[發明專利]一種多發動機的直升機動力系統動態匹配的仿真方法

有效

• 申請號: 201410214683.0
• 申請日: 2014-05-21
• 公開（公告）號: CN104035338A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 張峰;李松維;肖景新;沈君輝;吳東巖;汪沛;張志春
• 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: 長春科宇專利代理有限責任公司 22001
• 代理人: 馬守忠

1.一種直升機動力系統動態匹配的仿真方法，其特征在于步驟和條件如下：包括多發動機的直升機飛行模擬器（100）和多發動機的直升機動力系統動態匹配的仿真控制程序（200）；多發動機的直升機動力系統動態匹配的仿真控制程序（200）置于多發動機的直升機飛行模擬器（100）的主解算計算機（110）中；多發動機的直升機飛行模擬器（100）各分系統間的通信通過以太網進行，采用TCP/IP協議，完成數據交換；

多發動機的直升機飛行模擬器(100)包括通過網卡鏈接的主解算計算機（110）、座艙模擬分系統(120)、視景顯示分系統(130)、教員控制臺分系統(140)和運動模擬分系統(150)；

主解算計算機（110）為一臺PC計算機或工業控制計算機；

座艙模擬分系統（120）中包含模擬多發動機的直升機的座艙內操縱機構、儀表、多功能顯示器、指示燈、開關、按鈕以及一臺負責采集以上設備信息的座艙模擬分系統計算機，座艙模擬分系統計算機為一臺工業控制計算機，安裝信號采集卡，通過網卡與飛行模擬器的各分系統進行網絡通信；座艙內操縱機構包括均為多個油門桿、冷轉按鈕和起動按鈕，分別控制多臺發動機；機械聯動的兩個總距桿同時控制多臺發動機；

視景顯示分系統（130）包括視景數據庫、成像子系統和顯示子系統；為駕駛員提供逼真的艙外模擬景象，逼真地模擬各種氣象條件下飛行時的多種空、地、海景象視覺效果以及多種空、地、海目標及其相對運動的動態效果；

視景數據庫存儲在成像子系統的專業圖形工作站的硬盤中，包括陸地、海岸線、海洋景象、三維物體以及多種特殊效果在內的滿足各種訓練任務所需全彩色景象信息，視景數據庫中不僅包含模型的幾何信息，而且包含紋理、材質信息、燈光、細節層次LOD、模板、運動的高級特征信息；

成像子系統由一臺專業圖形工作站IDX-6000、三臺迅騰5800圖形工作站、一臺UPS電源組成；IDX-6000圖形工作站生成上視場三通道成像視景，兩臺迅騰5800圖形工作站生成兩個通道的下視場，一臺迅騰5800圖形工作站生成三方觀察通道的視景；以DEM地形高程數據+衛星照片紋理+航片紋理的方式建立起來的視景數據庫存儲在專業圖形工作站的硬盤中，成像計算機的實時管理與控制軟件實時運行時，根據科目的不同預先調用相應的視景數據庫，以TCP/IP協議通過1000M以太網絡接受主解算計算機（110）傳送過來的直升機視點位置姿態數據，實時生成模擬座艙外視景圖像，送顯示子系統顯示輸出，同時按照飛行姿態數據解算出當前直升機位置的相對于海平面的地形高度數據，通過網絡傳輸給主解算計算機（110）；

顯示子系統由球面反射鏡作為大型準直鏡、后投射屏和融合計算機組成，將視景子系統產生傳輸過來的視景圖像拼接成一個無縫整體景象；

教員控制臺分系統（140）是教員對模擬訓練過程進行控制的操作臺，包括主控界面計算機和主控界面程序，主控界面計算機上運行主控界面程序；主控界面程序實現飛行條件設置、特情設置、飛行參數顯示、飛行軌跡的二維和三維顯示；飛行過程的記憶、凍結、解凍；訓練過程的重放以及成績評定功能；

運動模擬分系統（150）包括六自由度平臺運動子系統、座艙振動子系統和承載平臺子系統三部分；

六自由度平臺運動子系統提供包括直升機各種工作狀態下的姿態及過載變化；

座艙振動子系統為模擬器座艙內的駕駛員提供高頻低幅的振動感覺，用來真實地模擬在直升機飛行過程中包括起飛、著陸時駕駛員所感受到的由座艙傳來的振動；

承載平臺子系統安裝在六自由度平臺運動子系統平臺的上平面上，用來安裝顯示子系統、座艙分系統和教員控制臺分系統（140），設計上保證承載平臺子系統具有足夠的剛度和較輕的質量；

所述的多發動機的直升機動力系統動態匹配的仿真控制程序（200）包括數據交換模塊（210）、數據處理模塊（220）、燃氣發生器模塊（230）、旋翼模塊（240）、運動方程模塊（250）；

