[发明专利]直升机舰面效应影响的仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于飞行仿真领域。本发明公开一种直升机舰面效应影响的仿真方法，用于提高飞行模拟器的飞行性能和飞行品质的仿真精度，涉及飞行模拟器的飞行系统和运动系统。

背景技术

直升机的舰面效应问题与地面效应原理类似，但由于舰载飞行特殊的飞行环境，其作用机理及其对飞行的影响又表现出与地面效应不同之处。主要表现为以下两点：

1、部分地效

与陆地上降落起飞不同，由于非航空母舰型载舰上飞行甲板面积狭小，直升机在起降时，经常出现一部分旋翼位于甲板上，一部分旋翼飞出甲板的情形。由于载舰甲板距离海平面有很大的距离，飞出甲板的旋翼部分的地面效应就会消失，这样旋翼就会出现一部分存在地效，一部分不存在地效的情况，如图1所示。存在地效部分升力大，不存在地效部分升力小，这个升力差对飞机会构成力矩。而且根据直升机相对甲板边缘位置的不同，有时是滚转力矩，有时是俯仰力矩；有时是左滚力矩，有时是右滚力矩。这些力和力矩的变化对直升机的飞行性能产生很大的影响。

2、动态地效

与陆地上起降不同，由于载舰受到海浪的影响不停地运动。当直升机靠近甲板时，“地面”是运动的，而不同于在陆地上是静止的。当直升机悬停在甲板上时，旋翼各部分相对于甲板的高度是不一样的，是在不断变化的。而这个高度值对直升机旋翼的地面效应又非常关键，动态的地面会导致地面效应的变化，直接影响直升机的操纵性能。

直升机在近地面悬停时，由于地面的阻滞作用，使桨盘处向下的气流速度                                                减小，小于无地效时的桨盘诱导速度，使得旋翼剖面的下洗角减小，使旋翼桨叶微元段的气流迎角增大，从而增大了升力，如图2所示。因而，旋翼在同样的工作条件下，地面效应使旋翼的升力增大。 本发明主要根据这一原理建立舰面效应的数学模型。旋翼是直升机升力和主要操纵力的产生部件，本发明的计算中采用叶素法计算旋翼的气动力和气动力矩。

发明内容

本发明公开一种直升机舰面效应影响的仿真方法，能有效地模拟舰面效应对直升机着舰时飞行性能和飞行品质的影响，提高飞行模拟器的飞行性能和飞行品质的仿真精度。

   本发明涉及的飞行模拟器飞行系统（以下简称：飞行系统）是由主解算计算机实时进行解算的仿真设备。

本发明涉及的飞行模拟器六自由度运动系统(以下简称：运动系统)是由平台控制计算机实时控制的六自由度瞬时过载仿真设备。

本发明涉及的仪表系统是飞行模拟器座舱内的主要指示仪表，包括空速表、高度表，迎角指示器，过载指示器，航行驾驶仪，指令驾驶仪，升降速度表。

本发明的技术解决方案如下：

在主解算计算机上启动舰面效应计算程序，根据舰船与直升机间的相对位置，计算出直升机旋翼桨叶微元段在舰船坐标系中的位置，确定桨叶微元段距舰船甲板的高度，从而确定舰面效应的大小及引起的桨叶微元段下洗角和迎角的改变量，再代入到旋翼运动方程中计算出旋翼气动力和气动力矩的变化量，最后再将旋翼气动力和气动力矩带入到飞机运动方程中，得出相关的飞机飞行状态参数。

将输送到运动系统的飞行状态参数输出到网卡，再输送到HUB，再到网卡，通过网卡输出到平台控制计算机，去控制平台六个缸的长度；平台控制计算机根据这些飞行状态参数，经过一系列变换与滤波得到能反映飞机由于线运动和角运动而在运动平台上的飞行员座椅处产生的过载及其它动感信号作为平台运动的驱动信号，驱动信号分别对应平台的三个线位移(X、Y、Z)及三个转角（俯仰角、偏转角、滚转角）。由于平台任何一个自由度的改变都是六根电动缸组合运动的结果，所以要将平台驱动信号经过几何变换成为每一根电动缸的驱动信号，使运动平台产生六个自由度的位置和姿态。

输送到运动平台的飞行状态参数数据有：

飞机加速度在X上分量，飞机加速度在Y上分量，飞机加速度在Z上分量，俯仰角变化率，滚转角变化率，偏航角变化率，俯仰角，滚转角，偏航角，飞机角速度在X上的分量，飞机角速度在Y上的分量，飞机角速度在Z上的分量，飞机角加速度在X上的分量，飞机角加速度在Y上的分量，飞机角加速度在Z上的分量。

将输送到仪表系统的飞行状态参数输出到网卡，再到HUB，再到网卡，通过网卡输送到飞行模拟器的主要仪表中，具体是空速表、高度表，迎角指示器，过载指示器，航行驾驶仪，指令驾驶仪，升降速度表。直接驱动仪表指针指示飞行状态参数值。

输送到仪表系统的飞行状态参数数据有：