CN109345902A - 一种飞行模拟器飞机仿真系统 - Google Patents

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王云
黄祖丹
叶猛
张志强
孙双双
邓铸洲
杨衍舒
杨宛璐
韩立
王建普
吴慧钦
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Abstract

本发明提供一种飞行模拟器飞机仿真系统，由仿真平台和仿真软件两部分组成。仿真平台由上位机和目标机组成，上位机提供Windows Xp的环境，选用Tornado 2.2的实时开发环境；仿真平台采用嵌入式多任务操作系统VxWorks5.5作为飞机仿真软件运行所依赖的操作系统。仿真软件选用C语言和C++混合编程开发飞机仿真软件，采用模块化结构、多任务和单速率仿真模式，仿真周期10毫秒。软件模块包括实时管理模块、飞行性能仿真模块、飞机系统仿真模块、武器仿真模块和网络管理模块。该仿真系统的操作系统占用系统资源少、运行稳定，软件模型的设计和实现快捷、可靠性高，能满足飞行员全包线的飞行训练和程序训练的要求。

Description

一种飞行模拟器飞机仿真系统
技术领域
本发明涉及计算机仿真技术领域，具体为一种飞行模拟器飞机仿真系统。
背景技术
目前，飞行模拟器在飞行训练领域得到广泛应用。飞行模拟器与用真实飞机进行实际飞行训练相比，具有可控性、无破坏性、经济性、可靠性等优点。
飞机仿真系统是飞行模拟器的核心组成部分，用于模拟飞机飞行性能、操纵品质及各系统功能和工作状态，并与座舱模拟系统、教员控制台系统、视景系统、航空电子模拟系统和声音模拟系统等进行数据交互。因此，设计一种逼真度高、实时性强、性能稳定并能适应多个型号的飞机仿真系统是模拟器十分重要，其硬件平台的计算性能、操作系统的实时性能以及仿真软件的程序代码的科学性将决定飞行模拟器的质量。
发明内容
针对上述现实情况，本发明的目的是提供一种飞行模拟器飞机仿真系统，从而解决现有的仿真系统存在实时性不高、通用性不强、模型编码复杂且验证困难、模型逼真度不高等技术问题，以达到逼真模拟飞机地面滑跑、起飞、空中飞行、着陆等飞行过程（包括正常和典型的非正常情况），正确模拟飞机飞控、发动机、机电等系统的功能、性能和工作状态，并针对不同型号的飞机可以快速的构建仿真模型。
为解决上述技术问题，本发明的飞行模拟器飞机仿真系统由仿真平台和仿真软件两部分组成。具体技术方案为：
仿真平台由上位机和目标机组成，上位机提供Windows Xp的环境，选用Tornado 2.2的实时开发环境；仿真平台采用嵌入式多任务操作系统VxWorks5.5作为飞机仿真软件运行所依赖的操作系统。
进一步地，构建仿真平台应依据系统需求和硬件组成，对操作系统进行裁剪；采用基于优先级抢占和时间片轮转的任务调度策略，为每个任务划分优先级；提供多种任务间通讯机制，包括共享内存、信号量、消息队列等；提供高精度软件定时器。
仿真软件选用C语言和C++混合编程开发飞机仿真软件，采用模块化结构、多任务和单速率仿真模式，仿真周期10毫秒。软件模块包括实时管理模块、飞行性能仿真模块、飞机系统仿真模块、武器仿真模块和网络管理模块。
优选地，实时管理模块实现各仿真模块调度功能，规范飞行性能仿真模块、飞机系统仿真模块和网络管理模块调用方式和调用接口，管理其调用时机和调用方式，实现仿真调度和控制,包括：系统初始化、时钟管理、指令处理及解析、实时调度内核、复现功能模块。
优选地，飞行性能仿真模块用于解算飞机所受外力和飞机相关参数，并解算飞机飞行状态,包括：空气动力学计算、地面作用力计算、质量特性计算、六自由度运动方程模块、经纬度解算、磁差计算、标准大气解算、大气干扰模块、重定位模块、毁坏判断模块。
优选地，飞机系统仿真模块用于为飞机各系统建立仿真模型，模拟其工作过程,包括：发动机系统仿真、飞控系统仿真、航电系统仿真、机电系统仿真、特情处置现象。
优选地，武器仿真模块中采用简化的数学模型，模拟武器发射后的近似运动轨迹，及武器的命中交互评估。
优选地，网络管理模块实现了飞机仿真系统与座舱模拟系统、教员控制台系统、视景系统、航空电子模拟系统和声音模拟系统等的网络通讯功能，包括：网络初始化模块、网络发送模块、网络接收模块和网络数据封装与解析模块。
上述技术方案，自定制的实时仿真平台在系统精简的同时使得操作系统占用的系统资源更少，运行更加稳定，开发的快速仿真模型构建方法使得软件模型的设计和实现更加快捷、可靠性更高，飞行性能仿真模型能满足飞行员全包线的飞行训练要求，飞机系统仿真模块结合机载设备仿真件高度还原了机载设备的操作使用。该发明实现了模拟飞机全包线飞行性能和操纵品质，模拟飞机各系统功能和操作响应，模拟故障引起的飞机飞行性能、操纵品质、飞机系统状态的变化，达到了满足飞行员飞行训练和程序训练的要求。
附图说明
图1为本发明飞机仿真系统软件组成及流程框图。
具体实施方式
下面将结合图1，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明某一种具体实施例，而不是全部的实施例。
选用一台Windows.Xp系统计算机，作为上位机。一台VxWorks5.5嵌入式系统计算机，作为目标机。将两者IP地址设置为同一网段内(192.168.1.xx)，通过以太网与飞行模拟器中其他系统连接在同一局域网内。在上位机中安装Tornado 2.2作为软件开发环境。
在上位机中，按图1软件框架图，通过Tornado开发源代码，飞机仿真软件以实时管理模块为调度核心、以飞机仿真模块为数据中心，通过网络管理模块与其他分系统之间进行数据交互。
飞机仿真软件以配置文件方式保存运行所必须的初始参数，在初始化时导入配置文件信息和许可文件信息，打印欢迎屏幕信息并进行授权许可校验，然后对各模块进行初始化，并创建三个核心任务，分别是主仿真任务、网络发送任务和文件操作任务。其中主仿真任务为实时任务，根据时钟管理模块的调度周期运行，解算飞机仿真模块，并调用网络管理模块的数据封装和数据解析子模块实现网络数据封装和解析功能。网络发送任务为实时任务，根据时钟管理模块的调度周期运行，调用网络管理模块的网络发送子模块实现网络数据发送功能。文件操作任务为非实时任务，默认处于挂起状态，通过消息激活该任务，实现大文件的读写操作。对实时任务进行超时检测，当任务执行时间超过其定时周期时，输出提示信息。
软件在上位机Tornado提供的编译器中进行编译，生成.out目标程序，通过WindSh将目标程序下载至目标机中。
本发明的飞机仿真系统在运行过程中性能稳定、操作简单，完全满足飞行模拟器的设计要求。

