一种用于无人机飞行模拟训练的故障模拟方法技术

本发明专利技术提供了一种应用于无人机飞行模拟训练的故障模拟方法。运用该方法，可在原有飞行模拟训练系统的基础上，针对不同故障特征，对已经实现的诸仿真设备无人机模拟训练中一些常见故障进行逼真模拟，通过训练使得飞行操纵员能充分感受和体会出现故障时飞机的反应及状态，提高其故障判断及应急处置能力，为执行任务时能迅速有效地处理类似情况做好技术和心理上的准备，具有重要的工程应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种应用于无人机飞行模拟训练的故障模拟方法，属于无人机飞行仿真 领域。
技术介绍
随着无人机技术的迅速发展，无人机功能日益强大，系统也更加复杂。无人机系统 的复杂性使得高效的纟莫拟训练异常重要。训练是提高部队战斗力的必经之路，而基于模 拟技术手段的军事训练是解决这一需求的重要技术途径，具有隐蔽性、安全性、经济性等特点。目前国内无人机的飞行模拟训练系统，尤其是对大型无人机飞行模拟训练系统的需 求，显得尤其紧迫。 一般无人机飞行模拟训练系统由飞行仿真系统、飞行控制与管理仿 真软件、视景模拟显示、遥控遥测仿真系统组成，其中飞行仿真系统包括飞机动力学仿 真、发动机仿真、起落架仿真、传感器仿真、舵回路环节仿真。无人机与有人机一样，即使在起飞前飞机的各系统各部件都通过了所有的检测检查， 在飞行过程中仍然会产生突发性的故障或损伤，比如舵面有可能发生卡死、松浮或损伤 等故障。这些故障均会使飞机产生一定的不对称力和力矩，破坏原有的气动布局平衡，使飞机产生不期望的滚转、偏航或俯仰运动；若不及时釆取措施消除这些不对称力和力矩，飞机有可能在短时间内失去控制，造成事故。例如传感器有可能发生卡死、输出恒增益变化以及输出恒偏差失效等故障，这些故障数据可能会给控制提供了错误的信息，则无法达到原先的控制效果，严重时也会造成事故。又如作为飞机动力的来源， 发动机系统发生的故障就更为复杂，其中任何一个部件的异常都有可能造成动力失效甚 至无动力的严重后果。在无人机飞行模拟训练系统中，如何将飞行过程中可能出现的故障进行逼真的模拟 是飞行模拟训练系统的一个重要内容。如果从故障本身的特点和机理出发进行研究模 拟，那么上述的这些故障中仅仅舵面发生的故障就是一个需要深入研究的课题，这方面的研究历来不少，也取得了累累硕果；而在飞行模拟训练中，对故障模拟的研究较少，且有待深入。如果只从飞行t莫拟训练的目的出发，其实可以只从这些故障对飞行造成的 效果或后果来进行t莫拟，走一条轻松的捷径。 专利技术 内 容本专利技术针对现有技术的不足，提供一种应用于无人机飞行模拟训练中的故障模拟方 法。运用该方法，可在原有飞行模拟训练系统的基础上，针对不同故障特征，对已经实 现的诸仿真设备无人机模拟训练中一些常见故障进行逼真模拟，通过训练使得飞行操纵 员能充分感受和体会出现故障时飞机的反应及状态，提高其故障判断及应急处置能力， 为执行任务时能迅速有效地处理类似情况做好技术和心理上的准备。为达到此目的，本专利技术的构思是(1) 针对各种常见故障，根据其故障特征，从各种类型故障最终导致的影响和结 果出发进行模拟，而不是从产生该故障的机理或者原理出发进行模拟，这样可以简单而 有效地实现故障模拟。(2) 在原模拟训练系统的基础上，进行故障模拟处理，使得对原系统改动较小， 即获取原仿真设备的仿真数据，根据该设备的故障特征对原仿真数据进行故障模拟处 理，最后输出故障模拟后的数据。