飞行事故模拟仿真系统设计与实现
摘要
随着国民经济的发展,国内民航也进入了高速发展的黄金时期。保证民航的安全运行,国内民航管理当局针对民航运行的各环节通过组织机构调整和制定法律法规进行了一系列的改革和提出了明确的要求。在这系列环节中,通过科学有效的方法进行事故调查和研究,找出飞行事故的可能原因,并以此为依据提高飞行器技术保障和飞行人员训练水平,最大限度的保证飞行安全是民航长期、安全、高效发展的重要手段。但是在各起特别重大飞行事故中,飞机往往支离破碎,没有完整的外形和部件用于事故调查,往往只有依靠飞行数据记录器和快速存取记录器(QAR)、雷达数据、目击数据以及现场残骸分布等信息。这些信息的不完整性为事故调查带来了很大的难度。
以美国为代表的航空大国,在上世纪七十年代开始就利用仿真系统对飞行事故进行模拟和分析,随着计算机技术的发展,并在飞机制造商提供原始性能数据支持下,已经建立了一整套对飞行事故模拟研究的系统。但由于国外技术封锁和国内实际条件,尤其是我们根本就没有原始的飞机性能数据包和相应的数据模型,建立自己的基于仿真技术的飞行事故研究系统一直处于业内的下游水平,这直接影响了我们的事故分析水平。
从上世纪八十年代末,国内陆续引进了大量的高端飞行仿真系统。这些系统在飞行员培训、训练、保障民航安全领域发挥了巨大的作用。这些先进的飞行仿真技术以计算机技术为基础,通过对飞机系统建模,模拟对应不同条件,模拟飞机不同状态,结合先进的机电技术,提供与实际飞行完全类似的视觉、听觉和感觉,达到实际飞行的效果。同时,由于模拟仿真系统具有可重复性,是在相同条件驱动情况下可以得到相似结果的特点,这使我们可以利用这些仿真系统,结合飞行数据记录器或快速存取记录器记录的飞行数据和辅助的外部信息,对所有的飞行过程进行复现和模拟研究,这为我们进行飞行事故的研究、分析事故原因,提出改进方案提供了技术支持和条件。本文主要研究基于现有的飞行仿真系统,通过有选择的使用其空气动力学模型,选择和定义数据驱动变量,编译生成自己的QAR数据读取模块,飞行仿真系统的驱动模块,飞行仿真系统条件和结果变量的提取模块和结果分析与图形生成模块,建立自己的基于飞行仿真系统进行事故研究摘要系统的构建和实现方法：
1.阐述了飞行仿真系统的动力学模型、动力系统模型等模型的建模的基本原理和方法；
2.阐述了对实际飞行数据的提取,分析整理并形成飞行数据包的过程和实现方法；
3.详细分析了以现有的仿真系统内含的飞行性能数据和模型为基础,构建飞行事故模拟研究软件系统的原理,思路,和实现方法。
4.结合实例分析,阐述了事故模拟分析系统在实际事故中通过事故复现有效的定位导致事故的主要原因,提出事故分析报告。
通过此方法,我们能够建立自己的事故分析系统,有效地提高事故调查的能力,找出事故原因,提出相应的改进措施,提高训练水平,保证民航安全。同时,还可以利用现有的性能数据和模型,尝试对飞行数据包性能包线以外的数据和模型进行探索和尝试,提高国内的民航和国防航空研究水平,为建设民航强国的伟大设想作出贡献。
The simulation technique on civil aviation area makes use of flight data recorder and quick access recorder to obtain fight data and auxiliary external information, it simulates the whole fight course, fight entertainment or landform condition by real-time computer figure, then builds a lot of fight accident models to satisfy actual needs of fight accident investigation,
The paper mainly discusses basic parts and application of simulation technique on civil aviation accident investigation, and something related to accident recurrence.
1.Discuss the methods of dynamics model and motor model in fight simulation system.
2.Introduce about the basic part and methods of fight data collecting and dealing.
3.Discuss the application sample in simulation technique on accident recurrence.
Simulation technique has a great value in accident recurrence, it can fully show fight condition and diversified compositive information, offer a scientific, effective, intuitionistic simulation system or correlative mathematics models for technician and fight accident investigator, effectively advancing the fight accident investigation level.
