1、iAircraft飛機(jī)仿真模型iAircraft是一個飛機(jī)仿真模型包，該模型被設(shè)計(jì)針對用于飛機(jī)測試實(shí)驗(yàn)室的如“鐵鳥”仿真機(jī)以及基于仿真的飛控、航電集成測試實(shí)驗(yàn)室。 iAircraft可以通過調(diào)整參數(shù)來代表一大 類的固定翼飛機(jī)，如直升機(jī)、無人機(jī)。iAircraft由一系列Simulink模型組成，可以在Simulink 仿真軟件中運(yùn)行，也可以在 ADI的實(shí)時(shí)仿真計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(rtX, rtX-V, RTS)中運(yùn)行。iAircraft 是按照這樣的架構(gòu)開發(fā)的，即允許在純仿真模式下進(jìn)行飛機(jī)仿真，同時(shí)可以容易的連接真實(shí)的飛機(jī)LRU來進(jìn)行飛機(jī)硬件在回路測試，集成以及飛控驗(yàn)證活動。下圖展示了iAircraf

2、tSimulink模型的頂層仿真框圖。1. iAircraft 6自由度運(yùn)動方程模型飛機(jī)6自由度運(yùn)動方程模型參考旋轉(zhuǎn)的球形大地，是基于 Robert M. Howe在其名為“Airframe Equations of Motion and Transfer Operators ”的論文中所作的工作。飛機(jī) 6 自 由度運(yùn)動方程模型具有以下特點(diǎn)：飛機(jī)被當(dāng)作一個剛體進(jìn)行建模；采用運(yùn)動與動力學(xué)方程表示飛機(jī)運(yùn)動；包含飛機(jī)質(zhì)量特性，具備飛機(jī)的質(zhì)量、慣性力矩等參數(shù)。euler_321_anglesinitFlagaosn hetaaoa dot beta(JotVW_NED際longheiyhrt_mslF

3、_aero_bodyVel_aero_b V totalVel aero NEDVel_NEDmoment J)r(rtatio n_r ates_tj larf_ratelongjateAccel_hThrustEnglAccel _NEDFtotal.NEDFtotal_bThrustEng2Fgravity.NEDFgraviiy_t>JSixdof飛機(jī)6自由度運(yùn)動方程模型2. iAircraft氣動力學(xué)模型iAircraft氣動力學(xué)模型包含風(fēng)速、動力裝置的力和力矩、氣動力和力矩、地球軸向力、 平移方程、旋轉(zhuǎn)方程和四元數(shù)方程。這個氣動力學(xué)模型的逼真度及細(xì)節(jié)的豐富程度足夠支持 進(jìn)行飛

4、機(jī)飛控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及需要高逼真度的工程飛行仿真機(jī)，例如鐵鳥仿真機(jī)和基于仿真的集成測試實(shí)驗(yàn)室。飛機(jī)氣動力學(xué)具有以下特點(diǎn)：根據(jù)飛行條件以及控制面的偏轉(zhuǎn)，空氣動力學(xué)模型計(jì)算氣動力和力矩；模型采用查找表方式獲取飛機(jī)的氣動系數(shù)。.air_density t(*tal_velocity:rotatioh_rates' angle of 3tt3ck)iTkach number' sideslip> elevator deflectiort> rudder deflection aileron radians)flapsFaerflJjMoment b)aoa rateI IEl

5、Aerodynamic Forces Small JetiAircraft氣動力學(xué)模型3. iAircraft作動器模型iAircraft作動器模型包含以下兩種模型:二階伺服作動器模型，用于驅(qū)動升降舵、方位舵以及副翼。這是一個比例微分反饋 二階系統(tǒng)，代表了液壓型作動器的特性，因此也屬于液壓系統(tǒng)模型。高升力后沿槽與前緣縫翼襟翼系統(tǒng)驅(qū)動器。)actu3tor_cmdrate_holdratejc actuator pos >? posjiold? pos_icActuator> actuator cmd actuator _pos >Flap AduatoriAircraft作動

