计算机局域网络，所述飞机仪表显示模块、虚拟三维飞机模块、仿真硬件模块、仿真控制系统和试飞仿真软件模块在所述计算机局域网络内互联通信。模拟仿真系统包括数据管理服务器和仿真模拟设备，所述服务器用于储存模拟仿真的试飞数据，接收仿真模拟设备的服务请求并根据请求内容发送给仿真模拟设备授权数据。本发明取得的技术效果是：试飞数据保密性高，仿真精度高、试飞数据和试飞教材能够动态更新、可兼顾机组和机务人员不同程度和需求的模拟仿真需求。

Description

一种基于飞机试飞培训的仿真模拟设备及其系统

技术领域

本发明涉及仿真领域，具体涉及飞机试飞模拟仿真领域。 

技术背景

飞机已经越来越复杂，飞机的费用也越来越昂贵，飞机驾驶员和飞机机务人员进行飞机训练和测试需要的费用成本相对于其他产品来说更为昂贵，并且由于飞机研发周期较长成品飞机的试验费用也相对较贵，所以现在对飞机的测试和数据收集一般采用模拟仿真技术进行测试，对于一般驾驶员来说接触到真实飞机进行飞行训练不仅比较昂贵而且不是很安全，所以飞机的机务训练和飞行训练一般采用仿真模拟，现有模拟仿真飞机一套设备仅适用于一种型号的或几种型号的成品飞机，调试人员不能对模拟仿真飞机组成零部件进行更换，改变飞机型号，获取新型飞机的试飞数据。 

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种是非成本低、更换模拟飞机仿真硬件、及时更新飞机试飞数据的飞机仿真模拟设备及其系统。 

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是提供基于飞机试飞培训的仿真模拟设备，包括：飞机仪表显示模块、虚拟三维飞机模 块、仿真硬件模块、仿真控制系统、试飞仿真软件模块和计算机局域网络，所述飞机仪表显示模块、虚拟三维飞机模块、仿真硬件模块、仿真控制系统和试飞仿真软件模块在所述计算机局域网络内互联通信，所述仿真控制系统对仿真模拟设备程序进行控制并与试飞数据库进行数据的动态更新；所述试飞仿真软件模块用于将飞机仪表显示模块、虚拟三维飞机模块、仿真硬件模块发出驱动指令信息处理后再将数字信号回传给驱动指令发送端。 

作为优选方案，所述仿真硬件模块包括驾驶盘、MCDU、侧杆、油门台、飞行控制板和EFIS控制板，所述飞行控制板用于控制飞机的DFCS系统、选择自动飞行系统的工作方式、预选航向、空速、高度；EFIS控制板用于控制飞机的仪表系统，控制PFD、ND的显示内容、气压基准、决断高度；驾驶盘用于提供飞机的滚转和俯仰姿态控制；油门台用于对虚拟仿真飞机发动机的控制。 

作为优选方案，所述EFIS控制板包括左右两块，所述两块EFIS控制板位于虚拟仿真飞机遮光罩的两侧。 

作为优选方案，所述飞机仪表显示模块包括一块飞机头顶板显示屏，一块中央操作台显示屏，四块EFIS显示屏，所述各显示屏布局和大小与真实飞机的布局和大小一致。 

作为优选方案，所述虚拟三维飞机模块为可操作的虚拟三维飞机模块，经过操作的虚拟三维飞机模块将操作信息反馈到试飞仿真软件模块，操作信息经试飞仿真软件模块计算后将操作后的真实飞机反应状态反馈给虚拟三维飞机模块，从而能及时得到新飞机信息，上述可 操作的方式包括接近、拆装、检测。 

上述设备仿真精确度高，能够大大减少模拟飞行所需要的费用，涵盖了现有飞机需要进行飞机试飞的部件要求，并可通过模拟飞机部件的更换实现对新机型飞机的试飞训练和相关数据。 

本发明提供的模拟仿真系统，包括：数据管理服务器和仿真模拟设备，所述服务器用于储存模拟仿真的试飞数据，接收仿真模拟设备的服务请求并根据请求内容发送给仿真模拟设备授权数据。 

作为优选方案，所述模拟仿真系统包括管理员PC和远程授权客户端PC，所述管理员客户端PC为数据管理服务器的直接链接端，通过数据管理服务器账号密码在线验证通过后，获取数据管理服务器数据并可授权其他客户端使用其所获得的数据信息；所述远程授权客户端PC可以通过管理员PC获取数据管理服务器数据信息，进行模拟试飞训练。 

