飞行模拟中的飞行动力学仿真平台研究

飞行技术专业虚拟仿真实验平台的开发与教学实践1. 引言1.1 研究背景在当前信息化、智能化的背景下，借助虚拟仿真技术可以有效模拟真实飞行场景，让学生在虚拟环境中进行飞行操作、飞行器维护等实践活动，极大地提高了学生的学习效率和实践能力。

虚拟仿真实验平台还能为教师提供更多的教学资源和案例，帮助他们更好地指导学生的学习。

开发一套适合飞行技术专业教学需求的虚拟仿真实验平台具有重要的研究意义和实践价值。

通过这样的平台，不仅可以提升学生的学习体验和实践能力，还可以为飞行技术专业的培养提供更多可能性，促进专业教学的质量和水平的提升。

1.2 研究目的研究目的是建立一个飞行技术专业虚拟仿真实验平台，通过对飞行原理、飞行器结构、飞行器操作等方面进行虚拟仿真实验，提高学生在飞行技术领域的实践能力和应用能力。

通过虚拟仿真实验平台，可以使学生在安全的环境下进行飞行器操作实践，提高操作技能和应对紧急情况的能力。

通过开发这样的虚拟仿真实验平台，可以为飞行技术专业学生提供更加真实、直观的飞行实践环境，帮助他们更快更好地掌握飞行技术知识，为将来从事飞行技术相关工作打下坚实的基础。

通过对虚拟仿真实验平台的开发与实践应用，还可以促进飞行技术教学模式的创新与改进，提高教学效果和学生学习积极性。

通过本研究，旨在探讨飞行技术专业虚拟仿真实验平台在教学中的应用效果和潜力，为飞行技术教学提供新的思路和方法。

1.3 研究意义飞行技术专业虚拟仿真实验平台的开发与教学实践在当前教育领域具有非常重要的意义。

随着科技的不断发展，传统的教学模式已经无法满足学生对知识获取的需求。

虚拟仿真实验平台可以实现对飞行技术相关知识的全方位模拟，提供更加直观、生动的学习体验，有助于激发学生的学习兴趣，提高学习效果。

飞行技术是一个高度技术性的专业，学生需要通过大量的实践操作来提升技能水平。

虚拟仿真实验平台可以为学生提供一个安全、实时的实验环境，在没有真实飞行器材的情况下进行练习和模拟操作，极大地降低了学习风险，提高了学习效率。

飞行模拟器的结构设计与仿真研究韩红伟;党淑雯;何法江【摘要】Flight simulator has the incomparable advantages over real flight training which its structural design is the cru-cial to the optimization of aircraft design and improvement of the flight performance, so modeling and simulation of the research on the aircraft design is the key point for aircraft's design. After compared with 6-DOF(Degree of Freedom) flight simulator driven by hydraulic cylinders, a kind of 3-DOF flight motion platform based on 3-RPS mechanism driven by electric cylinders under UG environment is established , and the simulation of kinematical characteristics is researched after building joints and motions for the virtual prototype under the ADAMS/View module. For given kinematics charac-teristic curves, the post-processing of the measurement results using ADAMS/Post Processor module is carried, to get kinematics curves of various flight attitudes. The simulation results show that the designed structure can achieve three directions of motion, such as lift, roll or pitch, and meet the requirements of the technical specifications of the civil avia-tion flight simulator. The processes of analysis provide effective research methods for the design of the flight simulator.%飞行模拟器具有真实飞行训练无法比拟的优势,其结构设计是优化飞机设计,改善飞行性能的关键问题,故飞行模拟器的建模与仿真研究工作是飞行器设计的难点.通过与液压缸驱动的六自由度飞行模拟器对比分析,以3-RPS机构为基础,以在UG环境下建立的电动缸驱动的三自由度飞行模拟器运动平台模型为研究对象,在ADAMS/View模块下,对其添加约束和驱动后,进行了运动学特性仿真.对于给定的运动学特性曲线,运用ADAMS/Post Processor模块,对测量结果进行后处理,得到各种飞行姿态下的运动学曲线.仿真实验结果验证了该设计可实现升降、横滚、俯仰三种姿态的运动,且符合民航飞行模拟器的技术指标要求.上述分析过程为飞行模拟器的设计提供了一套有效的研究方法.【期刊名称】《计算机工程与应用》【年(卷),期】2016(052)013【总页数】5页(P254-258)【关键词】三自由度运动平台;飞行模拟器;结构设计;运动学特性【作者】韩红伟;党淑雯;何法江【作者单位】上海工程技术大学机械工程学院,上海 201620;上海工程技术大学航空运输学院,上海 201620;上海工程技术大学航空运输学院,上海 201620【正文语种】中文【中图分类】TH12;TP39HAN Hongwei，DANG Shuwen，HE Fajiang.Computer Engineering and Applications，2016，52（13）：254-258.飞行模拟器作为一种安全、经济且有效的训练助手，引起了各国军方以及民航的高度关注，不断加大研制和采购费用的力度。

