針對我國自行研制的某型飛機進行工程飛行模擬器研制，采用面向對象技術對飛機各分系統進行工程飛行仿真建模，使之能夠用于不同大氣環境條件下，對不同的飛行狀態進行人機閉環工程飛行仿真，并實現飛機多種飛行動力學構型和故障仿真、飛行品質評定、仿真過程記錄、回放等功能。工程飛行仿真數據管理系統可以設置不同飛機的各種飛機構型的氣動參數及模擬飛行故障，并可對工程模擬器實施監控、維護、測試和應急控制處理，還可以為工程飛行仿真控制人員提供友好的圖形化人機界面以及調試、監測和數據管理環境。
1 飛機仿真模型
飛機仿真模型主要包括：六自由度非線性飛機運動學及動力學模型、空氣動力模型、發動機及推進系統模型、油箱模型、飛行控制系統模型、起落架模型、地面作用模型、質量系統模型、大氣環境模型、數據傳輸模塊和信號采集模塊等主要仿真數學模型，各系統仿真模型數據結構及流程如圖1所示，各系統模型采用面向對象的開發方法，使程序與數據相分離，以提高軟件的重用性和開發效率，本文構建了飛機仿真模型框架，使用MySql數據庫將飛機各種模型特性數據組織起來，用戶只需修改數據庫文件中有關飛機各系統模型的數據就可實現不同飛機構型的仿真。
圖1 工程仿真系統結構及數據流程圖
2 工程飛行仿真數據管理系統
工程仿真管理系統主要為工程師提供一個單獨的工程飛行仿真建模的平臺，數據傳輸及模型結構如圖1(a)所示。本系統采用面向對象的程序設計方法，把數據及模型算法分離，為了能夠簡單、迅捷地修改飛機各系統參數和處理模擬飛行得到的數據，并與真實試飛數據進行對比，工程仿真管理軟件既要有強大的功能，也需具有友好的人機界面，特別是具有可視化效果和結果反饋功能。如圖1(b)所示，工程仿真管理系統負責工程飛行仿真設計，同時將設計結果（工程飛行仿真數據）分發給飛行實時解算計算機。飛行實時解算系統在教員管理系統指揮下進行實時仿真計算，并將仿真結果發送給數據記錄計算機，數據記錄計算機可根據教員管理系統的指令將記錄參數發送回實時解算計算機和工程仿真管理計算機進行仿真結果回放，飛機各個模型數據存儲、調用及編輯仿真數據庫處理過程如圖2所示。
圖2 數據庫建模原理
工程飛行仿真數據管理系統軟件包括工程仿真數據編輯管理模塊和飛行數據實時顯示模塊，如圖3所示。工程仿真編輯管理是指工程飛行仿真前對仿真的創建、分系統模塊的創建、數據的定義、編輯及加載；實時顯示指的是仿真過程中對飛行數據的二維實時顯示、飛機空中姿態及位置的三維顯示，工程師可以實時觀察想要監視的仿真結果。
圖3 飛行仿真數據管理及顯示界面
采用易于用戶操作的人機界面(見圖3(a))對底層數據進行編輯修改，然后通過數據格式轉換，最終形成一套提供給飛行解算計算機進行實時解算的數據。該軟件界面特點是能以曲線或三維曲面的形式顯示飛機數據(見圖3(b))，給用戶最直觀的感受。
3 仿真測試結果與討論
本測試是在所開發的某型工程飛行模擬器上進行的，對飛機的幾種典型飛行狀態（起飛、著陸及轉彎）進行仿真結果數據分析。下面列出飛機滾轉過程的幾組典型仿真數據，所記錄的典型數據包括滾轉角速率、滾轉角、偏航角速度和俯仰角隨時間變化曲線，如圖4所示，通過數據分析可研究飛機的飛行性能，與真實飛行數據進行對比，校驗模型的準確性，并依此來改進仿真模型數據。
圖4 仿真結果隨時間變化曲線
設置仿真與試飛相同的初始狀態條件為飛機在4000m高度以400km/h速度平飛，圖4中的虛線為飛機真實試飛數據曲線，實線為采用本模型的仿真數據曲線，從對比圖可以看出，在15s到約23s時為飛機平飛狀態，在23s時飛機的副翼偏轉后出現了滾轉力矩，飛機左傾，向左轉彎，滾轉角速度增加產生滾轉角，側向力和偏航力矩使飛機向左偏航，由于側向力的出現，飛機轉向時垂直方向上的升力變小，飛機會產生低頭俯仰角減小，當穩定到接近40°滾轉角度時，飛機不繼續滾轉，以基本穩定的偏航角速率向左轉彎飛行。由圖4可以看出，仿真數據和真實飛行數據在整個試驗過程中匹配度比較理想，從而證明整個飛行數據及模型比較準確，接近真實飛機性能，試驗表明，本飛機模型的建立是有效的，模型可以近似模擬該型號飛機飛行。
4 結語
飛行仿真模型是飛行模擬器的核心部分。本文介紹了基于面向對象技術的工程飛行仿真模型建立的方法、模型的組織和數據交換，此工程飛行仿真模型具有較大的通用性，通過改變數據庫中的飛機參數和氣動數據可模擬不同構型的飛機。
本文工程飛行模擬器的飛行仿真管理系統為研究設計人員完善飛機設計提供了試驗平臺，同時也能夠在地面上對飛行員進行仿真訓練。本仿真軟件已作為產品交付用戶使用，獲得用戶的好評。
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本文標題：某型飛機工程飛行仿真數據管理系統
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