CN113485159A - 一种六自由度飞行仿真系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种六自由度飞行仿真系统,从飞行员那里以文本数据形式接收操纵杆输入数据的试播子系统模块；在对从上述试播子系统模块传送的操纵输入数据进行解读后，为了运行所读输入数据所需的4个信号，生成对应于从上述FCS子系统模块传送的上述4个信号的动作控制信号的动作控制信号的动作辅助系统模块；信号发生器子系统模块；根据动作控制信号以及从上述信号发生器子系统模块传送的上述环境变量数据的信号，固定翼飞机的机身、主转子、尾部、垂直稳定板、计算水平稳定板的力量和矩的固定翼飞机6自由度模块；提供记录固定翼飞机系统开发用飞行动力学解释/仿真程序的计算机可读记录媒体。
Description
技术领域
发明涉及飞行控制，尤其涉及一种六自由度飞行仿真系统。
背景技术
为了将固定翼飞机的各个构成要素用电脑软件进行描述，数学上掌握并重新构成称为建模，该建模结果产生的电脑软件称为固定翼飞机建模模块。
另外，一般在设计固定翼飞机时，构成固定翼飞机的每个构成要素(例如，固定翼飞机尾翼、机身、主转子、尾翼、液压器、分解成飞行操纵电脑及传感器等)，将这些各构成要素进行数学精密描述(建模)后，最终构成这些各构成要素的建模模块的变量值达到飞机主要目的的最佳值。
这种数值解释方法仅通过输入条件的变更就可以通过电脑解释对象物(固定翼飞机)，对固定翼飞机的解释非常有用。特别是，固定翼飞机的各个构成要素都是用各自的模型模块精密制作的，但是如果这些相互之间的关联关系在实际固定翼飞机上各不相同的话，他们所描绘的固定翼飞机的行动就会与实际不同。
因此，在为固定翼飞机的设计做数值分析(装配式/线性化/模拟)时，每个组件的模块之间的耦合是非常重要的。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足,本发明提供一种六自由度飞行仿真系统。该系统包括HETLAS程序、引擎数据库(110)、功率数据库(120)、引擎子系统模块(130)、机身子系统模块(140)、主转子子系统模块(150)、轮子系统模块(160)、垂直稳定板子系统模块(170)、水平稳定板子系统模块(170)、飞行员子系统模块(210)、FCS子系统模块(220)、执行子系统模块(230)、信号发生器子系统模块(240)传感器子系统模块(250)、固定翼飞机配置运行分析模块(310)、固定翼飞机线型分析模块(320)、固定翼飞机仿真分析模块(330)、固定翼飞机仿真分析模块(330)
本发明中，飞行员子系统模块根据飞行员的命令输入变量值，线性化/仿真选项变量、子系统输出变量、建模模块输入输出变量之间的连接关系数据、呼叫队列数据、储存包括各变量误差允许度范围信息数据在内的固定翼飞机的操纵间输入数据后，在适当的时机将飞行员输入数据传送到FCS子系统。
本发明中，FCS子系统模块会读取从飞行员子系统模块传送的每个飞行员输入数据，然后需要4个信号来执行每个读取的输入数据，它会产生包含主转子集电信号、尾转子集电信号、飞机姿态信号，然后将这些信号传送到执行子系统模块，FCS子系统模块还可能包含一些资源，以提供图形用户界面(GUI)和帮助，例如菜单项、图标和对话框，以控制HETLAS程序(1)中使用的固定翼飞机。
本发明中，执行子系统模块生成了从FCS子系统模块它们分别产生出相应的动作控制信号，以分别对应从主轮集电信号和尾轮集电信号、交叉循环信号和长周期循环信号，由固定翼飞机6自由度模块传送；
信号发生器子系统模块将发出代表固定翼飞机机动中其他环境变数数据的信号，然后将环境变化数据的信号传送给各个基本子系统的模块。
本发明中，传感器子系统模块可根据来自执行子系统模块和信号发生器子系统模块的其他环境变量数据的信号感应固定翼飞机6自由度模块的行动。
本发明中，固定翼飞机发动机引擎数据库对测试的温度、压力、高度以及发动机推力进行记录,飞行员从输入数据存储的固定翼飞机的操纵杆输入数据根据固定翼飞机的发动机推力计算而提供的必要数据。
本发明中，功率数据库是根据固定翼飞机风洞测试的接收角和速度的功力系数记录的表格，包括各构成要素储存的数据、飞行员输入的固定翼飞机的操纵杆输入数据，固定翼飞机的各个构成要素所受到的力量/矩的系数计算的必要数据。