6、器模型4. iAircraft起落架模型iAircraft起落架模型是基于對波音公司和NASA Ames研究中心工作的結(jié)合。起落架模型包括前起落架和左、右主起落架。左右主起落架通過采用一個等價(jià)起落架”方式進(jìn)行計(jì)算,能夠代表大多數(shù)的主起落架配置。 GBatDejichOj GearC*jTChrT-I .-i kb：iAircraft起落架配置器0.25眈*網(wǎng)10937654321012110.0,0.D.O.0.0.O.D.O.口O.269270271272273274 275276277 278279280281282 283284385iAircraft起落架模型降落行為曲線iAircra

7、ft起落架模型具有以下功能：起落架模型接收來自飛行動力學(xué)模型提供的位置和方向，并由此決定起落架的力和 力矩；起落架模型也提供轉(zhuǎn)向和剎車控制輸入。：,aliitudeFRk、)theta b>)phi bFRz >MRX >> nririRrIW >> sideslipWz .:u_arfiunrlFN_1 >、left_brakRFM_2 >FN 3 >，right_birakeFS_1aircr afi_wpiohtFS_2 *、altitiHdQ>HdotFS_3、% th0ta_dotFrnu_1Fniu_2 >>

8、pHi HolFmu_3 >) VQdeltas 11 >> vnderta_Sf2 ，> rw_hdgdelta ST3 >Landing GeariAircraft起落架模型5. iAircraft大氣模型根據(jù)1976年美國標(biāo)準(zhǔn)大氣，設(shè)計(jì)了大氣模型。根據(jù)設(shè)定的海拔高度，模型可以計(jì)算出預(yù)期的環(huán)境壓力、溫度、空氣密度以及聲速。h_geopoteritialatrnempaltitudeatm_pressureatm.densityspeed_soun(lStandard AtmosphereiAircraft大氣模型6. iAircraft自動駕駛模型iAircr

9、aft自動駕駛模型包括了一系列的強(qiáng)大功能。iAircraft包括了一個全功能的自動駕駛組件，為自動起飛和降落提供全套支持。仰角保持航線角度保持速度保持 阻尼控制 傾斜角保持 指向保持 截獲&跟蹤r>rudder.cmd actuator.cmd3>resete«ler_cmd rnt_ralR ctuatrw_rmd %Qul&r_angloDnper Controlh(ig_refphi_chdqVnhiig_errorHeading Hold ControlAntle Hold ControliAircraft自動駕駛模型7. iAircraft渦扇發(fā)

10、動機(jī)模型iAircraft渦扇發(fā)動機(jī)模型提供一個合理精度的模型可用于許多飛行仿真任務(wù)，并可以讓 iAircraft模型在沒有獲得詳細(xì)的發(fā)動機(jī)階段數(shù)據(jù)情況下運(yùn)行。throttleThrustT AMP AMEPR_GaugeEGT_Ga«geengine_onNl_GaugeTiirhnfanEPRiAircraft渦扇發(fā)動機(jī)模型給模型根據(jù)飛行員駕駛桿油門輸入、飛機(jī)馬赫數(shù)、飛機(jī)高度和周圍氣壓來計(jì)算發(fā)動機(jī)壓 力比和推力。反推力也被包含進(jìn)了模型中。模型提供有限的瞬態(tài)細(xì)節(jié)和逼真度。這個逼真度模型的開發(fā)是基于波音和NASA之前的飛行仿真工作。渦扇發(fā)動機(jī)模型具有以下功能：該模型根據(jù)油門桿輸入以及

11、飛行條件，決定發(fā)動機(jī)壓力比以及凈推力； 渦扇發(fā)動機(jī)模型采用查找表方式，決定發(fā)動機(jī)提供的凈推力；該模型可以支持反向推力命令（負(fù)油門桿角度輸入），并提供在發(fā)動機(jī)關(guān)閉時(shí)風(fēng)車阻力的估計(jì)值；推力控制是通過油門桿角度輸入進(jìn)行控制的；油門桿角度輸入范圍為 -11040 度；發(fā)動機(jī)的推力能力是可以通過修改 “推力等級 ”參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。8. iAircraft 環(huán)控系統(tǒng)模型iAircraft 環(huán)控系統(tǒng)模型是是固定翼飛機(jī)的關(guān)鍵子系統(tǒng)。環(huán)控系統(tǒng)模型通過控制空氣壓力和溫度實(shí)現(xiàn)飛機(jī)在飛行或地面過程的溫控、 通風(fēng)、 除濕等功能。 環(huán)控系統(tǒng)模型還為機(jī)務(wù)人員和乘客提供了可呼吸的空氣。iAircraft 環(huán)控系統(tǒng)模型有以下部分