217中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2019.12 （上）飞行模拟器主是作用于地面模拟飞行器在空中飞行和地表滑动的专业设备，主要应用于飞行员模拟培训、新机试飞以及故障分析等领域，具有科学、安全、方便、可靠、工作效率较高且不受气候和环境因素限制的特征。

飞机过载飞行运动平台作为飞行模拟器的关键构成部分，具体负责向飞行模拟器内的驾驶员提供和现实飞机在空中飞行时的相同运动感觉，对模拟器飞行模拟的逼真度有着极其重要的影响。

实现和真实飞行相同的运动感觉主要是根据运动平台对空气动力学的标准指标，尤其是加速度标准的反跟踪能力与实时效飞机过载飞行模拟器运动仿真分析刘智汉（中国飞行试验研究院，陕西 西安 710089）摘要：飞行过载模拟器作为一种以离心机作为运动平台的过载模拟设备，其运动直接影响过载模拟的精确度。

基于此，本文提出飞机过载飞行模拟器运动仿真分析，对飞机过载飞行状态进行仿真，首先设计了所需控制器，后模拟出驱动命令，完成动力学平台建模，实现对飞行器运动状态的模拟。

关键词：飞机过载；飞行模拟器；运动；仿真分析中图分类号：V216.8 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2019）12（上）-0217-03果。

因为运动平台的空间是极其有限的，现行办法通常是根据预先设计出来的滤波算法获得初始加速度指标后，最后转变为对运动平台的位移控制，加速度指标反跟踪效果一般会较低，直接影响平台的模拟运动飞行效果。

1 设计控制器根据偏差比例优化、积分调整以及微分调改对控制器进行模拟，简称PID 控制器。

PID 控制器构造简单明了，并不是一定需要模拟对象运动的数学模型，其参数调改较为简便，在长期实践应用中已经累积了极其丰富的经验，在计算带动微小探针振动，此时由电机在X 轴与Y 轴方向上带动被测工件进行定向移动，使得被测工件的表面出现起伏变化，探针的振动频率变化的同时将改变探针的振动幅度，从而利用线阵CCD （电荷耦合器件）将其检测出来，并由微控制器将检测结构输送到电脑端，经MATLAB 软件处理形成仿真图形，显示出微观层面的三维图像，以此计算工件表面的粗糙度。

江苏航空2010增刊基于ADAMS 飞行动力学仿真王杰韩景龙(南京航空航天大学航空宇航学院, 南京, 210016摘要:在虚拟样机分析软件A DA M S 平台上建立折叠翼飞机的动力学模型, 根据当前飞行状态, 利用G FO SU B 编写空气动力计算子程序, 同时在M AT LAB/Simulink 中设计控制模块, 定义控制模块与动力学模型之间的接口参数, 在M A T L A B 环境下进行交互式联合仿真, 成功实现了折叠翼飞行器动力学仿真。

关键词:折叠翼; A DA M S; 动力学仿真引言传统的飞行器设计通常采用小幅度改变机翼外形的方法, 如采用前缘缝翼、后缘襟翼、变后掠角、变翼型弯度、变展长等方法, 以适应起降、巡航和高速飞行等不同的飞行状态。

但这种方法机构复杂、功能受限、效率较低, 难以适应较广范围内飞行条件的变化。

然而可折叠飞行器可以在不同飞行环境下通过大幅度的改变机翼形状来完成特定的飞行任务, 机翼全部展开以得到大的升阻比, 长的留空时间, 利于起飞或巡航; 在高速或机动飞行时, 机翼折叠以减小飞行阻力, 以得到高的冲刺速度。

在未来的飞行器的研制与开发过程中, 折叠翼飞行器将是其中重要的组成部分。

ADAMS 用户子程序更具有通用性, 可以利用编程语言来定义模型元素或者特定的输出。

用户可以将函数表达式写成子程序的形式并将其与ADAMS/View 连接, 它具有函数表达式所没有的通用性和灵活性。

采用Rog er 有理函数拟合法, 由NA ST RAN 偶极子格网法求得的若干折减频率下的非定常气动力系数矩阵, 导出任意运动情况下的非定常气动力近似表达式。

根据当前时刻下的飞行状态, 通过自编FORTRAN 格式的ADAM S GFOSUB 子程序, 将包括初始气动力在内空气动力加载到柔性体各个节点上, 模拟真实飞行状态。