作为优选方案，还包括普通客户端PC，所述普通客户端PC通过发送硬件设备指纹到管理员PC，管理员PC认证普通客户端PC发送的硬件设备指纹信息，对普通客户端PC发送临时授权，普通客户端PC获得管理员PC授权后即可通过管理员PC获取数据管理服务器数据信息。 

所述管理员PC授权普通客户端PC的方式为生成虚拟磁盘镜像方式。 

本发明系统的取得的技术效果是：试飞数据保密性高，仿真精度高、试飞数据和试飞教材能够动态更新、可兼顾机组和机务人员不同 程度和需求的模拟仿真需求。 

附图说明

图1是本发明基于飞机试飞培训的仿真模拟设备原理图 

图2是本发明仿真模拟设备软件架构图 

图3是本发明系统交联关系系统框图 

图4是本发明仿真模拟系统原理图 

图5是本发明软件架构示意图 

图6是本发明仿真模拟系统授权及试飞数据获取示意图 

图7是本发明仿真模拟系统安全存储示意图 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细描述。 

如图1和图2所示基于飞机试飞培训的仿真模拟设备原理图，包括虚拟三维飞机模块、飞机仪表显示模块、试飞仿真软件模块、仿真控制系统和仿真硬件设备，上述设备模块连接到计算机局域网络，仿真控制系统主要对试飞培训平台设置系统冻结、飞机重定位、飞机参数、外界环境参数和故障，对仿真程序进行控制并与试飞数据库进行数据的动态更新；飞机仪表显示模块为仪表显示工作站分出来的6块显示屏幕，一块显示飞机头顶板，一块显示中央操纵台和四块EFIS显示屏幕，显示模块与真实飞机的布局及大小一致，上述六块显示屏幕仪表可自由组装，为试飞数据的动态更新及变更维护节约了时间； 虚拟三维飞机模块可以接受来自于使用人员对飞机的部件进行接近、拆装、检测等操作，并通过局域网络将操作及时反馈到试飞仿真软件模块，飞机仿真模块将来自虚拟三维飞机模块的数据进行计算后，将修改后的数据真实飞机反应状态回馈给虚拟三维飞机，从而让飞机机务人员和测试人员能够通过了解虚拟飞机来了解真实飞机的具体参数和真实印象，另外试飞员除可直观并以触摸屏方式了解飞机的外观、仪表及布局情况，还能如实并能以接近实物的形式感触并操作飞机的仿真硬件设备；试飞仿真软件模块如图3所示流程示意图可以向各仿真硬件及虚拟仿真件发送驱动指令，经试飞仿真软件处理再将数字信号回传给驱动指令发送端，试飞仿真软件模块是整个试飞模拟设备的中枢控制系统，包括运动方程模块、气动系数模块、质量特征模块、紊流和风模块、气动数据模块、标准大气模块、结冰数据模块、起落架和力矩模块，上述软件模块分别通过接收外部仿真硬件、模拟仿真飞机和试飞操作并通过相应模块数据处理后将数据和信息反映在屏幕仪表和模拟仿真飞机外型上，操纵系统、液压系统、发动机系统、燃油系统、仿真控制系统分别将仿真件数据信息传输到试飞仿真软件模块，在经过试飞软件模块的气动系数模块、质量特征模块、紊流和风模块、标准大气模块和结冰模块数据处理后将处理得出的气动力、力矩、质量、重心、惯量、温度压强和结冰质量传输给运动方程模块，运动方程模块将上述数据代入运动方程得出飞行参数、起落架力、飞行状态及姿态并将得出的飞行参数传输给气动数据，将起落架力、飞行状态及姿态传输给起落架和力矩模块，在仿真控制系统经紊 流和风模块、标准大气模块和结冰模块的出的温度压强、结冰质量经运动方程模块时将飞行运动参数传输给仪表系统、操纵系统和虚拟三维飞机系统，并将这些数据反映在仪表系统、操纵系统和虚拟三维飞机模块上，使得测试人员能够更加形象和真实的观测、检测虚拟三维飞机的操作、试飞和机体变化。 

