半实物仿真在飞行模拟器中的应用

1、飞行半实物仿真系统半实物仿真方法制作人 *1 1、飞行半实物仿真系统组成与原理 飞行半实物仿真系统将接入飞行控制、制导、导航等系统的传感器、计算机、执行机构等实物，飞行器飞行动力学模型等都在仿真计算机中解算，驱动信号将控制各种物理效应设备，形成各种传感器测量用的虚拟环境。仿真总控台控制整个仿真系统的运行，包括初试条件和参数的设置、运行过程中的监控和参数记录存储，运行后的实验结果评估和文档建立等。2 2、控制系统半实物仿真 传感器姿态陀螺仪航向陀螺仪动静压传感器过载传感器等 物理效应设备三轴转台动静压模拟器加速度模拟器负载模拟器2.12.1、三轴转台 三轴转台用来模拟复现弹体或机体的空间角运动

2、框架系统有三个框架（分别为内、中、外框架）。内框架通过外框、中框和自身的转动，具有三个角运动的自由度 在内框上安装真实的角运动传感器，可测出与实际飞行中相同的角运动 三个框架的转角对应于欧拉角，也即姿态角，可以有不同的顺序。一般将外框转角对应偏航角，中框对应俯仰角，内框对应滚转角 在飞机飞行控制半实物仿真系统中，三轴转台由仿真计算机中飞行动力学数学模型解算出的俯仰角、倾斜角、航向角等基本信号驱动。仿真实验时，飞行控制系统的水平姿态陀螺、航向陀螺、角速率陀螺安装在三轴转台上。2.22.2、动- -静压模拟器 这是一种由伺服系统控制气体容器压力变化的装置，控制信号由仿真计算机中大气数学模型和飞行动

3、力学数学模型解算获得，飞机上的动-静压传感器直接与其体容器连接。2.32.3、恒速转台 稳定的恒速转台产生的离心加速度分量是实现加速度模拟的一种技术方案，在仿真实验时，加速度传感器置于恒速转台上，其位置和测量轴线方位随加速度信号改变。2.42.4、负载模拟器 飞行控制系统的执行机构操纵飞机舵面时将克服气动载荷形成的铰链力矩，它是飞行速度、飞行高度、舵偏角的函数，负载模拟器将模拟生成铰链力矩加载于飞行控制系统的执行机构（舵机），负载模拟器是一种力伺服系统。3 3、导弹制导系统半实物仿真 传感器姿态传感器加速度传感器导引头 物理效应设备射频目标模拟器红外目标模拟器等 导引头是截获、跟踪辐射源的核心

4、部件。由天线、接收机、信号处理器等部分组成。根据接受的能量和信号的物理特性，分为射频、红外、可见光图像等。针对不同类型的导引头，仿真实验时需要对应的目标模拟器。示例 在这个方案中，使用了红外导引头。另外使用红外CIG生成具有目标与背景红外特征的视频信号，用于模拟导弹飞行时观察到的远方的红外图像。4 4、导航系统半实物仿真 主要任务：导引飞机沿既定航线飞行；确定飞机当前所处的位置及其航行参数；导引飞机在夜间和复杂气象条件下安全着陆。 无线电导航 利用无线电引导飞行器沿规定航线、在规定时间达到目的地的航行技术。利用无线电波的传播特性可测定飞行器的导航参量（方位、距离和速度），算出与规定航线的偏差，

5、由驾驶员或自动驾驶仪操纵飞行器消除偏差以保持正确航线。 惯性导航 惯性导航系统利用惯性敏感测量元件，如陀螺、加速度等测量飞行器相对惯性空间的线运动和角运动参数，在给定飞行器初试条件下，通过计算机计算出飞行器导航和控制所必须的姿态、方位、速度、位置等参数，从而引导飞行器完成预定的航行任务。目前惯导系统一般分为了平台式惯导系统和捷联式惯导系统。4.14.1、无线电导航仿真组成及仿真方法n导航控制盒和仪表n收/发讯机无线电导航系统仿真原理示意图机载设备原件或改装计算机软件模拟实现导航参数飞机航向角飞机方位角和相对方位角飞机航迹与实际航迹角期望航迹角航迹角偏差偏流角航路点偏航距离地速空速风速与风向待飞

6、距离和距离估计到达时间与待飞时间常用机载设备 自动定向机 测定飞机纵轴方向（航向）到地面导航台的相对方位角 对飞机进行定位测量 引导飞机飞向导航台或飞离导航台 测定和指示电台方位角 抄收气象报告，进行定向和收听新闻和音乐 无线电高度表 测量飞机离开地面的实际高度，不受气候条件影响 指点信标接收机 接收地面指点信标发射台的信号 甚高频全向信标接收机 提供飞机相对于地面发射台的磁方位角，确定飞机位置 DME测距机 和地面测距信标台配合工作，提供所选信标台的斜距 TACAN接收机 提供飞机相对地面台的方位和距离信息 仪表着陆接收机 与高度信息配合，引导飞机在能见度很低情况下着陆 OMEGA导航接收机

7、 确定多个导航参数无线电导航系统仿真方法 对每种导航设备都建立仿真模型，反应该设备的功能、动/静态性能，并编制相应软件模块 各模块通过计算机接口与相应仿真控制面板和仿真指示器连接 所有导航软件模块组成无线电导航软件分系统，与飞行模拟器其它分系统进行信息交换 地面导航台数据库 大多数机载导航设备都依赖于地面台，因此地面台的位置对无线电设备仿真至关重要。在仿真中，将地面台数据放在数据库中，在需要的时候在数据库中查找需要的参数来计算导航参数。 甚高频通讯台 发射方式：以空间波方式传播 存储参数：使用频率、地理经度、标高、地理纬度 无方向信标台（NDB） 发射方式：以水平面无方向性的方式发射信号，在垂

8、直方向上有一个盲区 存储参数：使用频率、标高、地理经度、纬度、识别信号、磁偏差、作用距离、盲区 测距台（DME） 甚高频全向信标台（VOR） 指点信标台 仪表着陆台 4.24.2、惯导系统基本组成飞机惯性导航系统仿真方法和实例 飞行模拟器 导航设备 硬件 ：仿真控制显示组件和方式选择组件中的显示和控制面板。在要求高的飞行模拟器中，可采用飞机座舱中的真实面板进行改装，信号输入和输出的接口经过改造和仿真计算机连接。 软件 ：模拟惯导系统其它功能和故障仿真 导航参数测量 解算运动方程，转换：由于不存在真实的陀螺仪等测量元件，其所需参数通过飞行系统解算获得。惯性基准系统硬件仿真举例 方式选择组件MSU 方式选择开关 方式和状态通告牌 控制显示组件CDU 系统选择显示开关 显示选择开关 数字字母键 与控制显示面板连接的仿真计算机接口 开关输入量 数字输入量 开关量输出方式和状态显示灯 数字量输出惯性基准系统软件仿真 工作方式处理模块 快速导航模块 导航处理模