[发明专利]一种用于评估水陆两栖飞机适航符合性的仿真计算系统和方法

权利要求书

1.一种用于评估水陆两栖飞机适航符合性的仿真计算系统，仿真计算系统包括基于适航条款的飞行任务数字化模块(100)、驾驶员模型(200)、飞机模型(300)及风浪扰动模型(400)；

所述驾驶员模型(200)包括起飞驾驶员模型单元(201)和降落驾驶员模型单元(202)；

所述飞机模型(300)包括飞机飞行动力学模型单元(301)和水动力模型单元(302)；

通过基于适航条款的飞行任务数字化模块(100)和驾驶员模型(200)实现适航条款所规定飞行任务的驾驶员操纵模拟，并结合飞机模型(300)和风浪扰动模型(400)完成飞行任务的数字虚拟飞行仿真计算；

其特征在于：

所述起飞驾驶员模型单元(201)包括起飞水面滑行阶段驾驶员模型(201a)和抬头爬升阶段驾驶员模型(201b)；

起飞水面滑行阶段驾驶员模型的纵向操纵目标是控制飞机的俯仰角，使其处于稳定区域内，以满足纵向稳定性的要求；

横航向操纵目标为控制飞机的航迹偏移，以保证飞机的起飞航迹满足要求；

抬头爬升阶段驾驶员模型的操纵目标分为两部分，一是迅速的抬头爬升到达安全高度，二是保持航迹稳定且航迹偏移不能太大；

驾驶员模型包含升降舵通道、副翼通道、方向舵通道和发动机通道四个操纵通道，根据水陆两栖飞机水面起飞任务的驾驶员操纵要求，采用Hess驾驶员模型理论分阶段完成水面起飞任务的驾驶员操纵模型；引入Hess提出的感知模型，描述在不同水面条件下驾驶员接受飞机状态信号的能力；引入多通道驾驶员模型理论，描述驾驶员在进行多通道任务时驾驶员感知能力下降且操纵效果降低的现象；

所述降落驾驶员模型单元(202)包括进近阶段驾驶员模型(202a)、拉平阶段驾驶员模型(202b)和降落水面滑行阶段驾驶员模型(202c)；

进近阶段驾驶员模型的纵向操纵目标是控制沿着预定的下滑航迹下滑，或以一定的下滑角完成稳定的下滑；

横航向操纵目标是保证飞机不会出现较大的航迹偏移；

拉平阶段驾驶员模型的纵向操纵目标是改变飞行下滑角，减小飞机的下沉速度，获得较为适宜的入水角，在拉平阶段末端将飞机的俯仰角保持在3°左右；

横航向操纵目标是保证飞机不会出现较大的航迹偏移；

降落水面滑行阶段驾驶员模型的纵向操纵目标主要是俯仰姿态控制，保证飞机在水面滑行的纵向稳定性；

横航向操纵目标是通过副翼和方向舵协同作用，保证飞机不会出现较大的航迹偏移；驾驶员模型包含升降舵通道、副翼通道、方向舵通道和发动机通道四个操纵通道，根据水陆两栖飞机水面降落任务的驾驶员操纵要求，采用Hess驾驶员模型理论分阶段完成水面起飞任务的驾驶员操纵模型；引入Hess提出的感知模型，描述在不同水面条件下驾驶员接受飞机状态信号的能力；引入多通道驾驶员模型理论，描述驾驶员在进行多通道任务时驾驶员感知能力下降且操纵效果降低的现象；

所述飞机飞行动力学模型单元(301)根据驾驶员模型(200)输入的各个舵面的偏度及油门位置信息、水动力模型单元(302)输入的水面作用于机体的水动力及水动力矩信息和风浪扰动模型(400)输入的风浪扰动信息计算输出飞机飞行状态信息；动力学模型的输入变量为F_w、M_W、δ_e、δ_a、δ_r、δ_p、T、H_wave、V_wind，定义分别为：作用于机体的水动力，作用于机体的水动力矩，升降舵偏转角，副翼偏转角，方向舵偏转角，油门位置，发动机推力，海浪高度，风速；动力学模型的输出变量为α,β、p,q,r、φ,θ,ψ、x_g,y_g,z_g、χ,γ、V、n_x,n_y,n_z，定义分别为：飞机迎角及侧滑角，飞机滚转角速度/俯仰角速度/偏航角速度，飞机滚转角/俯仰角/偏航角，飞机相对于惯性系的坐标，飞机航迹偏角及航迹倾角，飞机飞行速度，飞机三轴过载；

所述水动力模型单元(302)建立了完整的水动力模型，包括水动升力模型、水动阻力模型、水动侧力模型、浮力模型、水动冲击力模型和水动阻尼力矩模型；分别求出作用于机体的水动升力、水动阻力、水动侧力、浮力、水动冲击力和水动阻尼力矩，并求出各部分的合力和合力矩，得到作用于机体的水动力F_w和水动力矩M_W；

所述风浪扰动模型(400)采用第四浦福风标定义风速和海浪高度的对应关系，采用俄罗斯浪级表定义海浪高度和海浪等级的对应关系；通过风对飞机迎角α和侧滑角β的影响模拟风扰动对飞机运动的影响，通过海浪对飞机施加的干扰力和干扰力矩模拟海浪扰动对飞机运动的影响。