基于Matlab+Simulink平台的直升机飞行实时仿真研究

图 2.1 MATLAB 6.5 界面 ......................................................................................................10 图 2.2 SIMULINK 界面 ...........................................................................................................11 图 2.3 系统设计概念 ............................................................................................................13 图 2.4 仿真用手柄 ................................................................................................................13 图 2.5 MSFS 视景系统 ...........................................................................................................14 图 2.6 直升机仿真模型处理流程图 ....................................................................................15 图 2.7 直升机仿真系统结构框架图 ....................................................................................16 图 2.8 系统的总体结构界面 ................................................................................................18 图 2.9 Helisim 模块 .............................................................................................................19 图 2.10 Helisim 内部结构图 ...............................................................................................19 图 2.11 Aerodynamics 模块内部结构图 .............................................................................20 图 2.12 Total Forces 内部结构图 .....................................................................................21 图 2.13 Total Moments 内部结构图 ...................................................................................21 图 2.14 Solver of Motion Equations 模块内部结构图..................................................22 图 2.15 CreateMotions 子模块及其参数 ...........................................................................22 图 2.16 External devices 接口的内部结构图..................................................................23 图 2.17 FS interface 模块 .................................................................................................24 图 2.18 FS interface 模块内部结构图 .............................................................................24
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南京航空航天大学硕士学位论文
图表清单
图 1.1 人在回路实时仿真系统 ..................................... 2 图 1.2 直升机飞行实时仿真系统组成 ............................... 4 图 1.3 直升机飞行动力学模型 ..................................... 4 图 1.4 美国新型武装直升机仿真研究平台 ........................... 6 图 1.5 Aerosim 仿真模型 .......................................... 7
南京航空航天大学 硕士学位论文 基于Matlab Simulink平台的直升机飞行实时仿真研究 姓名：翁智勇 申请学位级别：硕士 专业：飞行器设计 指导教师：陈仁良 20060301
南京航空航天大学硕士学位论文
摘 要
直升机飞行仿真是系统仿真与直升机飞行动力学交叉结合的产物，近年来， 直升机飞行动力学建模技术的飞速发展， 使得地面飞行仿真系统具备越来越高的 模拟精度。但直升机飞行仿真系统因其自身的复杂性，涉及直升机设计、计算机 硬件、软件工程等方方面面的知识和内容，直升机飞行仿真系统的开发仍是当前 直升机界关注的焦点。 本文以Matlab Simulink为仿真平台，设计并实现了直升机飞行实时仿真系 统。确定了整个系统的框架结构，组建了系统的各个功能模块，在Simulink环境 中搭建了直升机仿真模型，利用仿真平台中的通讯接口，实现了直升机仿真模型 同控制设备（手柄）、视景系统（MSFS微软飞行模拟器）的通讯连接。 为了获得飞行仿真所需的直升机飞行动力学模型， 本文在现有直升机飞行动 力学模型的基础上，充分考虑了飞行仿真的精度和实时性要求，开发了用于飞行 仿真的直升机飞行动力学实时仿真模型。 最后以 UH-60 黑鹰直升机为例，进行了飞行实时仿真试验，给出了悬停和前 飞状态直升机对不同手柄操纵输入的响应及相应的视景效果，仿真结果合理，仿 真效果良好。 关键词：直升机 飞行动力学模型 实时仿真 Matlab Simulink
图 3.1 直升机常用坐标系 ........................................ 27 图 3.2 地轴系与体轴系间转换关系 ................................ 28 图 3.3 桨轴系与体轴系之间转换关系 .............................. 28 图 3.4 风轴系与体轴系之间转换关系 .............................. 29 图 3.5 旋翼桨叶挥舞运动的通用模型 .............................. 30 图 3.6 旋翼在体轴系中的位置 .................................... 32 图 3.7 典型的尾翼升力和阻力系数变化 ............................ 41 图 4.1 直升机悬停配平模态操纵量 ................................ 52
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基于 Matlab Simulink 平台的直升机飞行实时仿真研究
Abstract
Helicopter Flight Simulation (HFS) is the cross-link production of system simulation and helicopter flight dynamics. In these years, HFS has been refined more and more with the fast development in modeling of helicopter flight dynamics. However, due to the complexity of helicopter flight simulation system (HFSS), which relates to the helicopter design, computer hardware, software engineering and etc, the development of helicopter flight simulation system (HFSS) is still the focus in the circle of helicopter. In this paper, HFSS is designed and implemented on the development environment of SIMULINK@. The frame structure of system is ensured and various functions are carved up to compose the system. The helicopter simulation model is built using the basic block of SIMULINK@ in the method of top-down. The communication among helicopter simulation model, control equipment (such as joystick) and visual system (such as Microsoft Flight Simulator) is implemented using the communication interface block of SIMULINK@. In the paper, a helicopter flight dynamic model (HFDM) for real-time flight simulation is developed based on the existing HFDM. The model is the balance between the precision of simulation system and the requirement of real-time performance. Finally, UH-60 black hawk helicopter is taken as a sample for the experiment of real-time flight simulation. The responses of helicopter to joystick controls in hover and forward flight are given and the corresponding vision of helicopter movement is displayed. Key Words: Helicopter, Flight dynamics model, Real-time simulation, Matlab Simulink
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