飞行仿真器关键技术与发展趋势

飞行仿真器,即载人回路仿真被广泛用于训练和工程问题.本文描述了飞行器的特性,尤其是从改善逼真度的观点对其加以说明.还讨论了飞行仿真器的建模和软件、飞行环境(运动系统和视觉系统).最后指出一些关键技术和发展方向.     

里根下令研制空间站

1月25日美国总统里根命令国家航空与航天局(NASA)立即开始研制一个永久性的载人空间站。这是一项期限为8年经费为80亿美元的计划。这项计划完成后,美国在空间始终有载人飞行,从而可以确保它在民     

载人深空飞行返回再入模式仿真研究

建立了用于研究载人深空飞行返回再入模式问题的平面动力学模型,进行了基于弹道式和半弹道式模式再入的轨道仿真,分析比较了相同参数条件下两种再入模式的轨道动力学仿真结果,得出了载人深空飞行返回应采用半弹道式模式再入的结论,为进一步研究载人深空飞行返回再入策略和轨道优化设计提供了条件.     

飞行仿真器导航系统建模与仿真

飞行仿真器导航系统仿真技术的研究是飞行仿真器研究开发的一个重要部分,导航系统为飞行仿真器的其他系统提供重要的相关信息,包括飞机的位置、高度、速度、加速度以及飞机当前姿态等参数。首先研究了真实导航系统的基本原理,然后分析了导航系统在飞行仿真器中如何进行参数解算,以及如何与其它系统进行信息交互模拟真实飞行器的导航过程。所采用的导航方式是无线电导航和惯性导航组合的方式。     

面向对象的飞行器仿真综述

面向对象仿真是当前仿真研究领域最为引人关注的研究方向之一,本文综述了面向对象的飞行器仿真研究。首先阐述了面向对象仿真的概念,分析了飞行器仿真研究的内容及其面临的问题。尔后从设计开发通用仿真类库、发动机仿真、科学工程计算、控制系统仿真、飞行仿真以及飞行器系统仿真等六个方面综述了面向对象技术在飞行器仿真中的应用。最后对面向对象的飞行器仿真的发展前景做了初步展望。     

基于模型的载人航天工程需求分析方法

基于模型的系统工程(model-based systems engineering, MBSE)能够提升复杂工程的总体设计能力和设计效率，在工程领域得到了广泛应用，但在载人航天工程领域尚处于起步阶段。在载人航天任务方案论证与方案设计阶段，为了规范基于模型的需求分析与系统设计工作，提出了任务需求分析的初步工作方法和流程。基于MBSE方法论和载人航天工程特点，提出了开展任务需求分析、能力需求分析、系统架构设计、系统需求分析、仿真验证、需求发布6个步骤，并以美国阿尔特弥斯计划为案例，详述了需求分析的流程。为后续开发覆盖载人航天全任务周期的数字化设计和技术管理流程奠定了基础。     

微型飞行器实时飞行仿真系统的设计与实现

微型飞行器的实时飞行仿真技术在飞行器集群控制、任务分配以及军事指挥等方面有着广阔的应用前景.在研究视景仿真技术的基础上,首先基于Multigen Creator和Vega软件,建立多架微型飞行器的飞行视景仿真环境.然后采用C++技术开发了该飞行仿真系统与路径规划系统的实时数据传输接口,并为每架飞行器设置了独立的运动模型,来接收路径数据和实时调整飞行器的路径及飞行姿态,从而实现了飞行器的实时协同飞行仿真.     

载人飞行器在轨视景仿真图像抖动研究

在航天员训练用的飞行程序训练模拟器视景仿真中,为了获得较好的视景图像效果,往往需要使用GPU进行视景仿真计算,然而载人飞行器在轨飞行时,飞行器相对地球惯性坐标系位置数据值大,已超出单精度GPU有效表达范围,导致视景图像抖动.详细分析视景图像抖动产生的原因,给出消除图像抖动的仿真方法,并提出评估图像抖动大小的计算方法.最后,以计算用例对比该计算方法与观察实际仿真图像效果,证实了该计算方法的有效性.该计算用例同时验证了消除图像抖动仿真方法的合理性和有效性.     

俄罗斯研制可重复使用的载人航天器

俄罗斯"能源"火箭航天集团正在研制可重复使用的新一代载人航天器,以替代服役了近半个世纪的"联盟"系列飞船.该集团正就舱式结构的载人飞船和带折叠机翼的航天飞机两种方案进行论证.采用舱式结构的俄罗斯"联盟"载人飞船长期以来以高可靠性、高稳定性著称."能源"集团的专家们计划对"联盟"飞船进行现代化改造,进一步提高飞船性能、降低成本.     

飞行器运动模型的计算机辨识技术

飞行器运动模型辨识是以飞行试验、飞行力学和系统辨识为基础的一门新兴技术。计算机仿真应用贯穿着运动模型辨识的全过程。文中作者简述了飞行器运动模型在航空、航天科技和工业中的重要地位，以及计算机仿真对这门新技术的巨大支撑作用。着重讨论了飞行器运动模型结构－ 参数的计算机辨识技术     

美空军着手军用航天飞机的设计

空军正在进行先进的军用航天飞机的设计准备工作,它期待在20年左右内能具备一旦需要即可发射航天飞机的能力。 为了支持上述工作,俄亥俄州赖特-帕特森空军基地的空军飞行动力学实验室     