以美国为代表的航空大国,在上世纪七十年代开始就利用仿真系统对飞行事故进行模拟和分析,随着计算机技术的发展,并在飞机制造商提供原始性能数据支持下,已经建立了一整套对飞行事故模拟研究的系统。但由于国外技术封锁和国内实际条件,尤其是我们根本就没有原始的飞机性能数据包和相应的数据模型,建立自己的基于仿真技术的飞行事故研究系统一直处于业内的下游水平,这直接影响了我们的事故分析水平。
从上世纪八十年代末,国内陆续引进了大量的高端飞行仿真系统。这些系统在飞行员培训、训练、保障民航安全领域发挥了巨大的作用。这些先进的飞行仿真技术以计算机技术为基础,通过对飞机系统建模,模拟对应不同条件,模拟飞机不同状态,结合先进的机电技术,提供与实际飞行完全类似的视觉、听觉和感觉,达到实际飞行的效果。同时,由于模拟仿真系统具有可重复性,是在相同条件驱动情况下可以得到相似结果的特点,这使我们可以利用这些仿真系统,结合飞行数据记录器或快速存取记录器记录的飞行数据和辅助的外部信息,对所有的飞行过程进行复现和模拟研究,这为我们进行飞行事故的研究、分析事故原因,提出改进方案提供了技术支持和条件。本文主要研究基于现有的飞行仿真系统,通过有选择的使用其空气动力学模型,选择和定义数据驱动变量,编译生成自己的QAR数据读取模块,飞行仿真系统的驱动模块,飞行仿真系统条件和结果变量的提取模块和结果分析与图形生成模块,建立自己的基于飞行仿真系统进行事故研究摘要系统的构建和实现方法：
1.阐述了飞行仿真系统的动力学模型、动力系统模型等模型的建模的基本原理和方法；
2.阐述了对实际飞行数据的提取,分析整理并形成飞行数据包的过程和实现方法；
3.详细分析了以现有的仿真系统内含的飞行性能数据和模型为基础,构建飞行事故模拟研究软件系统的原理,思路,和实现方法。
4.结合实例分析,阐述了事故模拟分析系统在实际事故中通过事故复现有效的定位导致事故的主要原因,提出事故分析报告。
通过此方法,我们能够建立自己的事故分析系统,有效地提高事故调查的能力,找出事故原因,提出相应的改进措施,提高训练水平,保证民航安全。同时,还可以利用现有的性能数据和模型,尝试对飞行数据包性能包线以外的数据和模型进行探索和尝试,提高国内的民航和国防航空研究水平,为建设民航强国的伟大设想作出贡献。
The simulation technique on civil aviation area makes use of flight data recorder and quick access recorder to obtain fight data and auxiliary external information, it simulates the whole fight course, fight entertainment or landform condition by real-time computer figure, then builds a lot of fight accident models to satisfy actual needs of fight accident investigation,
The paper mainly discusses basic parts and application of simulation technique on civil aviation accident investigation, and something related to accident recurrence.
1.Discuss the methods of dynamics model and motor model in fight simulation system.
2.Introduce about the basic part and methods of fight data collecting and dealing.
3.Discuss the application sample in simulation technique on accident recurrence.
Simulation technique has a great value in accident recurrence, it can fully show fight condition and diversified compositive information, offer a scientific, effective, intuitionistic simulation system or correlative mathematics models for technician and fight accident investigator, effectively advancing the fight accident investigation level.
引文
[1]赵志昌,李春香,赵建伟.航空安全[M].北京：民航出版社,2006.
[2]李春香,赵志昌,赵建伟.飞行事故调查辅助分析系统的开发及应用[J].计算机辅助设计与图形学学报,2007,19(1)：130-134.
[3]杨涤,耿云海,杨旭.飞行器系统仿真与CAD[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,2006.
[4]王冠宇.面向对象的飞行仿真动力学建模技术研究[D].南京：南京航天航空大学民航学院,2007.
[5]Michelle Doherty. The air accident investigation process[J]. International Society of Air Safety Investigators Forum,2003,36(2):10-12.
