直升机机动飞行科目仿真
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摘要
目前，研制高性能的直升机已成为我国国防建设的迫切需要。而高性能的直升机的研制涉及直升机的非线性动力学特性、非线性控制系统设计等复杂的关键技术。从计算机技术的发展情况来看，利用计算机模拟一架直升机、飞行环境以及控制系统设计是完全可能的。因此，直升机机动飞行仿真将是高性能直升机研制成功的一种十分有效的研究手段。
本论文对直升机增稳控制系统进行研究、利用现有的直升机动力学模型以及针对该直升机模型建立的增稳控制系统建立一套直升机机动飞行控制仿真软件。利用SGI工作站的多CPU并行处理和强大的图形功能对直升机数学模型研究成果进行控制、仿真验证。
论文对某小型直升机建立的动力学模型进行了简要的阐述，并且针对该直升机设计了控制增稳系统，最后，在Visual C++平台下，利用OpenGL，对直升机三维动画仿真平台进行设计与制作。从工程应用的角度出发，对样例直升机进行全机耦合仿真验证，以及直升机在不同的初始条件及干扰作用下对控制增稳系统的增稳效果进行的仿真验证等。
The thesis describes the design process of 3D visualization of helicopter flight simulation. We develop the software foundation to simulate and validate the dynamics model of helicopter, in advantage of the multiple CPU and strong ability of processing graphics of SGI workstation.
Now it is urgent to develop high-powered helicopter for national defence. And the development includes many complex and pivotal technology, such as non-linearity characteristic of dynamics and designing of non-linearity control system. In view of the development of computer technology, it is feasible to simulate a helicopter, flight environment and control system designing by computer. After establishing dynamics model of helicopter, we can design the control system for the helicopter, using the most advanced method. We can make our system gain the most excellent performance by repeating trial. So it is a efficient research measure to simulate helicopter mobile flight, which is used to design high-powered helicopter.
The thesis expound dynamics model of a certain minitype helicopter and design control augmentation system (CAS) for the helicopter. At last, the author design and develop the 3D visualization simulation platform for helicopter, using Visual C++ and OpenGL.
本论文对直升机增稳控制系统进行研究、利用现有的直升机动力学模型以及针对该直升机模型建立的增稳控制系统建立一套直升机机动飞行控制仿真软件。利用SGI工作站的多CPU并行处理和强大的图形功能对直升机数学模型研究成果进行控制、仿真验证。
论文对某小型直升机建立的动力学模型进行了简要的阐述，并且针对该直升机设计了控制增稳系统，最后，在Visual C++平台下，利用OpenGL，对直升机三维动画仿真平台进行设计与制作。从工程应用的角度出发，对样例直升机进行全机耦合仿真验证，以及直升机在不同的初始条件及干扰作用下对控制增稳系统的增稳效果进行的仿真验证等。
The thesis describes the design process of 3D visualization of helicopter flight simulation. We develop the software foundation to simulate and validate the dynamics model of helicopter, in advantage of the multiple CPU and strong ability of processing graphics of SGI workstation.
Now it is urgent to develop high-powered helicopter for national defence. And the development includes many complex and pivotal technology, such as non-linearity characteristic of dynamics and designing of non-linearity control system. In view of the development of computer technology, it is feasible to simulate a helicopter, flight environment and control system designing by computer. After establishing dynamics model of helicopter, we can design the control system for the helicopter, using the most advanced method. We can make our system gain the most excellent performance by repeating trial. So it is a efficient research measure to simulate helicopter mobile flight, which is used to design high-powered helicopter.
The thesis expound dynamics model of a certain minitype helicopter and design control augmentation system (CAS) for the helicopter. At last, the author design and develop the 3D visualization simulation platform for helicopter, using Visual C++ and OpenGL.
