[發(fā)明專利]飛行結(jié)冰模擬器中建立飛行結(jié)冰狀態(tài)空間的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210580047.0
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN103902797A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 路明
• 申請（專利權(quán)）人: 西安遠(yuǎn)景動(dòng)力模擬技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G06F19/00
• 分類號(hào): G06F19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航空工程領(lǐng)域，專門用于飛行模擬器中。飛行結(jié)冰狀態(tài)空間是指飛行器在多種飛行結(jié)冰條件下體現(xiàn)的某些性能的數(shù)據(jù)集合按照本發(fā)明給出的方法重新表達(dá)后所組成的數(shù)據(jù)之間的關(guān)系的結(jié)構(gòu)。

2.背景技術(shù)

飛行器在一定的飛行高度范圍內(nèi)穿過云層時(shí),?如果遇到符合大氣中的結(jié)冰條件的區(qū)域，會(huì)在飛行器機(jī)身表面和一些部件表面上形成冰層，這種現(xiàn)象被稱作飛行結(jié)冰。大氣中的結(jié)冰條件主要是指大氣中的超冷液態(tài)水含量和超冷液態(tài)水滴的尺度。飛行器的飛行結(jié)冰首先影響飛行器的空氣動(dòng)力學(xué)特性，例如會(huì)增加重量、增大阻力、破壞失速特性。此外，一些重要的控制表面上的結(jié)冰將極大影響飛行器的操縱性。例如，飛行結(jié)冰會(huì)妨礙襟翼活動(dòng)、堵塞空速管，嚴(yán)重時(shí)將引發(fā)事故和災(zāi)難。

為了保障飛行器的安全飛行，在飛行器遭遇飛行結(jié)冰時(shí)，必須選取可以確保安全的飛行模式，飛行員的任務(wù)是實(shí)施飛行控制命令或按照自動(dòng)模式控制飛行器。因而，提供一種在陸地上的飛行模擬器，能對(duì)高空中的飛行結(jié)冰進(jìn)行合適的模擬，訓(xùn)練飛行員完成上述任務(wù)是極其重要的。這種模擬器被稱為飛行結(jié)冰模擬器。飛行結(jié)冰模擬器通過將飛行器的飛行結(jié)冰這一物理過程再現(xiàn)，以訓(xùn)練飛行員在相同情況下執(zhí)行任務(wù)的能力，以及建立對(duì)飛行結(jié)冰期間的感情和壓力的場景。具體地講，模擬器可以根據(jù)不同的大氣條件，如大氣壓力、溫度、密度、超冷液態(tài)水含量、水滴直徑的分布等數(shù)據(jù)，以及不同的飛行條件，如飛行器型號(hào)（外形）、飛行速度、攻角、馬赫數(shù)、雷諾數(shù)等參數(shù)構(gòu)成多種訓(xùn)練方案，工作時(shí)根據(jù)不同的訓(xùn)練方案模擬出飛行器的結(jié)冰狀態(tài)，如結(jié)冰位置、結(jié)冰形狀、結(jié)冰時(shí)間等信息。

飛行結(jié)冰模擬器和其他大多數(shù)模擬器一樣，都是將外界的物理過程用數(shù)學(xué)模型表達(dá)出來，再將數(shù)學(xué)模型中的算法和流程用集成電路體現(xiàn)。模擬器工作時(shí)，根據(jù)要模擬的條件給出數(shù)學(xué)模型的輸入信號(hào)，集成電路依靠數(shù)學(xué)模型的運(yùn)算得出模擬結(jié)果，并輸出信號(hào)。輸出的信號(hào)可以是數(shù)字信號(hào)、模擬信號(hào)、機(jī)械信號(hào)等形式。飛行結(jié)冰模擬器中的有關(guān)飛行結(jié)冰模擬需要進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬，即飛行器的飛行結(jié)冰達(dá)到某種狀態(tài)所需的時(shí)間和模擬器模擬這一過程所需要的時(shí)間具有相同的時(shí)間尺度，在同一個(gè)數(shù)量級(jí)。

理論上，必須將飛行器可能遇到的所有的結(jié)冰狀態(tài)收集起來，儲(chǔ)存在模擬器中，作為訓(xùn)練方案的數(shù)據(jù)庫。使用時(shí)按照飛行條件、大氣條件或者其他標(biāo)準(zhǔn)直接從數(shù)據(jù)庫調(diào)用。實(shí)際中，通常的解決方法是在某些飛行條件下、某些大氣條件下，用計(jì)算流力學(xué)的數(shù)值模擬技術(shù)求解原飛行結(jié)冰模型系統(tǒng)，獲得飛行結(jié)冰狀態(tài)的數(shù)值解，或者利用一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果，一起作為飛行器飛行結(jié)冰條件下的結(jié)冰狀態(tài)的代表，形成一個(gè)“樣本空間”。現(xiàn)實(shí)中這些原始樣本的個(gè)數(shù)是有限的，無法涵蓋各種飛行、大氣條件。為達(dá)到飛行結(jié)冰模擬器的要求，必須對(duì)這些已知的飛行結(jié)冰條件下體現(xiàn)的某些性能的數(shù)據(jù)集合重新表達(dá)，組成的數(shù)據(jù)之間的關(guān)系的結(jié)構(gòu)以備模擬器工作時(shí)調(diào)用，滿足各種飛行、大氣條件。這個(gè)數(shù)據(jù)關(guān)系結(jié)構(gòu)被稱作飛行結(jié)冰狀態(tài)空間。

3.發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明給出了飛行模擬器中建立飛行結(jié)冰狀態(tài)空間的方法。該方法包括處理復(fù)雜模擬系統(tǒng)和大量飛行結(jié)冰數(shù)值模擬數(shù)據(jù)結(jié)果的規(guī)則、構(gòu)成的飛行結(jié)冰狀態(tài)空間的結(jié)構(gòu)的形式。這個(gè)狀態(tài)空間專門應(yīng)用于飛行模擬器中，它以一個(gè)數(shù)據(jù)庫的形式存儲(chǔ)在模擬器的硬件中，并通過數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)調(diào)用，用來完成飛行器飛行結(jié)冰的實(shí)時(shí)模擬的功能。在一個(gè)新的飛行條件或大氣條件下，模擬器可以調(diào)用這個(gè)結(jié)冰狀態(tài)空間，數(shù)學(xué)形式是新的飛行條件或大氣條件在這個(gè)結(jié)冰狀態(tài)空間的數(shù)據(jù)中進(jìn)行運(yùn)算，在合理的時(shí)間之內(nèi)求得這個(gè)新的條件下的飛行結(jié)冰狀態(tài)。

圖1是飛行結(jié)冰的狀態(tài)空間的生成流程圖。圖中表示的過程具體如下：

第一步：選擇樣本空間。

為獲得結(jié)冰狀態(tài)空間，首先需要獲得飛行器在已知的飛行參數(shù)下，飛行器表面結(jié)冰位置、結(jié)冰形狀、結(jié)冰時(shí)間的樣本空間。其生成方法除了采用一些有限的空中實(shí)驗(yàn)和陸地上的冰風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果外，主要依靠對(duì)各種飛行參數(shù)進(jìn)行排列組合后，由計(jì)算流體力學(xué)的數(shù)值模擬技術(shù)生成。樣本空間以某一時(shí)刻飛行器表面的各個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)組成的向量表示。多個(gè)樣本形成多個(gè)向量。所以，樣本空間是一個(gè)變量構(gòu)成的向量的集合，其形式是，

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