飛行模擬器發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)建模與面向?qū)ο蟮姆抡嫜芯?pdf

1、飛行模擬器能夠在地面逼真、安全地再現(xiàn)飛機(jī)的空中飛行行為，是航空業(yè)新機(jī)研制、飛行訓(xùn)練不可或缺的模擬設(shè)備。而我國(guó)對(duì)于飛行模擬器，尤其是高等級(jí)飛行模擬器的研制和技術(shù)儲(chǔ)備均遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家。在當(dāng)前國(guó)家大力發(fā)展大飛機(jī)項(xiàng)目的背景下，開展飛行模擬器關(guān)鍵技術(shù)研究服務(wù)于大飛機(jī)的研制和飛行訓(xùn)練勢(shì)在必行。飛行模擬器以飛機(jī)及機(jī)載系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真模型為主體，航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為飛機(jī)的心臟，其仿真模型是模擬器的核心，直接決定著飛行模擬的逼真度和模擬器的鑒定等級(jí)。由于

2、航空發(fā)動(dòng)機(jī)不僅是一個(gè)多變量、非線性的氣動(dòng)熱力系統(tǒng)，而且其工作條件和工作狀態(tài)復(fù)雜多變，因此發(fā)動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)建模與仿真是一項(xiàng)非常具有難度和挑戰(zhàn)性的任務(wù)。本文旨在建立高逼真度的、實(shí)時(shí)的、完整的發(fā)動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)模型，并開發(fā)一套結(jié)構(gòu)清晰、維護(hù)方便、易于擴(kuò)展的發(fā)動(dòng)機(jī)仿真軟件，以實(shí)現(xiàn)飛行模擬器動(dòng)力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真。
　　為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，首先研究了適用于飛行模擬的航空發(fā)動(dòng)機(jī)模型的特征，提出了飛行模擬器發(fā)動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)仿真的基本建模原則，為建

3、立具有高精度、實(shí)時(shí)性、擴(kuò)展性和靈活性的動(dòng)力系統(tǒng)模型進(jìn)行有效的指導(dǎo)。采用相似理論和部件級(jí)建模方法建立了發(fā)動(dòng)機(jī)及其輔助系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能模型，包括轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)模型，傳感器、作動(dòng)器動(dòng)力學(xué)模型和活門動(dòng)態(tài)模型，相比單純的發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)、動(dòng)態(tài)性能模擬，極大地拓寬了模擬范圍、提高了模擬精度，滿足了飛行模擬的應(yīng)用需求。在正常狀態(tài)模型的基礎(chǔ)上通過構(gòu)建故障因子建立了發(fā)動(dòng)機(jī)故障模型，克服了采用氣動(dòng)耦合原理和逐級(jí)模擬技術(shù)建立故障模型的復(fù)雜性，所建立的實(shí)用簡(jiǎn)化的故障

4、模型不僅提高了仿真的實(shí)時(shí)性，而且逼真地再現(xiàn)了故障性能、故障邏輯和效應(yīng)，滿足了飛行模擬器發(fā)動(dòng)機(jī)故障模擬的要求。
　　其次，采用模塊化技術(shù)和精細(xì)化建模方法建立了航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)功能模型，研究了提高仿真精度和實(shí)時(shí)性的處理方法。通過對(duì)實(shí)際的控制系統(tǒng)進(jìn)行功能性分解，確定了功能模型的接口關(guān)系和組成結(jié)構(gòu)，建立了功率管理、燃油流量控制、引氣流量控制、極限控制、反推控制、起動(dòng)邏輯等功能模型。在建模過程中雖然對(duì)次要功能進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理或忽略，但實(shí)施發(fā)

5、動(dòng)機(jī)控制必須的基本、重要的控制功能被完整無缺的保留了下來，控制系統(tǒng)仿真結(jié)果驗(yàn)證了控制系統(tǒng)功能模型的有效性。
　　再次，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)和應(yīng)用框架技術(shù)建立了發(fā)動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)的仿真模型。為了避免傳統(tǒng)的面向過程的開發(fā)方式在大型軟件設(shè)計(jì)過程中造成的可讀性差、維護(hù)困難的弊端，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)與MATLAB相鏈接的方法進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)仿真系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。按照由“總”到“分”的建模路線和層級(jí)式的設(shè)計(jì)模式構(gòu)建了實(shí)時(shí)仿真模型和動(dòng)力系統(tǒng)仿真模型的類屬層次

6、結(jié)構(gòu)，定制了動(dòng)力系統(tǒng)仿真模型的運(yùn)行框架。對(duì)象類之間的繼承性、多態(tài)性、聚合和關(guān)聯(lián)機(jī)制保證了仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、層次分明、易于擴(kuò)展和維護(hù)，統(tǒng)一的運(yùn)行框架既增強(qiáng)了建模的靈活性又實(shí)現(xiàn)了仿真模型的穩(wěn)定、高效運(yùn)行。
　　最后，剖析了仿真逼真度的內(nèi)涵，構(gòu)建了多層次的發(fā)動(dòng)機(jī)仿真逼真度的評(píng)價(jià)體系，研究了仿真逼真度評(píng)價(jià)的定量驗(yàn)證法和定性驗(yàn)證法。在具有分布式仿真體系結(jié)構(gòu)的飛行模擬器上開展了發(fā)動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)仿真逼真度的客觀定量驗(yàn)證、主觀定性評(píng)價(jià)和仿真實(shí)時(shí)