根据上述思路，本专利技术所述的故障模拟方法包括以下六个步骤 步骤一选择故障类型通过训练软件的人机界面，选择需要模拟的故障类型及相应故障参数； 故障类型包括舵偏故障、传感器故障、发动机故障、起落架故障、遥控链路故障；其中，舵偏故障包括副翼故障、方向舵故障、升降舵故障；传感器故障包括速率陀螺故 障、航姿故障、导航故障、大气数据计算机故障、空速偏差故障、气压高度偏差故障； 发动机故障又包括节风门故障、动力衰减故障；其中，副翼故障、方向舵故障、升降舵故障、空速偏差故障、气压高度偏差故障、 节风门故障、动力衰减故障是带故障参数的。步骤二舵偏故障模拟舵偏故障模拟包括副翼故障模拟、方向舵故障模拟和升降舵故障模拟；具体方法是(1) 根据步骤一，得到故障类型(副翼故障、方向舵故障和升降舵故障)和参数(故 障偏角DeltErr);(2) 从舵机环节仿真获取舵偏仿真数据Delt，如果舵偏故障有效，则故障模拟后 的舵偏角Delt' =Delt+DeltErr;如果舵偏故障无效，贝ij Delt' =Delt;其中，舵偏 故障包括副翼故障、方向舵故障和升降舵故障；(3) 将Delt'输出给飞机动力学仿真； 按照上述方法即可实现舵偏故障模拟，简单而又逼真。步骤三传感器故障模拟传感器故障模拟有两种类型无数据输出和数据偏差；第一种无数据输出的故障模拟。这类故障模拟包括速率陀螺故障模拟、航姿故障 模拟、导航故障模拟和大气数据计算机故障模拟，具体方法是根据步骤一，得到故障 类型(陀螺故障、航姿故障、导航故障和大气数据计算机故障)，然后从各传感器仿真 获取相应传感器仿真数据，将该传感器仿真数据保持在固定值，直到故障解除后重新从 传感器仿真获取更新数据并输出。第二种数据偏差的故障模拟。这类故障模拟包括空速偏差故障模拟、气压髙度偏 差故障模拟，具体方法是(1) 根据步骤一，得到故障类型(空速偏差故障、气压高度偏差故障)及参数(空 速偏差值VkErr、气压高度偏差值HbErr);(2) 从大气数据计算机仿真的输出中获取大气数据计算机仿真数据Vk和Hb，如果故障类型为空速偏差故障，空速偏差故障有效，则在大气数据计算机仿真数据中的空 速Vk上叠加空速偏差值VkErr，则故障模拟后的空速Vk' =Vk+VkErr,如果空速偏差故障无效，则Vk' =Vk;如果故障类型为气压高度偏差故障，气压高度偏差故障 有效，则在大气数据计算机仿真数据中的气压髙度Hb上叠加上气压高度偏差值 HbErr，则故障模拟后的气压高度Hb， =Hb+HbErr,如果气压高度偏差故障无效， 贝iJHb， =Hb;(3) 将Vk'和Hb'输出给飞行控制与管理仿真。 步骤四发动机故障模拟发动机发生故障，最终导致的两种结果均是影响发动机推力， 一种情况是还有部分 推力可用，另一种情况是发动机完全停车；这类故障模拟包括节风门故障、动力衰减故 障，具体方法分别是节风门故障模拟(1) 根据步骤一，得到故障类型(节风门故障)及参数(节风门故障偏角DeltPErr);(2) 从节风门环节仿真获取节风门仿真数据DeltP，如果节风门故障有效，则故障 模拟后的节风门偏角DeltP' -DeltPErr ;如果节风门故障无效，贝lj DeltP' -DeltP;(3) 将DeltP'输出给发动机仿真。 