本发明专利技术公开了一种用于变稳定性飞行模拟机的飞行仿真模型及建模方法，包括：接口控制模块、可变气动仿真模块、可变飞控仿真模块、物理特性仿真模块、六自由度运动仿真模块。接口控制模块定义需要接收的外部数据；可变气动仿真模块根据非线性气动数据包建立气动导数插值表及气动系数表达式，通过重构气动系数表达式，将外部配置的气动参数产生的影响作为增量叠加至气动系数中；物理特性仿真模块输出飞机重量、惯量；六自由度运动仿真模块计算飞机的运动状态；可变飞控仿真模块构建不同指令类型下的飞行控制律，根据外部配置实时切换相应控制律和控制增益。实现了在同一个飞行仿真模型中对气动参数和飞行控制律的双重调整。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及飞行仿真，具体涉及一种用于变稳定性飞行模拟机的飞行仿真模型及建模方法，支持调整模型中的气动参数及飞行控制律，从而改变仿真飞机的飞行品质特性，实现变稳定性飞行模拟。
技术介绍
1、飞行模拟机是一种模拟飞机飞行的仿真系统，被广泛用于飞机气动、飞行控制系统的设计和发展，以及飞机操作程序、故障特情处置和飞行品质评价等训练场景。
2、然而，大部分的飞行模拟机是为特定机型的飞机设计开发的，只能模拟相应机型的飞行品质。由于不同机型具有完全不同的飞行稳定性和操纵特性，飞行员需要通过不同的模拟机训练来操作多种飞机型号。为使飞行员能在同一台飞行模拟机上进行不同飞行稳定性和操纵特性训练，需要变稳定性飞行模拟机提供不同飞行品质特性的模拟。
3、飞行仿真模型是飞行模拟机的仿真核心，能够接收模拟机操纵设备的控制指令，解算输出驱动模拟机响应的飞行参数。变稳定性飞行模拟机的变稳定性功能就是通过改变飞行仿真模型的参数实现的。现有的变稳定性飞行仿真模型可以分为两种，一种是通过改变气动参数，调整线性气动系数表达式实现。但是线性气动模型无法利用已有的非线性气动数据包，并且仅在飞机配平点处具有较好的操纵效果，当飞机偏离平衡点后，难以产生期望飞行品质下的操纵响应；另一种是利用反馈原理，通过调整飞行控制律增益，改变飞行稳定性。然而，在进行变稳定性飞行训练时，飞行员既需要感受不同气动特性引起的飞行品质变化，又需要体验不同飞行控制律及控制增益对飞行性能的影响。因此，需要一种能够涵盖气动参数调整和飞行控制律调整功能的飞行仿真模型。
r/>技术实现思路
1、本专利技术的专利技术目的在于提供一种用于变稳定性飞行模拟机的飞行仿真模型及建模方法，在传统的飞行仿真模型中加入了可变气动仿真模块和可变飞控仿真模块。可变气动仿真模块通过重构气动系数表达式的方式在非线性气动数据包的基础上实现了气动参数的调整。可变飞控仿真模块通过切换指令类型和控制增益的方式实现了飞行控制律的调整。本专利技术充分利用了已有机型的非线性气动数据包，实现了在同一个飞行仿真模型中调整不同气动特性和不同飞行控制律的功能。本专利技术的技术方案如下。
2、一种用于变稳定性飞行模拟机的飞行仿真模型，包括：接口控制模块、可变气动仿真模块、可变飞控仿真模块、物理特性仿真模块、六自由度运动仿真模块；
3、所述接口控制模块与可变气动仿真模块、可变飞控仿真模块、六自由度运动仿真模块交互，用于接收外部初始化数据、操纵指令和配置参数，向可变气动仿真模块输出变气动标识和配置的气动参数；向可变飞控仿真模块输出配平舵偏、杆舵操纵量、指令类型标识和配置的飞控增益；向六自由度运动仿真模块输出配平推力和初始速度、姿态、位置等初始飞行参数；
4、所述可变气动仿真模块与六自由度运动仿真模块交互，用于计算并输出不同运动状态和气动参数配置下飞机受到的气动力和气动力矩；
5、所述可变飞控仿真模块与可变气动仿真模块交互，用于计算并输出不同杆舵操纵量、飞行控制指令类型和控制增益作用下的舵面偏度；
6、所述物理特性仿真模块与六自由度运动仿真模块交互，用于计算并输出飞机的重量、惯量等物理特性；
7、所述六自由度运动模块与可变气动仿真模块和可变飞控仿真模块交互，用于计算并输出飞机速度、姿态、位置等飞行运动参数。
8、较佳地，所述可变气动仿真模块包括气动导数插值子模块、气动系数重构计算子模块、气动力及气动力矩计算子模块。其中，气动导数插值子模块可以用已有机型的非线性气动数据包插值得到气动导数，气动系数重构计算子模块将气动系数表达式进行重构，计算变气动设置后的气动系数，气动力及气动力矩计算子模块计算飞机受到的气动力及气动力矩。
9、较佳地，所述可变飞控仿真模块包括飞行控制律切换子模块和舵面响应子模块。飞行控制律切换子模块可以实时切换不同指令类型下的飞行控制律和控制增益，解算期望的舵面偏转角度，舵面响应子模块解算舵面实际偏转角度。
10、一种用于变稳定性飞行模拟机的飞行仿真模型，其建模方法包括以下步骤：
11、步骤一：建立接口控制模块，定义需要接收的外部数据，包括初始飞行参数、杆舵配平量、杆舵操纵量、变气动标识、飞控指令类型标识、配置气动参数、配置飞控增益；