本发明中，引擎子系统模块和机身子系统模块、主转子系统模块、轮子系统模块、垂直稳定板子系统模块、水平稳定板子系统模块通过飞行员服务系统模块从飞行员输入的固定翼飞机的操纵杆输入数据及信号发生器子系统模块，根据飞行员输入的其他环境变量数据，固定翼飞机的各个谈话、机身、执行计算主转子、尾部、垂直稳定板及水平稳定板的力量/矩的动作。
本发明中，HETLAS程序可以通过飞行员子系统模块输入配置运行指令，调用固定翼飞机配置运行分析模块来启动配置运行。
本发明中，固定翼飞机配置运行分析模块根据飞行员执行命令中包含的相应子系统模块的调用顺序、次数及变量输入输出关系的子系统调用函数、各子系统模块通过调用驱动程序文件，调用该子系统模块来驱动，然后，固定翼飞机配置运行分析模块将执行命令的结果存储在内存中作为流线型数据，通过上述阶段，存储在内存中的流线型数据被用作以后的线性运行动作和仿真运行动作的参考数据。
本发明中，HETLAS程序根据飞行员子系统模块输入的飞行员的线性化运行命令，调用固定翼飞机线型分析模块，开始线性化执行动作，固定翼飞机线型分析模块根据飞行员线型化运行命令中包含的相应子系统模块的调用顺序、次数及变量输入输出关系的子系统调用函数、各子系统模块通过调用驱动程序文件，调用该子系统模块来驱动，其次，固定翼飞机线性化解释模块将线性化解释的结果存储在内存中作为线性化数据。
本发明中，同样，HETLAS程序也可以通过飞行员驾驶模块输入仿真运行命令，并通过调用固定翼飞机仿真解释模块来启动仿真操作，固定翼飞机仿真解释模块的飞行员仿真运行命令中包括有关发球点系统模块的调用顺序执行,次数和变量的输入输出关系定义子系统根据调用函数、各子系统模块为呼叫,呼叫这些驱动程序文件,通过调用相应子系统模块来执行飞行员的仿真执行命令，固定翼飞机仿真分析模块将仿真分析的结果以仿真数据的形式存储在内存中。
附图说明
图1为本发明的系统开发的飞行动力学分析/仿真程序的各模块示意图
图2为本发明的飞行动力学分析/仿真程序的执行行为图
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合,下面结合附图和有具体实施例对本申请作进一步详细说明。
如图1所示,一种六自由度飞行仿真系统，包括HETLAS程序、引擎数据库(110)、功率数据库(120)、引擎子系统模块(130)、机身子系统模块(140)、主转子子系统模块(150)、轮子系统模块(160)、垂直稳定板子系统模块(170)、水平稳定板子系统模块(170)、飞行员子系统模块(210)、FCS子系统模块(220)、执行子系统模块(230)、信号发生器子系统模块(240)传感器子系统模块(250)、固定翼飞机配置运行分析模块(310)、固定翼飞机线型分析模块(320)、固定翼飞机仿真分析模块(330)、固定翼飞机仿真分析模块(330)
本发明仿真系统共享内存和网络可以通过交换接口,相互间的联动功能,以便可以执行的输入输出接口部；飞行仿真主机系统内的各部的动作和数据流整体控制纽,上述飞行时生成图像所需的多数进程,各进程生成实时日程安排,实行实时进程部的职能；一个数据存储单元，其功能是在仿真飞行时存储上述进程单元所处理的数据，并在必要时进行载入；飞行仿真主机系统，包含数据库，可在控制此过程部分显示上述飞行仿真的执行情况和各种状态值。
本发明飞行员子系统模块(210)根据飞行员的命令输入变量值，线性化/仿真选项变量、子系统输出变量、建模模块输入输出变量之间的连接关系数据、呼叫队列数据、储存包括各变量误差允许度范围信息数据在内的固定翼飞机的操纵间输入数据后，在适当的时机将飞行员输入数据传送到FCS子系统(220)。
数据处理程序的频率分别为60Hz、30Hz和10Hz。
FCS子系统模块(220)会读取从飞行员子系统模块(210)传送的每个飞行员输入数据，然后需要4个信号来执行每个读取的输入数据，它会产生包含主转子集电信号、尾转子集电信号、飞机姿态信号，然后将这些信号传送到执行子系统模块(230)。FCS子系统模块(220)还可能包含一些资源，以提供图形用户界面(GUI)和帮助，例如菜单项、图标和对话框，以控制HETLAS程序(1)中使用的固定翼飞机。
执行子系统模块(230)生成了从FCS子系统模块(220)它们分别产生出相应的动作控制信号，以分别对应从主轮集电信号和尾轮集电信号、交叉循环信号和长周期循环信号，由固定翼飞机6自由度模块(10)传送。
信号发生器子系统模块(240)将发出代表固定翼飞机机动中其他环境变数数据的信号，然后将环境变化数据的信号传送给各个基本子系统的模块(10)。
传感器子系统模块(250)可根据来自执行子系统模块(230)和信号发生器子系统模块(240)的其他环境变量数据的信号感应固定翼飞机6自由度模块(10)的行动。