[6]Maurice Nevile Michael B Walker Analysis of crew conversations provides insights for accident investigation[J]. Flight Safety Digest 2005,24(10):1-17.
[7]A. G. Barnes, Modeling requirements in flight simulation[S]. Aeronational journal, 1994.
[8]Max Baarspual, A review of flight simulation techniques,1990.
[9]Anon, New Integrated Modeling and simulation techniques for Research and Training Application[R].AIAA 2005-6294.
[10]任昊利,李新明,杨凡德.飞参数据地面处理仿真系统研究[J].系统仿真学报,2007,19(11)：2452-2454.
[11]张镭,姜洪洲,齐潘国.基于MATLAB的飞行仿真[J].计算机仿真,2006,06(23)：57-61.
[12]唐剑,汪红兵,张利强.飞行仿真系统的软件架构研究[J].计算机应用,2006,06(26)：1482-1489.
[13]卢惠民.飞行仿真数学建模与实践[M].北京：航空工业出版社,2007.
[14]张建华,侯日立.飞机结构战伤仿真[M].北京：国防工业出版社,2006.
[15]张德发,叶胜利.飞行控制系统的地面与飞行试验[M].北京：国防工业出版社,2003.
[16]唐剑,佘春东,张利强.飞行仿真系统的软件架构研究[J].计算机应用,2006,26(6)：1482-1485.
[17]吴建刚,陈志伟,王智.飞参记录数据计算机处理的有关问题研究[J].计算机仿真,2007,24(02)：18-21.
[18]吴重光.仿真技术[M].北京：化学工业出版社,2000.
[19]秦啸,陈红林,曲艺海.基于SIMULINK的飞行控制系统设计与仿真[J].系统仿真学报,2007,19(21)：5030-5037.
[20]马锐,马存宝,宋东.民航飞机电子仪表仿真系统的设计与研究[J].计算机仿真,2006,23(12)：62-65.
[21]王海涛,高金源,夏洁.综合容错飞行控制系统的设计与仿真[J].飞行力学,2007,25(3)：17-20.
[22]李同方.高原疾病防治[M].北京：人民军医出版社,1991,125-182
[23]黄庆愿等.急性高原反应相关因素的多元线性回归分析[J].第三军医大学报,2006.12
[24]冯光卉.青藏高原自然环境与高原病[J].青海师范大学学报(自然科学版),2001.3
[25]朱旭丰.对高原地区大学生心肺功能的分析研究[J].青海师范大学学报(自然科学版),2006.03
[26]吴天一.高原低氧环境对人类的挑战[J].医疗研究杂志,2006.10
[27]国际民航组织.ICAO管理手册(第一版2005).中国民航总局航空安全办公室等译印,2005
[28]蒋军成.事故调查与分析技术[M].2003.10
[29]刘铁民.应急体系建设和应急预案编制[M].企业管理出版社出版
[30]罗帆,佘廉.民航交通灾害预警管理系统框架探讨[J].北京航空航天大学学报,2001.4
[31]王迎新.航空安全与航空事故防范实用手册[M].光明日报出版社,2004.3
[32]吴宗之,刘茂.《重大事故应急救援系统及预案导论》[M].冶金工业出版社
[33]李彪.民航灾害事故的特点及其医疗急救对策[J].中国急救医学,2008.08
[34]PanXuhai,Jiangjuncheng. Theory and Practice of Energetic Materials,2003.5
[35]Zhang Ming.Progress in Safety Science and Technology,2000.6
[36]W angXinsheng. Trans of Nonferrous Metal Society of China,1997
[37]Liuming. Accident of USA,2004
[38]Li ling. Progress in Safety Science and Technology,2002.2
[39]刘茂,吴宗之.应急救援概论-应急救援系统及计划[M].化学工业出版社,2004.10
[40]宋卫东等.新时期民航应急救援指挥体系研究[J].《民航管理》,2008.4
[2]李春香,赵志昌,赵建伟.飞行事故调查辅助分析系统的开发及应用[J].计算机辅助设计与图形学学报,2007,19(1)：130-134.
[3]杨涤,耿云海,杨旭.飞行器系统仿真与CAD[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,2006.