仿真硬件模块包括真是飞机上的各真是硬件结构的模拟件，如驾驶盘、MCDU、侧杆、油门台、飞行控制板和EFIS控制板，EFIS控制板包括左右两块，主要用于控制飞机的仪表系统，控制PFD、ND的显示内容、气压基准、决断高度等，位于遮光罩两侧；驾驶盘/杆主要提供飞机的滚转和俯仰姿态控制，根据实际需要采用弹簧机构提供基本的力感控制和操纵感受；油门台能够实现发动机的控制功能，包括推力手柄、反推手柄、扰流板控制手柄、襟缝翼控制手柄、水平安定面配平轮、停留刹车、以及燃油切断手柄等；飞行控制板主要用于控制飞机的DFCS系统（数字式飞行控制系统），选择自动飞行系统的工作方式、预选航向、空速、高度等。 

如图2为仪表系统、仿真控制系统、虚拟三维飞机模块、试飞仿真软件模块和仿真硬件设备工作原理图，其中中央处理器包括仿真控制系统和试飞仿真软件模块，仿真硬件设备将飞机部件操作通过仿真硬件的方式操作，并将操作传输给中央处理器，中央处理器可以处理空调系统、自动飞行系统等，并将操作反映在虚拟三维飞机模块和仪表系统，机组人员或测试人员可以通过仪表系统数据和虚拟三维飞机模块变化情况进行下一步操作，进而训练各种飞机入场操作。 

下面详细介绍本发明模拟仿真系统，如图4所示，包括数据管理服务器和仿真模拟设备，所述服务器用于储存模拟仿真的试飞数据，接收仿真模拟设备的服务请求并根据请求内容发送给仿真模拟设备授权数据。如图5所示仿真模拟设备系统包括普通用户仿真模拟设备系统和管理员仿真模拟设备系统，普通用户设备系统和管理员设备系统都包含有性能控制、安全控制、数据存储和合作方开发接口等系统架构平台，普通用户和管理员用户的系统特点分别是普通用户包括用户操作执行模块、培训测试模块和系统配置模块，用户操作执行模块分别控制培训测试模块的具体内容执行用户的飞机测试，系统配置为用户操作执行模块提供性能控制、安全控制、数据存储和合作方接口开发；管理员模块包含管理员操作执行模块，管理员操作执行模块具体为大范围人员进行培训管理和进行用户审计，通过用户审计授权普通用户进行对数据库管理系统进行数据读取和试飞试验。 

如图5为管理员、普通用户和数据管理服务器之间的工作关系，图中数据管理服务器为授权的管理员和普通用户提供试飞数据和飞机仿真相关的其他数据，而管理员和普通用户想要得到数据管理服务器的数据进行试飞试验必须经过数据管理服务器的授权，其中管理员PC通过直接账号密码在线验证后可直接接入数据管理服务器，普通用户包括远程授权客户端PC和正常客户端PC，远程授权客户端PC和正常客户端PC实用的数据管理服务器必须通过管理员PC授权后接入数据管理服务器才能得到试飞数据，远程授权客户端PC是通过一次授权长时间有效，不必每次都经管理员服务器授权，正常客户端 PC每次在接入数据管理服务器前先向管理员PC发送硬件指纹，该硬件指纹经过管理员PC验证后，管理员PC发送授权许可，正常客户端PC即可连接到数据管理服务器获得试飞数据，进行试飞试验。为了保证开发设备和将来研发出来的试飞培训设备是有关部门是得到授权的，授权分为了开发及使用设备授权，数据获取是得到授权的机器及时更新的试飞数据，只有基于试飞数据的培训设备在得到更新后才能算是有效的试飞培训，设备分为正常授权过的设备和远程授权设备，远程或正常设备如果想得到授权那么必须通过第一级帐号密码在线验证通过后，把PC标识码发过去，并得到授权文件或授权usbkey即成为被许可授权的PC，就可以从试飞数据库里得到最新数据，进而进行开发或培训，这时的开发机器或培训设备便建立收许可的保护区，已经构建了一个虚拟的局域网络。普通用户获得授权的方式如图7所示，启动核心应用程序即试飞程序，检测当系统运行后，生成虚拟磁盘镜像，在密盘监视下使用试飞管理数据库内机密数据，若授权失败则从新进入系统检测运行是否正常，最终将数据管理服务器内各种试飞数据和普通授权用户共享使用。 