通过ADAM S . Solv er 求解器可求得当前时刻步的位移、速度、加速度。

航空航天中的飞行动力学模型与仿真研究随着科技的进步，航空航天行业在过去几十年里取得了巨大的发展。

航空航天工程师们致力于改善飞行器的性能和安全性，以确保乘客和航天员的安全。

在这个过程中，飞行动力学模型与仿真研究成为航空航天领域中不可或缺的一环。

飞行动力学模型是用来描述飞行器在不同条件下的运动行为和性能特征的数学模型。

它们基于牛顿力学和空气动力学原理，并结合了飞行器的力学、动力学和控制系统等方面的知识。

飞行动力学模型广泛应用于飞机、导弹、卫星和航天器等的设计、测试和控制中。

在飞行器设计阶段，飞行动力学模型可以帮助工程师预测飞机的飞行性能、稳定性和操纵性。

通过模拟不同的气动载荷、发动机推力和控制输入等因素，工程师们可以评估飞行器在各种工况下的性能表现，从而进行优化设计。

这些模型还能帮助工程师确定飞行器的支撑力、升力和阻力等重要参数，以及机翼、机身和操纵面等部件的尺寸和布局。

与飞行器的设计相伴随的是仿真研究。

通过数值仿真和计算机模拟，工程师们能够验证飞行动力学模型的准确性和稳定性，进而优化飞行器设计。

仿真研究还可以模拟各种飞行场景，如爬升、下降、滚转和俯仰等，以评估飞行器的操纵性和机动性。

此外，仿真还可以模拟不同的飞行器状态，如机动、失速、失速恢复和溜翼等，用于评估飞行器的稳定性和安全性。

飞行动力学模型与仿真研究的重要性在航空航天工程中得到了充分的认识。

它们不仅能够为飞行器设计和改进提供指导，还可以为飞行训练和飞行控制提供重要的支持。

通过与实际飞行数据的对比，工程师们可以验证飞行动力学模型的准确性，并不断改进和完善模型的预测能力。

飞行动力学模型与仿真研究不仅在民航领域发挥着重要作用，也在航空航天领域扮演着关键角色。

在航天器的设计和飞行任务中，飞行动力学模型与仿真研究帮助工程师们预测和分析航天器的运动轨迹、姿态和对地面目标的打击效果。

通过仿真实验，工程师们可以优化轨道设计和飞行计划，提高航天器的任务执行能力和精确度。

link appraisement航空工业直升机设计研究所顾新，男，汉族，江西景德镇，航空工业直升机设计研究所飞行控制及工程仿真研究室，研究方向：飞行仿真。

顾 新图1 飞行动力学仿真系统组成CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar .2019·中国科技信息2019年第6期航空航天◎变距角和尾桨变距角；旋翼气动模块、尾桨气动模块、机身气动模块、起落架动力学模块接收飞控系统模块的变距角、姿态、角速度、空速、大气密度等数据后，解算全机所受到的外部力和力矩，最后通过六自由度运动模块，计算出当前帧的位置、速度、加速度、姿态、角速度、角加速度等数据。

大气环境模块大气环境模块根据外部设置的气压高度、温度和风速，以及直升机当前飞行状态，解算总温、总压、空气密度、空速等参量，作为其他模型的输入量。

旋翼气动模块旋翼气动模块由旋翼气动载荷模块、旋翼流场模块和旋翼操纵系统（桨毂）模块组成，从结构上看，旋翼系统模块又由桨叶模型、操纵模型、铰链模型、桨毂模型、旋翼轴模型和离合器等结构模型组成，旋翼尾迹模型、旋翼桨叶气动载荷模型是旋翼系统的气动模型组件，桨叶挥舞模型、桨叶摆振模型是旋翼系统的动力学模型组件。

根据直升机相对空气的运动状态，来计算所产生的气动力和力矩。

再通过一系列坐标变换，计算出对直升机重心的力和力矩。

尾桨气动模块尾桨作为直升机上特有的一个部件，主要用来平衡主旋翼的反扭矩，并且飞行员可以通过操纵脚蹬控制尾桨桨距，改变尾桨的气动力，从而使直升机产生偏航力矩，起到悬停转弯和消除前飞时的侧滑的作用。