固定翼飞机发动机引擎数据库(110)对测试的温度、压力、高度以及发动机推力进行记录,飞行员从输入数据存储的固定翼飞机的操纵杆输入数据根据固定翼飞机的发动机推力计算而提供的必要数据。
功率数据库(120)是根据固定翼飞机风洞测试的接收角和速度的功力系数记录的表格，包括各构成要素储存的数据、飞行员输入的固定翼飞机的操纵杆输入数据，固定翼飞机的各个构成要素所受到的力量/矩的系数计算的必要数据。
引擎子系统模块(130)和机身子系统模块(140)、主转子系统模块(150)、轮子系统模块(160)、垂直稳定板子系统模块(170)、水平稳定板子系统模块(180)通过飞行员服务系统模块(210)从飞行员输入的固定翼飞机的操纵杆输入数据及信号发生器子系统模块(240)，根据飞行员输入的其他环境变量数据，固定翼飞机的各个谈话、机身、执行计算主转子、尾部、垂直稳定板及水平稳定板的力量/矩的动作。
如图2所示，用HETLAS程序描述各个模块的运行行为，HETLAS程序(1)可以通过飞行员通过飞行员子系统模块(210)输入配置运行指令，调用固定翼飞机配置运行分析模块(310)来启动配置运行(S101a)。
固定翼飞机配置运行分析模块(310)根据飞行员执行命令中包含的相应子系统模块的调用顺序、次数及变量输入输出关系的子系统调用函数(S102)、各子系统模块(10、210、220、230、240、250)通过调用驱动程序文件(S103)，调用该子系统模块(10、210、220、230、240、250)来驱动(S104)。然后，固定翼飞机配置运行分析模块(310)将执行命令的结果存储在内存中作为流线型数据(S200)。通过上述S101a阶段到S104阶段和S200阶段，存储在内存中的流线型数据被用作以后的线性运行动作和仿真运行动作的参考数据。
同样，根据本发明，HETLAS程序(1)根据飞行员子系统模块(210)输入的飞行员的线性化运行命令，调用固定翼飞机线型分析模块(320)，开始线性化执行动作(S101b)。固定翼飞机线型分析模块(320)根据飞行员线型化运行命令中包含的相应子系统模块的调用顺序、次数及变量输入输出关系的子系统调用函数(S102)、各子系统模块(10、210、220、230、240、250)通过调用驱动程序文件(S103)，调用该子系统模块(10、210、220、230、240、250)来驱动(S104)。其次，固定翼飞机线性化解释模块(320)将线性化解释的结果存储在内存中作为线性化数据(S300)。
HETLAS程序(1)也可以通过飞行员通过飞行员飞行员飞行员驾驶模块(210)输入仿真运行命令，并通过调用固定翼飞机仿真解释模块(330)来启动仿真操作(S101c)。固定翼飞机仿真解释模块(330)的飞行员仿真运行命令中包括有关发球点系统模块的调用顺序执行,次数和变量的输入输出关系定义子系统根据调用函数(s102)、各子系统模块(10、210、220、230、240、250)为呼叫,呼叫这些驱动程序文件,(s103),通过调用相应子系统模块(10,210、220、230、240、250)来执行飞行员的仿真执行命令(S104)。固定翼飞机仿真分析模块(330)将仿真分析的结果以仿真数据的形式存储在内存中(S400)。
飞行仿真中显示各系统的状态及上述各数据处理过程的动作状态，是生成状态窗口并传送到上述显示部的功能的显示器过程；将上述飞行仿真中发生的上述处理数据存储到上述数据存储部，必要时执行从上述数据存储部加载的功能的存储过程；在飞行仿真中生成上述多个数据处理过程和显示器过程和存储过程，其特点是包括设置并执行上述生成的每个子进程的实时执行特性和方法的主要过程。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解的是,在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种等效的变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。
Claims (9)
1.一种六自由度飞行仿真系统，其特征在于,包括HETLAS程序、引擎数据库(110)、功率数据库(120)、引擎子系统模块(130)、机身子系统模块(140)、主转子子系统模块(150)、轮子系统模块(160)、垂直稳定板子系统模块(170)、水平稳定板子系统模块(180)、飞行员子系统模块(210)、FCS子系统模块(220)、执行子系统模块(230)、信号发生器子系统模块(240)、传感器子系统模块(250)、固定翼飞机配置运行分析模块(310)、固定翼飞机线型分析模块(320)、固定翼飞机仿真分析模块(330)、固定翼飞机仿真分析模块(330) 。