所述的數據交換模塊（210）是實時通過網絡接收多發動機的直升機飛行模擬器（100）中的座艙模擬分系統（120）的操縱機構采集信號和教員控制臺分系統（140）的特情設置信號；①操縱機構采集信號包括每臺發動機各自的油門桿、冷轉按鈕和起動按鈕，以及兩個機械聯動總距桿的信息，座艙模擬分系統（120）通過電位器對油門桿位置、總距桿位置進行數字化轉換，將模擬量轉換成數字量，并進行歸一化處理，形成在操縱機構操縱范圍內為0~1變化的數字量，而起動按鈕和冷轉按鈕通過座艙模擬分系統中計算機采集，將TTL電平轉換成0或1變化的數字量，上述的數字量存儲于座艙模擬分系統計算機中；②教員控制臺分系統（140）的特情設置信號包括直升機飛行中發動機停車、燃油調節故障和尾槳失效，其中發動機停車包括單發動停車和雙發動機停車；

所述的數據處理模塊（220）是對數據交換模塊（210）接收到的座艙模擬分系統（120）的數字量信號進行插值處理，根據操縱機構采集信號的油門桿、總距桿量程和對應指示值，將0~1的數字量通過插值處理的方法轉換成對應行程物理量，具體對應為油門桿的位置度數、總距桿上下提動所對應的度數；

所述的燃氣發生器模塊（230），包括燃氣發生器數據數組和燃氣發生器計算程序，在燃氣發生器計算程序中建立燃氣發生器轉速與溫度、高度以及總距操縱位置的數據關系表格，存儲于燃氣發生器數據數組中；根據數據處理模塊（220）對座艙模擬分系統（120）的插值處理后的數據及運動方程模塊（250）解算出的當前多發動機的直升機飛行模擬器（100）的狀態，通過燃氣發生器計算程序對動力系統在停車、冷轉、起動及空域飛行過程中各發動機燃氣發生器轉速進行計算，并根據旋翼功率需求，采用動態匹配的方法，插值計算各發動機在當前工作狀態下的燃氣發生器轉速；

所述的旋翼模塊（240），包括旋翼轉速數據數組和旋翼轉速計算程序，旋翼轉速數據數組是根據旋翼轉速與燃氣發生器轉速之間的數據關系表格建立的數據數組，旋翼轉速計算程序根據發動機燃氣發生器模塊（230）插值計算的各發動機在當前工作狀態下的燃氣發生器轉速以及對應發動機停車、燃油調節故障和尾槳失效的設置，計算出動力系統通過功率軸提供的功率，并由運動方程模塊計算的旋翼需求功率，通過旋翼轉速數據數組解算出當前旋翼轉速；

所述的運動方程模塊（250），由質心動力學方程模塊和運動學方程模塊組成，利用通用的質心動力學方程和運動學方程模型，將座艙模擬分系統（120）的操縱機構采集信號和旋翼模塊（240）的當前旋翼轉速輸入方程進行解算，得到多發動機的直升機飛行模擬器（100）的位置和姿態，經數據交換模塊（210）送給座艙模擬分系統（120）、視景顯示分系統（130）、教員控制臺分系統（140）和運動模擬分系統（150）；

所述的多發動機的直升機飛行模擬器（100）的主解算計算機（110）執行如下步驟：

步驟100，開始；

步驟101，初始化，完成以下內容：

①對多發動機的直升機飛行模擬器（100）所在機場、氣象環境、風場環境以及直升機初始位置進行初始化；

②對多發動機的直升機動力系統動態匹配的仿真控制程序（200）內部需要進行初始化的變量進行初始化；

步驟102，數據交換，數據交換模塊（210）接收座艙模擬分系統（120）的操縱機構采集信號和教員控制臺分系統（130）的特情設置信號的數字離散量信息；座艙模擬分系統（120）通過局域網與數據交換模塊（210）進行實時在線通信，完成數據交換，數據通信方式采用TCP/IP協議，保證多發動機的直升機飛行模擬器（100）和多發動機的直升機動力系統動態匹配的仿真控制程序（200）數據解算的實時性；

步驟103，數據處理，數據處理模塊（220）將油門桿和總距桿的量程和對應指示值，通過插值處理的方法轉換成對應行程物理量；

步驟104，發動機停車？是，執行步驟105，根據燃氣發生器數據數組中發動機停車時燃氣發生器轉速變化規律和旋翼轉速數據數組中旋翼轉速變化規律，由燃氣發生器模塊（230）和旋翼模塊（240）中發動機停車動力系統計算1計算發動機燃氣發生器轉速和旋翼轉速；否，執行步驟106；

步驟106，發動機冷轉？是，執行步驟107，根據燃氣發生器數據數組中發動機冷轉時燃氣發生器轉速變化規律和旋翼轉速數據數組中旋翼轉速變化規律，由燃氣發生器模塊（230）和旋翼模塊（240）中發動機冷轉動力系統計算2計算發動機燃氣發生器轉速和旋翼轉速；否，執行步驟108；

步驟108，發動機參數計算，執行步驟109，根據燃氣發生器數據數組中發動機起動工作時燃氣發生器轉速變化規律和旋翼轉速數據數組中旋翼轉速變化規律，由燃氣發生器模塊（230）和旋翼模塊（240）中發動機起動時動力系統計算3計算發動機燃氣發生器轉速和旋翼轉速；

步驟110，退出？是，執行步驟111，結束；否，執行步驟102，實時在線循環執行步驟102~110，循環周期為10ms；

步驟111，結束。