Claims (8)

1. 一种飞行模拟器飞机仿真系统，由仿真平台和仿真软件两部分组成，其特征是：仿真平台由上位机和目标机组成，上位机提供Windows Xp的环境，选用Tornado 2.2的实时开发环境；仿真平台采用嵌入式多任务操作系统VxWorks5.5作为飞机仿真软件运行所依赖的操作系统；仿真软件选用C语言和C++混合编程开发飞机仿真软件，采用模块化结构、多任务和单速率仿真模式，仿真周期10毫秒；软件模块包括实时管理模块、飞行性能仿真模块、飞机系统仿真模块、武器仿真模块和网络管理模块。
2.如权利要求1所述的飞机仿真系统，其特征是：所述的仿真平台依据系统需求和硬件组成，对操作系统进行裁剪。
3.如权利要求2所述的飞机仿真系统，其特征是：所述的操作系统采用基于优先级抢占和时间片轮转的任务调度策略，为每个任务划分优先级；提供多种任务间通讯机制，包括共享内存、信号量、消息队列等；提供高精度软件定时器。
4.如权利要求1所述的飞机仿真系统，其特征是；所述的实时管理模块实现各仿真模块调度功能，规范飞行性能仿真模块、飞机系统仿真模块和网络管理模块调用方式和调用接口，管理其调用时机和调用方式，实现仿真调度和控制,包括：系统初始化、时钟管理、指令处理及解析、实时调度内核、复现功能模块。
5.如权利要求1所述的飞机仿真系统，其特征是；所述的飞行性能仿真模块用于解算飞机所受外力和飞机相关参数，并解算飞机飞行状态,包括：空气动力学计算、地面作用力计算、质量特性计算、六自由度运动方程模块、经纬度解算、磁差计算、标准大气解算、大气干扰模块、重定位模块、毁坏判断模块。
6.如权利要求1所述的飞机仿真系统，其特征是；所述的飞机系统仿真模块用于为飞机各系统建立仿真模型，模拟其工作过程,包括：发动机系统仿真、飞控系统仿真、航电系统仿真、机电系统仿真、特情处置现象。
7.如权利要求1所述的飞机仿真系统，其特征是；所述的武器仿真模块中采用简化的数学模型，模拟武器发射后的近似运动轨迹，及武器的命中交互评估。
8.如权利要求1所述的飞机仿真系统，其特征是；所述的网络管理模块实现了飞机仿真系统与座舱模拟系统、教员控制台系统、视景系统、航空电子模拟系统和声音模拟系统等的网络通讯功能，包括：网络初始化模块、网络发送模块、网络接收模块和网络数据封装与解析模块。
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