2.如权利要求1所述的一种六自由度飞行仿真系统，其特征在于，飞行员子系统模块根据飞行员的命令输入变量值，线性化/仿真选项变量、子系统输出变量、建模模块输入输出变量之间的连接关系数据、呼叫队列数据、储存包括各变量误差允许度范围信息数据在内的固定翼飞机的操纵间输入数据后，在适当的时机将飞行员输入数据传送到FCS子系统。
3.如权利要求1所述的一种六自由度飞行仿真系统，其特征在于，FCS子系统模块会读取从飞行员子系统模块传送的每个飞行员输入数据，然后需要4个信号来执行每个读取的输入数据，它会产生包含主转子集电信号、尾转子集电信号、飞机姿态信号，然后将这些信号传送到执行子系统模块，FCS子系统模块还可能包含一些资源，以提供图形用户界面(GUI)和帮助，例如菜单项、图标和对话框，以控制HETLAS程序(1)中使用的固定翼飞机。
4.如权利要求3所述的一种六自由度飞行仿真系统，其特征在于，执行子系统模块生成了从FCS子系统模块它们分别产生出相应的动作控制信号，以分别对应从主轮集电信号和尾轮集电信号、交叉循环信号和长周期循环信号，由固定翼飞机6自由度模块传送；
信号发生器子系统模块将发出代表固定翼飞机机动中其他环境变数数据的信号，然后将环境变化数据的信号传送给各个基本子系统的模块。
5.如权利要求1所述的一种六自由度飞行仿真系统，特征在于，传感器子系统模块可根据来自执行子系统模块和信号发生器子系统模块的其他环境变量数据的信号感应固定翼飞机6自由度模块的行动。
所述的固定翼飞机发动机引擎数据库对测试的温度、压力、高度以及发动机推力进行记录,飞行员从输入数据存储的固定翼飞机的操纵杆输入数据根据固定翼飞机的发动机推力计算而提供的必要数据。
6.如权利要求1所述的一种六自由度飞行仿真系统，特征在于,功率数据库是根据固定翼飞机风洞测试的接收角和速度的功力系数记录的表格，包括各构成要素储存的数据、飞行员输入的固定翼飞机的操纵杆输入数据，固定翼飞机的各个构成要素所受到的力量/矩的系数计算的必要数据。
7.如权利要求1所述的一种六自由度飞行仿真系统，特征在于:引擎子系统模块和机身子系统模块、主转子系统模块、轮子系统模块、垂直稳定板子系统模块、水平稳定板子系统模块通过飞行员服务系统模块从飞行员输入的固定翼飞机的操纵杆输入数据及信号发生器子系统模块，根据飞行员输入的其他环境变量数据，固定翼飞机的各个谈话、机身、执行计算主转子、尾部、垂直稳定板及水平稳定板的力量/矩的动作。
所述的HETLAS程序可以通过飞行员子系统模块输入配置运行指令，调用固定翼飞机配置运行分析模块来启动配置运行。
8.如权利要求1所述的一种六自由度飞行仿真系统，特征在于:固定翼飞机配置运行分析模块根据飞行员执行命令中包含的相应子系统模块的调用顺序、次数及变量输入输出关系的子系统调用函数、各子系统模块通过调用驱动程序文件，调用该子系统模块来驱动，然后，固定翼飞机配置运行分析模块将执行命令的结果存储在内存中作为流线型数据，通过上述阶段，存储在内存中的流线型数据被用作以后的线性运行动作和仿真运行动作的参考数据。
9.如权利要求1所述的一种六自由度飞行仿真系统，特征在于:同样，根据本发明，HETLAS程序根据飞行员子系统模块输入的飞行员的线性化运行命令，调用固定翼飞机线型分析模块，开始线性化执行动作，固定翼飞机线型分析模块根据飞行员线型化运行命令中包含的相应子系统模块的调用顺序、次数及变量输入输出关系的子系统调用函数、各子系统模块通过调用驱动程序文件，调用该子系统模块来驱动，其次，固定翼飞机线性化解释模块将线性化解释的结果存储在内存中作为线性化数据。
所述的HETLAS程序也可以通过飞行员驾驶模块输入仿真运行命令，并通过调用固定翼飞机仿真解释模块来启动仿真操作，固定翼飞机仿真解释模块的飞行员仿真运行命令中包括有关发球点系统模块的调用顺序执行,次数和变量的输入输出关系定义子系统根据调用函数、各子系统模块为呼叫,呼叫这些驱动程序文件,通过调用相应子系统模块来执行飞行员的仿真执行命令，固定翼飞机仿真分析模块将仿真分析的结果以仿真数据的形式存储在内存中。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20211008 |