半实物仿真在飞行模拟器中的应用资料

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 测量飞机离开地面的实际高度，不受气候条件影响
• 无线电高度表
• 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
• DME测距机
提供飞机相对于地面发射台的磁方位角，确定飞机 位置 和地面测距信标台配合工作，提供所选信标台的斜 距 提供飞机相对地面台的方位和距离信息
• TACAN接收机
• 仪表着陆接收机
• OMEGA导航接收机
确定多个导航参数
与高度信息配合，引导飞机在能见度很低情况下着 陆
• 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。
2.2、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、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
2.1、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 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
• 输出处理模块
结论
1、半实物仿真将硬件接入仿真回路，同其它 类型的仿真方法相比具有经济地实现更高真实 度的可能性 2、在飞行器仿真中，半实物仿真主要用于其 控制、制导、导航系统 3、这里分别介绍了飞行器控制、指导、导航 系统在飞行模拟器上的仿真原理、方法以及相 应的组成部分。
飞行半实物仿真系统
半实物仿真方法 制作人 ***
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。
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。
• 惯性导航
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，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。
2.3、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。
2.4、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。
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、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
4.1、无线电导航仿真
组成及仿真方法
导航控制盒和仪表
机载设备原件或改装 计算机软件模拟实现
收/发讯机
无线电导航系统仿真原理示意图
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 待飞距离和距离 估计到达时间与待飞时间
• •
甚高频通讯台
发射方式：以水平面无方向性的方式发射信号，在 垂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
无方向信标台（NDB）
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
• • • •
测距台（DME） 甚高频全向信标台（VOR） 指点信标台 仪表着陆台件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 • 导航处理模块
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。
4.2、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 。