战斗机空战仿真技术研究

摘要

本文利用数值分析方法通过计算机模拟仿真战斗机的空战过程，研究战斗机在各种空战态势下的战斗使用问题，对双机空战仿真中的飞机数学模型进行初步研究与设计，找到一种较为符合实际的飞机简化模型描述方法。以战斗机的空战格斗为重点，研究空战规律根据基本的空战机动模式进行机动作战决策的建模。给出一种空战仿真可视化系统的实现方法。

主要研究内容如下：

1、运用了计算机辅助设计方法建立F-16和Su-27飞机的三维外形，并运用

商业气动数值分析软件计算了其气动性能。

2、通过对空战飞机基本运动方程的线性化，建立其状态方程，运用非线性

控制系统模型去控制舵面偏转，并根据敌我机当前的作战态势建立机动作战中的决策模型。

3、运用OpenGL、Visual C++与面向对象编程等技术，实现了基于PC机的飞

机模拟空战三维可视化系统，可以比较直观地显示战斗机的空战过程，同时也可记录分析仿真飞行轨迹，从而对现役战斗机的性能进行定性和定量的分析评估。

关键词：飞行动力学运动方程空战仿真 OpenGL

Abstract

This paper uses numerical analysis methods to simulate two fighters fighting in the air by computer and researches all the problems at different postures of the fighters when fighting. The mathematical modeling is preliminarily researched and designed during the air action emulation of two fighters. A sort of description means which is found is more realistic for the simplified modeling of the fighters. Air combat laws are researched by putting stress on the air combat of the fighters. Decision-making modeling of the maneuver fighting are built according to the elementary maneuver mode of the air action. A type of implementation method of the air action emulation visualizing system is given in this paper.

Main research contents are as follow:

1. Using CAD methods to give the aero 3-dimensional shapes of F16 and Su-27 and using commercial aerodynamic numerical analysis software to compute their aerodynamic performances.

2. Linearizing the fundamental motion equations of the fighters and then establishing the state equations. Using nonlinear control system to control the rudder deflexions, and giving decision-making modeling of the maneuver fighting according to the current combat postures of the enemy's and our fighters.

3. Implementing the 3-d visual system of air combat simulation with the help of the computer by using new technologies, such as OpenGL, Visual C++ and OOP. The procedures of fighting can be displayed intuitively. At the same time, the flight tracks of simulation can be recorded and analyzed, which helps to analyze and evaluate the performances of the current fighters in service qualitatively and quantitatively.

Keywords: Flight dynamics; Equation of motion; Air action emulation; OpenGL

承诺书

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第一章绪论

1.1课题背景

本课题背景是利用计算机以F-16和SU-27战斗机为对象研究空战模拟仿真方法。课题的研究任务是通过空战模型的建立和战术动作的选取，并运用数值积分的方法来进行空战仿真研究,从而对现役战斗机的性能进行定性和定量的分析评估。

1.2 F-16和SU-27战斗机的性能概述

图一 F-16战斗机图二Su-27战斗机

1.2.1布局概述[23]

飞机的气动布局通常是指其不同的气动力承力面的安排方式。全机气动特性取决于各承力面之间的相互位置以及相对尺寸和形状。机翼是主承力面，它是产生升力的主要部件，前翼、平尾、立尾等是辅助承力面，主要用于保证飞机的安定性和操纵性。根据各辅助翼面与机翼相对位置及辅助面的多少，有以下几种气动布局形式：

•正常式布局：水平尾翼在机翼之后；

•鸭式布局：水平翼在机翼的前面；

•无尾或“飞翼”：飞机只有一对机翼；

•三翼面布局：机翼前面有水平翼，机翼后面有水平尾翼。

F-16“战隼”美国洛克希得⋅马丁战术飞机系统公司为美国空军研制的单发轻型多用途战斗机，主要用于空战，也可以用于地面攻击和近距离空中支援，是美国空军的主力战斗机之一。

机身：半硬壳式机身，外型短粗，采用翼身融合体形式于机翼相连接，提高