动力衰减故障模拟(1) 根据步骤一，得到故障类型(动力衰减故障)及参数(衰减系数r);(2) 从发动机仿真中获取发动机推力P，则动力衰减后的推力P' =PXr;(3)将P'输出给飞机动力学仿真； 其中，r的范围是, r为O时表示发动机停车，推力为O; r为l表示发动机 正常，推力正常°步骤五起落架故障模拟不论何种起落架故障，最终结果一般都是起落架无法收起或者无法放下，具体方法是(1) 根据步骤一，得到故障类型(起落架故障)；(2) 从起落架仿真获取起落架状态，如果起落架故障有效，则将起落架状态保持 为当前状态，即如果原来为放下状态，则保持为放下状态，不能收起；如果原来为收起状态，则保持为收起状态，不能放下；如果起落架故障无效，则取消保持起落架为当前 状态，可以正常收起或放下；(3) 将该状态输出给飞行控制与管理仿真； 按照上述方法即可实现起落架故障的模拟。步骤六遥控链路故障模拟根据步骤一，得到故障本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于飞行模拟训练的故障模拟方法，其特征在于，该方法包括如下六个步骤：步骤一：选择故障类型：通过训练软件的人机界面，选择需要模拟的故障类型及相应故障参数；故障类型包括：舵偏故障、传感器故障、发动机故障、起落架故障、 遥控链路故障；其中，舵偏故障包括副翼故障、方向舵故障、升降舵故障；传感器故障包括速率陀螺故障、航姿故障、导航故障、大气数据计算机故障、空速偏差故障、气压高度偏差故障；发动机故障又包括节风门故障、动力衰减故障；其中，副翼故障、方向舵故 障、升降舵故障、空速偏差故障、气压高度偏差故障、节风门故障、动力衰减故障是带故障参数的；步骤二：舵偏故障模拟：具体方法是：（１）根据步骤一，得到故障类型及参数，即故障偏角ＤｅｌｔＥｒｒ；（２）从舵机环节仿真获 取舵偏仿真数据Ｄｅｌｔ，如果舵偏故障有效，则故障模拟后的舵偏角Ｄｅｌｔ’＝Ｄｅｌｔ＋ＤｅｌｔＥｒｒ；如果舵偏故障无效，则Ｄｅｌｔ’＝Ｄｅｌｔ；其中，舵偏故障包括副翼故障、方向舵故障和升降舵故障；（３）将Ｄｅｌｔ’输出给飞机动力学仿真 ；步骤三：传感器故障模拟：传感器故障模拟包括：无数据输出的故障模拟和数据偏差的故障模拟；无数据输出的故障模拟的具体方法是：根据步骤一，得到故障类型，然后从各传感器仿真获取相应传感器仿真数据，将该传感器仿真数据保持在固 定值，直到故障解除后重新从传感器仿真获取更新数据并输出；数据偏差的故障模拟的具体方法是：（１）根据步骤一，得到故障类型及参数，即空速偏差值ＶｋＥｒｒ和气压高度偏差值ＨｂＥｒｒ；（２）从大气数据计算机仿真的输出中获取大 气数据计算机仿真数据Ｖｋ和Ｈｂ，如果故障类型为空速偏差故障，空速偏差故障有效，则在大气数据计算机仿真数据中的空速Ｖｋ上叠加空速偏差值ＶｋＥｒｒ，则故障模拟后的空速Ｖｋ’＝Ｖｋ＋ＶｋＥｒｒ，如果空速偏差故障无效，则Ｖｋ’＝Ｖｋ；如果故障类型为气压高度偏差故障，气压高度偏差故障有效，则在大气数据计算机仿真数据中的气压高度Ｈｂ上叠加上气压高度偏差值ＨｂＥｒｒ，则故障模拟后的气压高度Ｈｂ’＝Ｈｂ＋ＨｂＥｒｒ，如果气压高度偏差故障无效，则Ｈｂ’＝Ｈｂ；（３）将Ｖｋ’和Ｈｂ’输出 给飞行控制与管理仿真；步骤四：发动机故障模拟：发动机发生故障模拟包括节风门故障模拟和动力衰减故障模拟，具体方法分别是：节风门故...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏伦，王英勋，张翠萍，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]