尾桨气动模块的建模方法与主旋翼类似，根据直升机相对空气的运动状态，来计算所产生的气动力和力矩。

再通过一系列坐标变换，计算出对直升机重心的力和力矩。

机身气动模块直升机机身气动模块，在直升机飞行力学和飞行仿真软件中占有重要的地位。

直升机的机身气动模型和固定翼飞机的机身模型相比有较大的不同，相比之下计算量要大得多。

飞机六自由度模型及仿真研究一、本文概述随着航空工业的快速发展和飞行器设计的日益复杂化，对飞机动力学特性的理解和分析变得越来越重要。

其中，飞机的六自由度模型是理解和分析飞机动力学特性的基础工具。

本文旨在深入探讨飞机六自由度模型的建立过程，以及基于该模型的仿真研究。

我们将首先介绍飞机六自由度模型的基本概念和理论框架，然后详细阐述模型的建立过程，包括动力学方程的推导、运动学方程的构建以及控制逻辑的设计。

在此基础上，我们将展示如何利用该模型进行仿真研究，包括飞行轨迹的模拟、飞行稳定性的分析以及飞行控制策略的优化等。

我们将总结飞机六自由度模型及仿真研究的重要性，并展望未来的研究方向和应用前景。

本文的目标读者包括航空工程领域的学者、工程师以及研究生，希望通过本文的阐述，能够帮助读者更好地理解和掌握飞机六自由度模型及仿真研究的相关知识和技术。

我们也希望本文的研究能够对飞行器设计、飞行控制以及飞行安全等领域的发展提供一定的理论支持和实践指导。

二、飞机六自由度模型建立在飞行动力学中，飞机的运动可以分解为六个自由度：三个沿坐标轴的平动（纵向、横向和垂直）和三个绕坐标轴的转动（滚转、俯仰和偏航）。

六自由度模型的建立是飞行仿真研究的基础，它能够全面、准确地描述飞机的空间运动特性。

我们需要定义飞机的坐标系和参考坐标系。

通常采用机体坐标系来描述飞机的姿态和运动，而地面坐标系或惯性坐标系则用于描述飞机的位置和速度。

在机体坐标系中，飞机的滚转、俯仰和偏航运动可以通过欧拉角来描述。

接下来，根据牛顿第二定律和动量矩定理，建立飞机的运动方程。

这些方程包括沿三个坐标轴的平动方程和绕三个坐标轴的转动方程。

平动方程描述了飞机的加速度与所受合力的关系，而转动方程则描述了飞机的角加速度与所受合力矩的关系。

在建立运动方程时，需要考虑飞机的质量、质心位置、惯性矩等参数，以及作用在飞机上的各种力（如重力、推力、升力、阻力等）和力矩（如滚转力矩、俯仰力矩、偏航力矩等）。

飞机六自由度飞行动力学仿真实验一．实验目的1．本实验将理论力学课程教学内容与航空航天工程应用相结合，分析、研究飞机受力与六自由度运动特性，培养学生分析问题和解决问题的能力，展现理论力学知识在航空航天工程中的应用。

2．通过本实验，使学生更好地学习和理解理论力学的有关内容，如飞机的受力分析、空间力系的简化与合成、刚体的平面运动与一般运动、刚体微分方程的建立与求解等，激发学生对理论力学的学习兴趣，开阔视野，增强工程概念。

二．实验仪器与设备实验在PC 个人计算机、WINDOWS 98以上操作系统环境中进行。

三．实验原理飞机在空中的运动，在一定的假设条件下，可以视为理想刚体的运动，遵循刚体的运动规律，理论力学中介绍的刚体平动和转动基本定律都适用于飞行器的运动分析。

飞机在空中的运动为刚体的一般运动，具有六个自由度。

通常建立的机体坐标系如下图所示。

飞机的一般运动可以分解为随质心的平动和绕质心的转动，随质心的平动的速度可表示为 ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=W V U V G ，绕质心的转动角速度可表示为⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=R Q P ωG 。

飞机受到的气动力、发动机推力、重力是一个空间任意力系，向质心简化的主矢和主矩分别为⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=Fz Fy Fx F G 和⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=Mz My Mx M G 。