12、組成：歧管模型客艙區(qū)域模型防冰模型航電設(shè)備臺架模型閥流量模型節(jié)流孔模型熱交換器模型空氣循環(huán)機(jī)渦扇模型空氣循環(huán)機(jī)壓縮機(jī)模型空氣循環(huán)機(jī)轉(zhuǎn)軸動態(tài)模型空氣循環(huán)機(jī)單獨(dú)的熱交換器模型空氣循環(huán)機(jī)風(fēng)扇模型8.1 歧管模型歧管模型具有3 個質(zhì)量流量入口與 3 個質(zhì)量流量出口， 因此可以連接到 3 個獨(dú)立的流量輸入與 3 個獨(dú)立的流量輸出上。歧管內(nèi)的溫度被假設(shè)是均勻的混合物。進(jìn)出歧管的流速由外部控制。歧管的溫度微分方程是基于能量守恒定律，是輸入與輸出流動焓率的函數(shù)。比熱是溫度的函數(shù)，通過查找表方式進(jìn)行計(jì)算。歧管壓力是根據(jù)歧管內(nèi)的質(zhì)量，采用理想氣體定律進(jìn)行計(jì)算。而歧管內(nèi)的質(zhì)量是基于質(zhì)量守恒定律進(jìn)行計(jì)算的。Plnit

13、UnitPOlltkTH«kiWlnletlTltiletlWliiletZTklM2TOuUefWlnlet3Tin let?woinienWOiitlet?WOiJllet3inValilineOdOtWHMVolume歧管模型8.2 客艙區(qū)域模型客艙區(qū)域模型代表了一段飛機(jī)客艙的壓力和溫度條件。客艙區(qū)域溫度是根據(jù)乘客產(chǎn)生的熱量、溫度與調(diào)節(jié)空氣的流速以及通過機(jī)身傳遞到外部空氣的熱量，進(jìn)行計(jì)算的。此外還有一個熱速率輸入端口，用于接收來自其它地方的熱，例如航電設(shè)備艙。PlnhzoiiePiessuieTlnivHoldzoiieTemperatureWCciiditioiiedliil

14、«tTlnletWOirtletTexternalQdotPaxOilot客艙區(qū)域模型8.3 防冰模型根據(jù)從短笛管流向機(jī)翼防冰外殼的引氣速率以及來自機(jī)翼周圍的熱傳遞，防冰模型計(jì)算機(jī)翼外殼的溫度。Plllll>TH litHoklTeaiiperdttu« >WBIeedlnTIM眄 1II儂B >>T«xierihilOilftT 5Aini-ke防冰模型8.4 航電設(shè)備臺架模型航電設(shè)備臺架模型用于計(jì)算在航電設(shè)備臺架里的空氣溫度。這個計(jì)算是根據(jù)有航電設(shè)備產(chǎn)生的熱量、進(jìn)入臺架的空氣流速以及臺架與外部環(huán)境的熱交換來實(shí)施的。Plnit3TM&qu

15、ot;lioyPi assure >> Hold) WCoiiditioii«dln bayTempeaa<ute >) Til detWex1tkiyMdss>W«x2> Te xt«iruil Q<l6tBy >)Qdot Avionics息vioiiicsB 儂航電設(shè)備臺架8.5 閥流量模型閥流量模型用于計(jì)算流過打開的蝶形閥的質(zhì)量流速。有效面積是通過一個閥直徑與閥位置的函數(shù)進(jìn)行計(jì)算的。排放系數(shù)代表了流量損失補(bǔ)償（流量不是嫡流）。閥流量方程式取決于上游與下游壓力比。 如果壓力比小于臨界壓力比， 那么通過閥門開度的