12、步骤二：建立可变气动仿真模块，根据非线性气动数据包建立气动导数插值表及气动系数表达式，通过变气动标识判断是否进行变气动设置。若进行变气动设置，则重构气动系数表达式，将外部配置的气动参数产生的影响作为增量叠加至气动系数中；否则，仅使用基础的非线性气动数据包。根据气动力和气动力矩公式计算飞机受到的气动力和气动力矩；
13、步骤三：建立物理特性仿真模块，输出飞机重量、惯性矩和惯性积；
14、步骤四：建立六自由度运动仿真模块，根据飞机受到的重力、推力、气动力和力矩，计算飞机在空中受到的合力和合力矩。利用六自由度运动方程计算飞机在机体系下的线加速度和角加速度，经过积分和坐标变换计算飞机在机体系和地轴系下的速度、姿态和位置；
15、步骤五：建立可变飞控仿真模块，构建纵向通道、横向通道和航向通道不同指令类型下的飞行控制律，根据指令类型标识和外部配置的控制增益实时切换相应控制律和控制增益。在外部杆舵操纵量的作用下，解算期望的舵面偏转角度，经过舵面动力学响应解算舵面实际偏转角度。
16、较佳地，步骤二中配置的气动参数包括纵向和横航向气动参数。纵向气动参数包含、，横航向气动参数包含、、、、。
17、较佳地，步骤五中的指令类型包括纵向、横向和航向指令类型。纵向指令类型包含迎角指令、俯仰角速率指令、俯仰角指令、法向过载指令、直接链指令，横向指令类型包含滚转角速率指令、滚转角指令、直接链指令，航向指令类型包含侧滑角指令、侧向过载指令、直接链指令。
18、较佳地，步骤五中配置的控制增益包括指令增益、前馈增益、比例增益、积分增益、微分增益、内环反馈增益、外环反馈增益。
19、本专利技术的有益效果在于：
20、1）在传统的飞行仿真模型中加入了可变气动仿真模块和可变飞控仿真模块，实现了在同一个飞行仿真模型中对气动参数和飞行控制律的双重调整，为变稳定性飞行模拟机的飞行仿真建模提供了可行技术方案；
21、2）可变气动仿真模块能够充分利用已有的非线性气动数据包，在其基础上进行气动系数表达式重构，实现气动特性的调整，解决了线性气动模型在飞机偏离平衡点后，难以产生期望飞行品质下的操纵响应的问题；
22、3）可变飞控仿真模块能够根据指令类型标识实时切换控制指令类型，配置控制增益。通过对飞行控制律的在线调整体现不同控制律及控制增益对飞行性能的影响。
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【技术保护点】
1.一种用于变稳定性飞行模拟机的飞行仿真模型，其特征在于，包括：接口控制模块、可变气动仿真模块、可变飞控仿真模块、物理特性仿真模块、六自由度运动仿真模块；
2.根据权利要求1所述的一种用于变稳定性飞行模拟机的飞行仿真模型，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的一种用于变稳定性飞行模拟机的飞行仿真模型，其特征在于：
4.一种用于变稳定性飞行模拟机的飞行仿真模型的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种用于变稳定性飞行模拟机的飞行仿真模型的建模方法，其特征在于所述步骤二中配置的气动参数包括纵向和横航向气动参数。纵向气动参数包含、，横航向气动参数包含、、、、。
6.根据权利要求4所述的一种用于变稳定性飞行模拟机的飞行仿真模型的建模方法，其特征在于所述步骤五中的指令类型包括纵向、横向和航向指令类型。纵向指令类型包含迎角指令、俯仰角速率指令、俯仰角指令、法向过载指令、直接链指令，横向指令类型包含滚转角速率指令、滚转角指令、直接链指令，航向指令类型包含侧滑角指令、侧向过载指令、直接链指令。
7.根据权利要求4所述的一种用于变稳定性飞行模拟机的飞行仿真模型的建模方法，其特征在于所述步骤五中配置的控制增益包括指令增益、前馈增益、比例增益、积分增益、微分增益、内环反馈增益、外环反馈增益。
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【技术特征摘要】
1.一种用于变稳定性飞行模拟机的飞行仿真模型，其特征在于，包括：接口控制模块、可变气动仿真模块、可变飞控仿真模块、物理特性仿真模块、六自由度运动仿真模块；
2.根据权利要求1所述的一种用于变稳定性飞行模拟机的飞行仿真模型，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的一种用于变稳定性飞行模拟机的飞行仿真模型，其特征在于：
4.一种用于变稳定性飞行模拟机的飞行仿真模型的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种用于变稳定性飞行模拟机的飞行仿真模型的建模方法，其特征在于所述步骤二中配置的气动参数包括纵向和横航向气动参数。纵向气...
【专利技术属性】
技术研发人员：何晨璐，张强，张继豪，
申请(专利权)人：中航航空模拟系统有限公司，
类型：发明
国别省市：
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