初级教练机飞行模拟器设计

摘要

飞行模拟器是一种在地面模拟飞机在空中飞行的仿真设备,是一种典型的有人回路的含硬件仿真系统。随着计算机仿真技术的快速发展,飞行模拟器的仿真程度越来越高,在飞行员的教学和训练中发挥着重要的作用。本文以某型初级教练机飞行模拟器的研制为背景,重点介绍了飞行模拟器的视景仿真、模拟座舱的关键技术。视景仿真的实现是将3D模型、地形特征映射要素矢量图、遥感影像和地形高程数据导入CTS软件,从而生成具有地表文化特征的大面积地形。利用视景驱动软件VegaPrime中的大地景管理模块管理和调度制作好的地形,利用VC++6.0的MFC调用VegaPrime的API来驱动视景,利用软件方式的图像校正、融合技术,实现了三通道柱幕投影视景仿真。初级教练机飞行模拟器的模拟座舱主要由模拟仪表、虚拟仪表、杆力模拟系统以及座舱抖振系统组成,采用基于CAN总线的仪表仿真技术、基于OpenGL技术的虚拟仪表技术、力矩电机控制杆力技术,来实现对座舱的模拟操纵。某型初级教练机飞行模拟器的研制成功,缓解初教机学员培养与模拟训练器材短缺的矛盾,有利于保障飞行安全和提高教学训练质量,具有较高的军事和经济效益。

目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 飞行模拟器概述

1.2 飞行模拟器回顾

1.3 国外飞行模拟器发展现状

1.4 国内飞行模拟器发展现状

1.5 飞行模拟器发展趋势

1.6 本文研究的主要内容

1.7 本章小结

2 地形场景的建立

2.1 地景制作软件

2.2 地景设计基本流程

2.3 数据资料的采集与选择

2.4 3ds Max 建模

2.5 Creator 建模

2.5.1 Openflight 模型的层级结构及节点属性

2.5.2 Creator 建模时使用的关键技术

2.5.3 建模中应该遵循的原则

2.5.4 建模中防抖防闪烁技术

2.6 制图要素

2.7 CTS 制作地景

2.7.1 CTS 流程图

2.7.2 虚拟纹理的生成

2.7.3 地形的生成

2.7.4 制图要素映射

2.7.5 发布MFT (MetaFlight)文件

2.8 本章小结

3 视景驱动及显示系统

3.1 视景仿真系统的组成

3.2 视景仿真系统的性能指标

3.3 Vega Prime

3.3.1 Vega Prime 简介

3.3.2 视景驱动程序

3.4 图像融合技术

3.5 视景效果

3.6 本章小结

4 飞行动力学模型的建立

4.1 坐标轴系的定义

4.2 坐标系转换的方法

4.2.1 欧拉法

4.2.2 四元数法

4.3 作用在飞机上的力和力矩的计算

4.3.1 气动力表达式

4.3.2 气动力矩表达式

4.4 质心的平移动力学方程

4.5 质心转动动力学方程

4.6 四阶经典Runge-Kutta 法解算

4.7 四元数法解算飞机姿态角

4.8 本章小结

5 模拟座舱系统

5.1 模拟座舱系统组成

5.2 基于CAN 总线的现场总线

5.2.1 串行通讯接口方式

5.2.2 飞机上常用的总线

5.2.3 控制器局域网总线——CAN

5.2.4 CAN 总线通信控制器——SJA1000

5.2.5 CAN 节点结构设计

5.2.6 CAN 总线节点软件设计

5.2.7 上位机软件设计

5.3 操纵系统和操纵负荷系统设计

5.3.1 操纵系统

5.3.2 操纵负荷系统

5.4 仪表系统和指示系统设计

5.4.1 实装仪表模拟

5.4.2 图形仪表

5.5 本章小结

结论

参考文献

作者简历

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