16、質(zhì)量流量阻塞，并且不依賴于下游的壓力。Pi essurDowrisl i e(iinPres sure Ufisti eiin k m ns sFlo wRateTtiupei iirur eU|)9treniOr(fice Flow閥流量模型8.6 節(jié)流孔模型節(jié)流孔模型用于計(jì)算通過一個節(jié)流孔的質(zhì)量流速。> Pi essiireUownstieain)Pi ess nr eU|)si i e ai n 11 ia«&Flo wRAt« >> Temper iitmeUp str eoniOrifice Flow節(jié)流孔模型8.7 熱交換器模型熱傳遞效

17、率是以主要流體流速與冷卻劑流速為熱交換器模型代表了一個具有混合流的橫向流配置。該模型采用查找表方式，確定以主 要流體及冷卻劑的流速為函數(shù)的熱傳遞效率。函數(shù)，進(jìn)行計(jì)算。WHotlnlelPHotOlrtle( >THol InletTHotOirtle(、>PHotlrMtPColdOirtlH >WC4klntetT ColdOi rrlet sTColdlnletnull 二PColdlnitepsilon ?>Wcondltiorte(IOi*letOdol >wcoidomietCcMlanl、initCpf iinaryFkiid >Hem ExcI

18、hiiMjer TobleLnokup熱交換器模型8.8 空氣循環(huán)機(jī)一一渦扇模型該模型計(jì)算渦扇出口溫度、流速、效率以及功率。渦扇的特性參數(shù)，例如流量矯正與效率，是由用戶提供的查找表函數(shù)。渦扇模型根據(jù)入口與出口流量，計(jì)算在渦扇入口出的壓力與溫度。>POmleTPRdtio、Nrpmlihilet:.TExif;)PliilerlCIIEXITTlnlMCEffie iai)cyiuitFlagWkgpsWkjpslJpGTieaihPa wet二TUpstre-mPlnlei:;Wk。網(wǎng) mTkilotTivtine渦扇模型8.9 空氣循環(huán)機(jī)一一壓縮機(jī)模型該模型計(jì)算壓縮機(jī)的出口溫度、流速、

19、效率以及功率。壓縮機(jī)的特性參數(shù)，例如流量矯 正與效率，是由用戶提供的查找表函數(shù)。J PQlltlQt> Nr pm)PlnlllC> TlnleTlChlnlet hExN CoiiipressorPrattoCompr es soi EfficiencyWkyps)|WRijl>sUl>$uinPhilct)TUp&treamTlhkt)Compr es soiTExit> Wkgpsliiff Corn|>iessoi PowerCompiessor壓縮機(jī)模型8.10 空氣循環(huán)機(jī)一一轉(zhuǎn)軸動態(tài)模型轉(zhuǎn)軸被視為慣量，進(jìn)行建模。在渦扇與任何負(fù)載之間的功率

20、差，被用于計(jì)算角加速度。角加速度被集成，用于獲取轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速。Power InputPower LoadangRot« >anyR<iteHohl> aiijRaielnitShaft轉(zhuǎn)軸動態(tài)模型8.11 空氣循環(huán)機(jī)一一單獨(dú)的熱交換器模型空氣循環(huán)機(jī)一一單獨(dú)的熱交換模型包含熱交換器、壓縮機(jī)、風(fēng)扇、轉(zhuǎn)軸以及渦扇模型。jC* rpr *55 sr Pressure IN st InitCapriisarPrsti aE-?C* mprigurTw中 p0rstLirg Ini 窗 1島itC？mprgfr Effici eric=y=CoimpresscirWkg ps；sh

21、aftinitRadpsCc nprassor Pr4f£Lirfiirilet：Co nnpressorTmperstijrelnl sta:Turbine Pressure ini et InitCompreiscr Temp Exit(Co mpr e £ x r Power：'3TurbineTeni p e rature InletlnitTurku nePraftii o:Secondary l-tx Hot Fr assure InitTurbineEffioi enoyF”Turbine Wkgps:SecondaryRxCcI d Pressure I