飞行仿真中飞机本体建模与视景仿真软件开发

摘要

在飞机的设计、试验与验证阶段，利用计算机仿真技术来研究飞机的系统性能，将极大地降低飞行员进行实际飞行试验的风险，并且能够节省试验开支。飞机本体模型作为飞行仿真系统的核心，直接决定了飞行仿真的真实度。而视景仿真技术的应用，则为飞行仿真提供了一种直观、有效的试验分析手段。
　　论文采用六自由度方法分析飞机本体模型，讨论了模型之间的依赖关系，研究了模型中各个模块的功能以及实现方法。利用开放的图形程序接口设计和实现了三维飞行视景仿真软件，在飞行数据驱动下完成了飞行动画效果演示。
　　论文首先分析了飞行仿真系统的结构，并以此为基础对飞机本体模型以及视景仿真系统进行了需求分析，确定了本体模型的建模方法，提出了具有可扩展性和可维护性的三维视景仿真软件结构；其次对飞机的基本特性做了介绍，采用模块化的建模思想，搭建了决定飞机运动相关部分的数学模型，包括运动方程模型、空气动力参数模型、气动力与力矩模型，并基于Matlab/Simulink工具箱建立单元仿真模型；然后，以VC++6.0和开放图形程序接口OpenGL作为开发环境，基于面向对象的编程思想，详细介绍了三维视景仿真软件中飞机三维模型、飞机尾焰、地形地貌、天空以及雾化效果的实现方法，同时讨论了该软件进行数据接收的多种方法。在软件开发中，采用了多项实时性优化措施，特别是采用了动态地形的显示方式，大幅度提高了图形绘制的效率，真正实现了图像之间的平滑过渡。最后，在Matlab/Simulink仿真环境下进行了飞机六自由度运动仿真测试，并对仿真结果做了定性分析，三维视景仿真软件则利用多种仿真方式对飞行动画效果进行了测试。
　　飞机本体模型以及视景仿真软件已经完成了开发和测试工作，本体模型具有较强的通用性，而视景仿真软件则具有较好的可扩展性和跨平台性，且研发成本低。仿真测试证明，飞机本体模型能够反映飞机的飞行特性，而视景仿真软件则具有较好的实时性，三维动画效果流畅，运行稳定。

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第一章 绪 论

1. 1 研究背景及意义

1. 2 国内外研究现状

1. 3 研究目标

1. 4 研究内容以及结构

第二章 应用需求分析及方案设计

2. 1 飞行仿真系统结构分析

2. 2 飞机本体模型应用需求分析

2. 3 飞机本体模型方案设计

2. 4三维视景仿真软件应用需求

2. 5 三维视景仿真软件方案设计

2. 6 本章小结

第三章 飞机六自由度本体建模

3. 1 相关坐标系简介

3. 2 飞机运动参数描述

3. 3 飞机的基本特性

3. 4 飞机运动方程模块分析

3. 5 空气动力参数模块分析

3. 6 气动力与力矩模块分析

3. 7总体仿真模型的建立

3. 8飞行数据解算

3. 9 本章小结

第四章 三维视景仿真软件设计与实现

4.1 VC++平台下OpenGL的开发

4. 2 三维视景仿真系统架构

4. 3 纹理贴图实现

4. 4 动态模型实现

4. 5 静态模型实现

4. 6 飞行数据的接收与映射

4. 7 三维视景仿真软件实时性优化措施

4. 8 本章小结

第五章 仿真测试及结果分析

5. 1 飞机六自由度运动仿真测试

5. 2三维视景仿真软件测试

5. 3本章小结

第六章 总结与展望

6. 1 工作总结

6. 2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的成果