引文
1．费广正 乔林 Visual C++6.0高级编程技术 OpenGL篇 北京 中国铁道出版社 2000．9
2．唐永哲 直升机控制系统设计 北京 国防工业出版社 2000．8
3．白建军 朱亚平 梁辉 姚东 OpenGL三维图形设计与制作 北京 人民邮电出版社 1999．8
4．王适存 直升机空气动力学 南京 航空专业教材编审组出版 1985．1
5．黄一敏 博士学位论文 直升机飞行控制技术研究 南京航空航天大学 1995．5
6．刘藻珍，魏华梁 系统仿真 北京 北京理工大学出版社 1998．8
7．黄文梅，杨勇，熊桂林 系统分析与仿真 长沙 国防科技大学出版社 1999．8
8．陈宗海 过程系统建模与仿真 合肥 中国科技大学出版社 1997．10
9．黄子安 韩智修 朱家祯 直升机三维增稳改善风切变作用下的飞行品质 南京 航空航天大学学报 1996．6第28卷第3期
10．胡寿松 自动控制原理 北京 国防工业出版社 1997．5
11．唐永哲 武装直升机控制增稳系统的设计 航空学报 1998．3第19卷第2期
12．张明廉 飞行控制系统 北京 航空工业出版社 1994．7
13．姜长生 孙隆和 吴庆宪 陈文华 系统理论与鲁棒控制 北京 航空工业出版社 1998．8
14．[美]David J.Kruglinski,Scot Wigo,George Shepherd Programming Visual C++6.0技术内幕 北京 北京希望电脑公司 北京希望电子出版社 1999．5
15. Sanjay Crag, Robust eigenspace assignment using singular value sensitivities J Guidance, Control & Dynamics 1991.14(2);416～424
16. KazarooniH, Houpt P K On the loop transe recovery Int Journal Of Control 1986 43;981～996
17．唐永哲 武装直升机横航向增控增稳系统鲁棒性研究 飞行力学 1999．3第17卷第1期
18. Rudolph A L Design of a helicopter stabitity & control augmentation system using optimal control theory AD 732-911,1971
19．谭浩强 C语言程序设计 北京 清华大学出版社 2000．10
20．姜广伦 安锦文 戴宁 直升机控制增稳系统的一种综合设计方法 航空学报 1997．9第18卷第5期
21. Ekblad M. Teduced order modeling and controller design for a high-performance helicopter, Journal of Guidance, Control and Dynamics, 1990, 13(3)
22. Garrard W L E , Proudy S, Design of attitude and rate command systems for helicopters using eigenstructure assignment, Journal of Guidance, Control and Dynamics, 1989,12(6)
23. Andry A N ,Shapiro E Y, Chung J C , On eigenstructure assignment for linear systems.IEEE Transactions on Aerospace Systems, AES-19,Step, 1983, 711-729
24．朱亚平 白建军 边晓东 王爱民 OpenGL编程实例 北京 人民邮电出版社 1999．10
2．唐永哲 直升机控制系统设计 北京 国防工业出版社 2000．8
3．白建军 朱亚平 梁辉 姚东 OpenGL三维图形设计与制作 北京 人民邮电出版社 1999．8
4．王适存 直升机空气动力学 南京 航空专业教材编审组出版 1985．1
5．黄一敏 博士学位论文 直升机飞行控制技术研究 南京航空航天大学 1995．5
6．刘藻珍，魏华梁 系统仿真 北京 北京理工大学出版社 1998．8
7．黄文梅，杨勇，熊桂林 系统分析与仿真 长沙 国防科技大学出版社 1999．8
8．陈宗海 过程系统建模与仿真 合肥 中国科技大学出版社 1997．10
9．黄子安 韩智修 朱家祯 直升机三维增稳改善风切变作用下的飞行品质 南京 航空航天大学学报 1996．6第28卷第3期
10．胡寿松 自动控制原理 北京 国防工业出版社 1997．5
11．唐永哲 武装直升机控制增稳系统的设计 航空学报 1998．3第19卷第2期
12．张明廉 飞行控制系统 北京 航空工业出版社 1994．7
13．姜长生 孙隆和 吴庆宪 陈文华 系统理论与鲁棒控制 北京 航空工业出版社 1998．8
14．[美]David J.Kruglinski,Scot Wigo,George Shepherd Programming Visual C++6.0技术内幕 北京 北京希望电脑公司 北京希望电子出版社 1999．5
15. Sanjay Crag, Robust eigenspace assignment using singular value sensitivities J Guidance, Control & Dynamics 1991.14(2);416～424
16. KazarooniH, Houpt P K On the loop transe recovery Int Journal Of Control 1986 43;981～996
17．唐永哲 武装直升机横航向增控增稳系统鲁棒性研究 飞行力学 1999．3第17卷第1期
18. Rudolph A L Design of a helicopter stabitity & control augmentation system using optimal control theory AD 732-911,1971
19．谭浩强 C语言程序设计 北京 清华大学出版社 2000．10
20．姜广伦 安锦文 戴宁 直升机控制增稳系统的一种综合设计方法 航空学报 1997．9第18卷第5期
21. Ekblad M. Teduced order modeling and controller design for a high-performance helicopter, Journal of Guidance, Control and Dynamics, 1990, 13(3)
22. Garrard W L E , Proudy S, Design of attitude and rate command systems for helicopters using eigenstructure assignment, Journal of Guidance, Control and Dynamics, 1989,12(6)
23. Andry A N ,Shapiro E Y, Chung J C , On eigenstructure assignment for linear systems.IEEE Transactions on Aerospace Systems, AES-19,Step, 1983, 711-729
24．朱亚平 白建军 边晓东 王爱民 OpenGL编程实例 北京 人民邮电出版社 1999．10