基于DirectX的微型飞行器飞行仿真系统

介绍了一种运行在PC/Windows平台上的微型飞行器飞行实时仿真系统,该系统在VC 6.0编程环境下用DirectX开发。在飞行动力学和运动学仿真中,采用了六自由度全量非线性方程,以微型飞行器的风洞吹风实验数据为依据,考虑了螺旋桨的气动扭矩、陀螺力矩和尾流对微型飞行器的影响,精确地反映了微型飞行器的实际运动特性。应用此飞行仿真软件,除可以进行全面的飞行动力学分析外,还应用于微型飞行器的设计、试飞、侦察评估等方面。     

飞行仿真器综合火控仿真系统研究

随着现代航空火技术的飞速发展,新型综合火控系统的研制与一切迫切需求先进仿真技术的强有力支持。本文针对航空综合控系统仿真在任务与功能上的客观需求,基于虚拟样机的设计思想,进行了仿真系统体系结构的方案研究,分析了其中所涉及到的若干关键技术,并给出了飞行仿真器控仿真系统在一个综合仿真系统中的应用实现。     

一种空间飞行器编队重组的轨道优化方法

现有的空间飞行器编队重组的轨道规划方法在求解能量最优策略时,都预先给定了变轨花费的时间,但没有说明给定的时间是怎么选择的.将空间飞行器主从编队重组的轨道规划视为一个多目标优化问题,提出了一种小生境进化算法.该方法通过使用特定的染色体表示方法和进化算子,能有效的搜索到飞行器编队重组轨道规划问题的时间.能量前沿,并引入等值分享法保证优秀个体具有较大的选中概率和前沿的多样性.该方法能同时提供多种变轨方案,编队飞行的任务制定者从而可以根据实际应用情况选择最合适的方案.仿真结果表明了该方法的正确性.     

目标监视绕飞导引方法研究

针对空间非合作目标近距离监视机动飞行,在给出视线坐标系中两航天器的相对运动数学模型的基础上,建立了跟踪飞行器的轴向轨控发动机模型,提出了直接以发动机产生向心力对目标进行绕飞的控制方法,并完全利用跟踪飞行器上光学相机所提供的观测信息,设计出一种在绕飞面控制视线转率为非零常值,同时在纵平面辅以比例导引的制导方法,使跟踪飞行器能在以目标为中心的近圆相对轨道上飞行.讨论了该方法下可实现绕飞的条件,给出了控制方法,通过数学仿真,验证了该方法的可行性.     

高超声速飞行器总体性能虚拟飞行试验验证系统

高超声速飞行器具有重要战略价值,但难以进行全程和整个飞行包络的真实飞行试验,基于仿真技术进行虚拟飞行试验是其总体性能分析与验证的必要手段。针对高超声速飞行器在飞行过程中总体、控制、气动、结构、动力、载荷、防热与热环境、飞行器运动学与动力学等多学科、多物理场强耦合特性,提出了高超声速飞行器高性能多物理场耦〖JP3〗合虚拟飞行试验平台体系结构,建立了高超声速飞行器多物理场耦合虚拟仿真试验模型,开发了基于高性能异构计算系统的多学科综合虚拟飞行试验系统,为实现高超声速飞行器的总体设计提供了可靠、实用的验证途径。     

气象保障中基于遗传算法的航迹规划仿真

飞行器在执行任务过程中,需要根据三维空间和时间的气象信息变化、障碍物、威胁等信息以及飞行器自身的机动性能限制,计算出飞行航迹.主要通过基于遗传算法的航迹规划理论和应用MM5模式输出产品（风场、积冰、颠簸）信息,进行航迹路径的规划仿真验证与分析,给出了具有实际工程应用价值的飞行航迹.     

基于改进多圆锥截线的月地返回轨道快速设计方法

针对返回近地空间站的月地转移轨道优化问题,提出一种基于改进多圆锥截线的高精度轨道设计方法。该类问题与再入大气月地轨道设计不同,需要考虑空间站轨道面约束。首先分析飞行任务过程,基于逆步长积分策略建立优化模型;然后根据地月位置关系,提出近月点窗口和轨道设计参数的初值估计方法;最后对多圆锥截线法进行改进,并与高精度轨道模型相结合,精确快速求解月地转移轨道。仿真算例验证提出的轨道优化策略具有较好的收敛特性和计算效率,并揭示了返回窗口、近月点出发域和速度增量的变化特性和规律。     

大气环境中的亚轨道飞行器再入轨迹仿真

针对亚轨道再入飞行器的高精度轨迹仿真问题,采用了国际上最新的NRLMISISE00大气模式、HWM93水平风场建立了大气参数模拟系统,比较分析了不同模式下影响飞行器运动特性的各种大气参数的区别;利用查普曼公式建立了大气环境中亚轨道再入飞行器的运动方程;结合美国X-33演示验证实验样机,仿真分析了各种大气参数对亚轨道再入飞行器运动参数的影响.研究表明,大气环境对于再入飞行器的影响不容忽略,在实际应用中应该根据具体的任务需求来选择合理的大气模型.     

基于进化算法的多飞行器四维航迹规划方法

鉴于目前的航迹规划方法都局限于二维或三维空间,提出了一种基于进化算法的多飞行器四堆航迹规划方法.该方法在三维航迹规划的基础上加入时间代价约束,通过计算航迹节点在四维空间的坐标,将到达目标的时间与航迹搜索结合起来,使多个无人飞行器能够对目标进行同时打击并避免飞行器在飞行过程中的碰撞.仿真试验结果表明,该方法可以快速有效地完成四维航迹规划,获得满足要求的多飞行器飞行航迹.