以上具体实施例仅描述了本方案的主要特征和创新点。本领域的技术人员应该了解，本方案不受上述实施例的限制。在不脱离本创新点和保护范围的前提下，本方案还会有各种变化，这些变化和改进都将落入本方案要求保护的范围内。本方案要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物限定。 

应当注意，上述实施例是为了说明而不是限制本发明，那些 本领域技术人员将能够在不背离所附权利要求的范围的条件下设计许多可选实施例。词语“包含”不排除那些与权利要求中列出的元件或步骤不同的元件或步骤的存在。元件前的词语“一”或“一个”不排除多个这种元件的存在，在列举几种电路权利要求中，这些装置中的几个可以由一个来表现，硬件项也是同样，仅仅因为某些方法是在不同的从属权利要求中描述的，并不说明这些方法的组合不能用来获利。 

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，而且，术语“包含”、“包括”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括那些明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素，术语“相连”、“连接”、“连接到”或者其他变体，不仅仅包括将两个实体直接相连接，也包括通过具有有益改善效果的其他实体间接相连接。 

Claims (9)

1.一种基于飞机试飞培训的仿真模拟设备，其特征在于：包括：飞机仪表显示模块、虚拟三维飞机模块、仿真硬件模块、仿真控制系统、试飞仿真软件模块和计算机局域网络，所述飞机仪表显示模块、虚拟三维飞机模块、仿真硬件模块、仿真控制系统和试飞仿真软件模块在所述计算机局域网络内互联通信，所述仿真控制系统对仿真模拟设备程序进行控制并与试飞数据库进行数据的动态更新；所述试飞仿真软件模块用于将飞机仪表显示模块、虚拟三维飞机模块、仿真硬件模块发出驱动指令信息处理后再将数字信号回传给驱动指令发送端。

2.根据权利要求1所述的仿真模拟设备，其特征在于：仿真硬件模块包括驾驶盘、MCDU、侧杆、油门台、飞行控制板和EFIS控制板，所述飞行控制板用于控制飞机的DFCS系统、选择自动飞行系统的工作方式、预选航向、空速、高度；EFIS控制板用于控制飞机的仪表系统，控制PFD、ND的显示内容、气压基准、决断高度；驾驶盘用于提供飞机的滚转和俯仰姿态控制；油门台用于对虚拟仿真飞机发动机的控制。

3.根据权利要求2所述的仿真模拟设备，其特征在于：所述EFIS控制板包括左右两块，所述两块EFIS控制板位于虚拟仿真飞机遮光罩的两侧。

4.根据权利要求1所述的仿真模拟设备，其特征在于：飞机仪表显示模块包括一块飞机头顶板显示屏，一块中央操作台显示屏，四块EFIS显示屏，所述各显示屏布局和大小与真实飞机的布局和大小一致。

5.根据权利要求1所述的仿真模拟设备，其特征在于：所述虚拟三维飞机模块为可操作的虚拟三维飞机模块，经过操作的虚拟三维飞机模块将操作信息反馈到试飞仿真软件模块，操作信息经试飞仿真软件模块计算后将操作后的真实飞机反应状态反馈给虚拟三维飞机模块，从而能及时得到新飞机信息，上述可操作的方式包括接近、拆装、检测。

6.一种基于权利要求1所述设备的模拟仿真系统，其特征在于：包括数据管理服务器和仿真模拟设备，所述服务器用于储存模拟仿真的试飞数据，接收仿真模拟设备的服务请求并根据请求内容发送给仿真模拟设备授权数据。

7.根据权利要求6所述的模拟仿真系统，其特征在于：包括管理员PC和远程授权客户端PC，所述管理员客户端PC为数据管理服务器的直接链接端，通过数据管理服务器账号密码在线验证通过后，获取数据管理服务器数据并可授权其他客户端使用其所获得的数据信息；所述远程授权客户端PC可以通过管理员PC获取数据管理服务器数据信息，进行模拟试飞训练。

8.根据权利要求7所述的模拟仿真系统，其特征在于：包括：普通客户端PC，所述普通客户端PC通过发送硬件设备指纹到管理员PC，管理员PC认证普通客户端PC发送的硬件设备指纹信息，对普通客户端PC发送临时授权，普通客户端PC获得管理员PC授权后即可通过管理员PC获取数据管理服务器数据信息。

9.根据权利要求8所述的模拟仿真系统，其特征在于：管理员PC授权普通客户端PC的方式为生成虚拟磁盘镜像方式。

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