[發明專利]直升機艦面效應影響的仿真方法

有效

• 申請號: 201410038746.1
• 申請日: 2014-01-27
• 公開（公告）號: CN103809464A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 李國輝;李松維;胥文;李友毅
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍航空大學軍事仿真技術研究所
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 陳宏偉

技術領域

本發明屬于飛行仿真領域。本發明公開一種直升機艦面效應影響的仿真方法，用于提高飛行模擬器的飛行性能和飛行品質的仿真精度，涉及飛行模擬器的飛行系統和運動系統。

背景技術

直升機的艦面效應問題與地面效應原理類似，但由于艦載飛行特殊的飛行環境，其作用機理及其對飛行的影響又表現出與地面效應不同之處。主要表現為以下兩點：

1、部分地效

與陸地上降落起飛不同，由于非航空母艦型載艦上飛行甲板面積狹小，直升機在起降時，經常出現一部分旋翼位于甲板上，一部分旋翼飛出甲板的情形。由于載艦甲板距離海平面有很大的距離，飛出甲板的旋翼部分的地面效應就會消失，這樣旋翼就會出現一部分存在地效，一部分不存在地效的情況，如圖1所示。存在地效部分升力大，不存在地效部分升力小，這個升力差對飛機會構成力矩。而且根據直升機相對甲板邊緣位置的不同，有時是滾轉力矩，有時是俯仰力矩；有時是左滾力矩，有時是右滾力矩。這些力和力矩的變化對直升機的飛行性能產生很大的影響。

2、動態地效

與陸地上起降不同，由于載艦受到海浪的影響不停地運動。當直升機靠近甲板時，“地面”是運動的，而不同于在陸地上是靜止的。當直升機懸停在甲板上時，旋翼各部分相對于甲板的高度是不一樣的，是在不斷變化的。而這個高度值對直升機旋翼的地面效應又非常關鍵，動態的地面會導致地面效應的變化，直接影響直升機的操縱性能。

直升機在近地面懸停時，由于地面的阻滯作用，使槳盤處向下的氣流速度????????????????????????????????????????????????減小，小于無地效時的槳盤誘導速度，使得旋翼剖面的下洗角減小，使旋翼槳葉微元段的氣流迎角增大，從而增大了升力，如圖2所示。因而，旋翼在同樣的工作條件下，地面效應使旋翼的升力增大。?本發明主要根據這一原理建立艦面效應的數學模型。旋翼是直升機升力和主要操縱力的產生部件，本發明的計算中采用葉素法計算旋翼的氣動力和氣動力矩。

發明內容

本發明公開一種直升機艦面效應影響的仿真方法，能有效地模擬艦面效應對直升機著艦時飛行性能和飛行品質的影響，提高飛行模擬器的飛行性能和飛行品質的仿真精度。

???本發明涉及的飛行模擬器飛行系統（以下簡稱：飛行系統）是由主解算計算機實時進行解算的仿真設備。

本發明涉及的飛行模擬器六自由度運動系統(以下簡稱：運動系統)是由平臺控制計算機實時控制的六自由度瞬時過載仿真設備。

本發明涉及的儀表系統是飛行模擬器座艙內的主要指示儀表，包括空速表、高度表，迎角指示器，過載指示器，航行駕駛儀，指令駕駛儀，升降速度表。

本發明的技術解決方案如下：

在主解算計算機上啟動艦面效應計算程序，根據艦船與直升機間的相對位置，計算出直升機旋翼槳葉微元段在艦船坐標系中的位置，確定槳葉微元段距艦船甲板的高度，從而確定艦面效應的大小及引起的槳葉微元段下洗角和迎角的改變量，再代入到旋翼運動方程中計算出旋翼氣動力和氣動力矩的變化量，最后再將旋翼氣動力和氣動力矩帶入到飛機運動方程中，得出相關的飛機飛行狀態參數。

將輸送到運動系統的飛行狀態參數輸出到網卡，再輸送到HUB，再到網卡，通過網卡輸出到平臺控制計算機，去控制平臺六個缸的長度；平臺控制計算機根據這些飛行狀態參數，經過一系列變換與濾波得到能反映飛機由于線運動和角運動而在運動平臺上的飛行員座椅處產生的過載及其它動感信號作為平臺運動的驅動信號，驅動信號分別對應平臺的三個線位移(X、Y、Z)及三個轉角（俯仰角、偏轉角、滾轉角）。由于平臺任何一個自由度的改變都是六根電動缸組合運動的結果，所以要將平臺驅動信號經過幾何變換成為每一根電動缸的驅動信號，使運動平臺產生六個自由度的位置和姿態。

輸送到運動平臺的飛行狀態參數數據有：

飛機加速度在X上分量，飛機加速度在Y上分量，飛機加速度在Z上分量，俯仰角變化率，滾轉角變化率，偏航角變化率，俯仰角，滾轉角，偏航角，飛機角速度在X上的分量，飛機角速度在Y上的分量，飛機角速度在Z上的分量，飛機角加速度在X上的分量，飛機角加速度在Y上的分量，飛機角加速度在Z上的分量。

將輸送到儀表系統的飛行狀態參數輸出到網卡，再到HUB，再到網卡，通過網卡輸送到飛行模擬器的主要儀表中，具體是空速表、高度表，迎角指示器，過載指示器，航行駕駛儀，指令駕駛儀，升降速度表。直接驅動儀表指針指示飛行狀態參數值。

輸送到儀表系統的飛行狀態參數數據有：