根据质心运动定理（牛顿方程）和相对于质心的动量矩定理可得飞机的动力学微分方程，一般说来，该方程没有解析解，只能通过数值积分得到数值解。

系统分为“概念演示”与“f16实时仿真”两大模块。

在“概念演示”模块中着重介绍了飞机运动的自由度、单自由度下的操纵与响应特性。

在“f16实时仿真”模块中介绍了飞机定直平飞、盘旋、拉起、起飞、着陆、失速尾旋等的飞行过程及受力情况，学生也可以亲自驾驶这架F16进行实时仿真飞行。

四．实验步骤1．概念演示六自由度演示：点击菜单“概念演示->六自由度演示”，进入六自由度演示状态，如下图所示。

面向空军飞行训练的虚拟仿真技术研究随着时代的发展，科技水平不断提高，人们的需求也越来越多元化。

对于军事训练来说，虚拟仿真技术无疑是一种十分有前途的训练手段，正逐渐被广泛应用于各个军种。

本文将探讨虚拟仿真技术在空军飞行训练中的应用。

一、虚拟仿真技术在空军飞行训练中的意义1.1提高训练效率传统的空军飞行训练，需要花费大量的时间和资源来完成，而且训练效果并不能得到有效的保证。

通过虚拟仿真技术，可以实现真实环境下的全面仿真，提高了飞行员的训练效率。

1.2降低训练成本空军飞行训练往往需要大量的经费支持，包括机型的维护、燃油费用等诸多费用。

而虚拟仿真技术能够实现虚拟训练，节省了大量的开支。

1.3降低飞行事故风险空军飞行训练是需要冒着很高风险的，为了保证飞行员的生命安全，必须采取一系列的安全保障措施。

而通过虚拟仿真技术，可以避免或降低训练过程中可能发生的事故风险。

二、现有虚拟仿真技术在空军飞行训练中的应用2.1建立空战仿真平台针对飞行员实际操作情况进行虚拟仿真技术研究，建立空战仿真平台，以达到模拟空中作战训练的目的。

其中，仿真平台的开发包括战术训练功能、维修模块、教学辅导和终端软件等。

同时，还需进行相应的培训和技术支持，以确保平台的高可用性和可靠性。

2.2建立飞行仿真平台建立飞行仿真平台，能够对飞行员的运动技能、思维技能和实际反应能力进行测评和训练。

为了实现飞行仿真平台建立，需要建立模型库、计算机图像生成器、真实飞行图像数据库等。

2.3开发转场训练虚拟仿真技术转场是指空军飞行员从一地到另一地的飞行任务。

而转场训练让飞行员能够在训练场景中学习磨练不同的技能，从而更好地完成真实的任务。

在转场模拟训练中，飞行员可以学习到不同的飞行手法，进一步提高了飞行员的操作技能。

三、一些问题需要解决3.1模型精度虚拟仿真技术面向的是实际操作，因此，与实际模型的精度相比，仿真模型的精确度至关重要。

3.2设备质量虚拟仿真技术对于硬件设备的要求也很高，在保证训练效果的同时，还要尽可能地降低设备耗损和设备成本。

飞行器动力学建模及仿真研究第一部分：引言飞行器动力学建模及仿真研究，是一个经过多年发展的学科，在航空、航天等各个领域都得到了广泛的应用。

本文将介绍飞行器动力学的基本概念和模型，并介绍如何使用仿真技术研究飞行器动力学。

第二部分：飞行器动力学基本概念飞行器动力学是研究飞行器在空气中运动规律和稳定性的学科。

飞行器动力学主要包括力学、偏微分方程、控制论、计算机科学等方面，因此需要涉及很多复杂的数学知识。

为了方便研究，一般使用三自由度模型（俯仰、偏航、滚转）或六自由度模型（三个方向的平动和三个方向的旋转）来描述飞行器的运动状态。

1、直升机直升机能够实现垂直起降和空中悬停，但它的特殊结构和复杂动力学使得它在空气中的运动规律更加复杂。

直升机的动力学主要包括旋翼理论、轴动力平衡、车体运动稳定等方面。

2、飞行器飞行器（包括飞机和导弹）的动力学主要涉及飞行器的气动性能、动力装置、重心位置、控制系统等方面。

为了控制飞行器的运动状态，需要对其进行动态建模，并在仿真中进行测试。

第三部分：飞行器动力学建模为了进行仿真研究，需要对飞行器进行动力学建模。

动力学建模是指通过数学方程和计算机模型来描述飞行器运动状态和运动规律的过程。

正确的动力学建模可以帮助研究人员更好地理解飞行器的运动规律，为控制系统设计提供参考。

1、直升机模型直升机的动力学模型有风洞模型和非定常气动模型两种。

风洞模型主要用于研究直升机的稳定性和控制问题，而非定常气动模型则更加贴近实际情况，可用于直升机飞行状态的仿真和模拟研究。

2、飞行器模型飞行器的动力学模型有基于欧拉角的模型和基于四元数的模型两种。

欧拉角模型可以更好地理解飞行器的姿态调节和控制，而四元数模型则更加精确和高效，可以减少计算负担。

第四部分：仿真技术在飞行器动力学中的应用仿真是一种模仿复杂系统行为的工具，可以模拟飞行器在真实环境中的运动规律和稳定性。

针对不同的问题，可以使用不同的仿真方法，如基于统计、神经网络等方法。