[4]王冠宇.面向对象的飞行仿真动力学建模技术研究[D].南京：南京航天航空大学民航学院,2007.
[5]Michelle Doherty. The air accident investigation process[J]. International Society of Air Safety Investigators Forum,2003,36(2):10-12.
[6]Maurice Nevile Michael B Walker Analysis of crew conversations provides insights for accident investigation[J]. Flight Safety Digest 2005,24(10):1-17.
[7]A. G. Barnes, Modeling requirements in flight simulation[S]. Aeronational journal, 1994.
[8]Max Baarspual, A review of flight simulation techniques,1990.
[9]Anon, New Integrated Modeling and simulation techniques for Research and Training Application[R].AIAA 2005-6294.
[10]任昊利,李新明,杨凡德.飞参数据地面处理仿真系统研究[J].系统仿真学报,2007,19(11)：2452-2454.
[11]张镭,姜洪洲,齐潘国.基于MATLAB的飞行仿真[J].计算机仿真,2006,06(23)：57-61.
[12]唐剑,汪红兵,张利强.飞行仿真系统的软件架构研究[J].计算机应用,2006,06(26)：1482-1489.
[13]卢惠民.飞行仿真数学建模与实践[M].北京：航空工业出版社,2007.
[14]张建华,侯日立.飞机结构战伤仿真[M].北京：国防工业出版社,2006.
[15]张德发,叶胜利.飞行控制系统的地面与飞行试验[M].北京：国防工业出版社,2003.
[16]唐剑,佘春东,张利强.飞行仿真系统的软件架构研究[J].计算机应用,2006,26(6)：1482-1485.
[17]吴建刚,陈志伟,王智.飞参记录数据计算机处理的有关问题研究[J].计算机仿真,2007,24(02)：18-21.
[18]吴重光.仿真技术[M].北京：化学工业出版社,2000.
[19]秦啸,陈红林,曲艺海.基于SIMULINK的飞行控制系统设计与仿真[J].系统仿真学报,2007,19(21)：5030-5037.
[20]马锐,马存宝,宋东.民航飞机电子仪表仿真系统的设计与研究[J].计算机仿真,2006,23(12)：62-65.
[21]王海涛,高金源,夏洁.综合容错飞行控制系统的设计与仿真[J].飞行力学,2007,25(3)：17-20.
[22]李同方.高原疾病防治[M].北京：人民军医出版社,1991,125-182
[23]黄庆愿等.急性高原反应相关因素的多元线性回归分析[J].第三军医大学报,2006.12
[24]冯光卉.青藏高原自然环境与高原病[J].青海师范大学学报(自然科学版),2001.3
[25]朱旭丰.对高原地区大学生心肺功能的分析研究[J].青海师范大学学报(自然科学版),2006.03
[26]吴天一.高原低氧环境对人类的挑战[J].医疗研究杂志,2006.10
[27]国际民航组织.ICAO管理手册(第一版2005).中国民航总局航空安全办公室等译印,2005
[28]蒋军成.事故调查与分析技术[M].2003.10
[29]刘铁民.应急体系建设和应急预案编制[M].企业管理出版社出版
[30]罗帆,佘廉.民航交通灾害预警管理系统框架探讨[J].北京航空航天大学学报,2001.4
[31]王迎新.航空安全与航空事故防范实用手册[M].光明日报出版社,2004.3
[32]吴宗之,刘茂.《重大事故应急救援系统及预案导论》[M].冶金工业出版社
[33]李彪.民航灾害事故的特点及其医疗急救对策[J].中国急救医学,2008.08
[34]PanXuhai,Jiangjuncheng. Theory and Practice of Energetic Materials,2003.5
[35]Zhang Ming.Progress in Safety Science and Technology,2000.6
[36]W angXinsheng. Trans of Nonferrous Metal Society of China,1997
[37]Liuming. Accident of USA,2004
[38]Li ling. Progress in Safety Science and Technology,2002.2
[39]刘茂,吴宗之.应急救援概论-应急救援系统及计划[M].化学工业出版社,2004.10
[40]宋卫东等.新时期民航应急救援指挥体系研究[J].《民航管理》,2008.4