[發明專利]一種低速風洞模型飛行實驗地面模擬訓練系統

有效

• 申請號: 201610122607.6
• 申請日: 2016-03-04
• 公開（公告）號: CN105632271B
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 岑飛;范利濤;聶博文;劉志濤;孫海生
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心低速空氣動力研究所
• 主分類號: G09B9/00
• 分類號: G09B9/00
• 代理公司: 北京挺立專利事務所(普通合伙)11265
• 代理人: 王震秀

技術領域

本發明屬于飛行模擬領域，特別是涉及一種低速風洞模型飛行實驗地面模擬訓練系統。

背景技術

在大型低速風洞模型飛行實驗中，模型飛機的操控和響應具有以下幾個特點：（1）由于使用動力相似縮比模型，與全尺寸真機飛行相比，實驗時模型動力學響應速度與真機相比大大加快；（2）在風洞實驗段內進行六自由度飛行，極其有限的運動空間要求飛行員能迅速控制模型的位置；（3）由于飛行員位于測控間通過遠程控制模型的運動，缺乏對飛機運動加速度的感知，這在一定程度上加劇了飛行員反應遲滯；（4）飛行員不僅要控制模型的運動，還要對不同控制律結構和參數下的穩定性和操縱性進行評估。

這些因素要求飛行員要有極快的反應速度，大大增加了飛行操縱難度。盡管飛行操縱任務被分解成俯仰操縱、偏航/滾轉操縱和推力操縱等3個部分，由3名飛行員協作完成可以減小飛行操控的負擔，仍然面臨3人之間的操控協調問題，具有極大挑戰。

因此，在開展風洞模型飛行實驗前，必須進行充分的飛行員訓練。當前，這種模型飛行實驗中，由于模型飛行操控特性與真飛機差距巨大，一般不能使用專業的飛行員，而是用航模飛機的飛行操縱員完成操控任務。而針對這類飛行操縱員的訓練，一般使用航模在空中開展飛行操縱訓練，這種方法不僅風險高，成本高，準備時間長，而且操縱環境、操縱感覺與風洞模型飛行實驗場景并不一致，航模的操控與響應特性與待開展實驗用的模型響應也不一致，無法實現逼真地訓練；而目前一般的飛行模擬器，均為單個飛行員駕駛的模擬器，無法實現3名飛行員的協調操縱訓練，而且，視景顯示也為單個視角，無法模擬風洞模型飛行試驗時不同飛行員所看到的不同視角。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出一種低速風洞模型飛行實驗地面模擬訓練系統，可以逼真地模擬模型在低速風洞試驗段內六自由度無約束飛行的實驗場景，解決多個飛行員同時進行協同操縱訓練問題。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種低速風洞模型飛行實驗地面模擬訓練系統，包括綜合控制臺、飛行操縱臺、計算機實時解算系統、視景系統和音響系統，所述綜合控制臺和視景系統均連接至以太網，所述以太網連接有飛行操縱臺和實時解算系統，所述實時解算系統為通過反射內存網互聯的多處理器分布式實時計算系統，所述視景系統連接所述音響系統；

所述綜合控制臺，是地面模擬訓練系統的運行控制中心，主要用于設置系統的初始狀態、工作過程控制與監視以及數據記錄和回放，在系統中擁有最高控制權限；

所述飛行操縱臺，是地面模擬訓練系統的輸入設備，用于進行飛機運行的人機交互控制，包括至少一個操縱臺；

所述實時解算系統，是地面模擬訓練系統的核心設備，是飛行控制律、飛機數學模型開發和運行的平臺，主要用于完成操縱控制信號接收、飛機控制律及飛機數學模型解算、系統控制和顯示驅動；

所述視景系統，是地面模擬訓練系統的顯示輸出設備，處理由實時解算系統和綜合控制臺提供的視景環境數據并生成指定視點或指定視場范圍內的實時視景圖像，可同時顯示不同視角的風洞場景；

所述音響系統，是地面模擬訓練系統的音頻輸出設備，實時模擬飛機的各種聲音效果。

進一步的是，所述飛行操縱臺包括俯仰操縱臺、滾轉偏航操縱臺和推力操縱臺。

進一步的是，所述俯仰操縱臺包括俯仰顯示面板、俯仰駕駛桿和俯仰操作旋鈕；所述俯仰顯示面板進行控制指令、迎角和俯仰角速度曲線以及儀表的實時顯示；所述俯仰駕駛桿和俯仰操作旋鈕用于對飛機進行俯仰控制；所述俯仰操縱臺供俯仰操縱員使用，用于進行飛機縱向人機交互控制。

進一步的是，所述偏航滾轉操縱臺包括偏航滾轉顯示面板、偏航滾轉駕駛桿和配平旋鈕；所述偏航滾轉顯示面板主要用于顯示反映飛機橫向姿態的信息；所述偏航滾轉駕駛桿和配平旋鈕用于對飛機進行偏航滾轉控制；偏航滾轉操縱臺供滾轉偏航操縱員使用，用于進行飛機橫向人機交互控制。

進一步的是，所述推力操縱臺包括推力顯示面板、油門桿和推力控制模式切換開關；所述推力顯示面板主要用于顯示風速和推力；所述油門桿和推力控制模式切換開關用于對飛機進行推力操縱；推力操縱臺供推力操縱員使用，用于進行推力人機交互控制。

進一步的是，所述實時解算系統包括飛控計算機和飛行仿真機，實時解算系統為多處理器的分布式計算結構，通過反射內存網互聯；所述飛控計算機包括上位機和目標機，所述上位機作為設計開發平臺實現人機交互，所述目標機用于運行實時代碼，所述實時解算系統采用計算機仿真技術。