iAircraft飞机仿真模型软件包.docx

iAircraft飞机仿真模型软件包.docx

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iAircraft飞机仿真模型软件包

iAircraft飞机仿真模型

iAircraft是一个飞机仿真模型包，该模型被设计针对用于飞机测试实验室的如“铁鸟”仿真机以及基于仿真的飞控、航电集成测试实验室。

iAircraft可以通过调整参数来代表一大类的固定翼飞机，如直升机、无人机。

iAircraft由一系列Simulink模型组成，可以在Simulink仿真软件中运行，也可以在ADI的实时仿真计算机系统（rtX,rtX-V,RTS）中运行。

iAircraft是按照这样的架构开发的，即允许在纯仿真模式下进行飞机仿真，同时可以容易的连接真实的飞机LRU来进行飞机硬件在回路测试，集成以及飞控验证活动。

下图展示了iAircraftSimulink模型的顶层仿真框图。

1.iAircraft6自由度运动方程模型

飞机6自由度运动方程模型参考旋转的球形大地，是基于RobertM.Howe在其名为“AirframeEquationsofMotionandTransferOperators”的论文中所作的工作。

飞机6自由度运动方程模型具有以下特点:

●飞机被当作一个刚体进行建模；

●采用运动与动力学方程表示飞机运动；

●包含飞机质量特性，具备飞机的质量、惯性力矩等参数。

飞机6自由度运动方程模型

2.iAircraft气动力学模型

iAircraft气动力学模型包含风速、动力装置的力和力矩、气动力和力矩、地球轴向力、平移方程、旋转方程和四元数方程。

这个气动力学模型的逼真度及细节的丰富程度足够支持进行飞机飞控系统的设计以及需要高逼真度的工程飞行仿真机，例如铁鸟仿真机和基于仿真的集成测试实验室。

飞机气动力学具有以下特点：

●根据飞行条件以及控制面的偏转，

●空气动力学模型计算气动力和力矩；

●模型采用查找表方式获取飞机的气动系数。

iAircraft气动力学模型

3.iAircraft作动器模型

iAircraft作动器模型包含以下两种模型：

●二阶伺服作动器模型，用于驱动升降舵、方位舵以及副翼。

这是一个比例微分反馈二阶系统，代表了液压型作动器的特性，因此也属于液压系统模型。

●高升力后沿槽与前缘缝翼襟翼系统驱动器。

iAircraft作动器模型

4.iAircraft起落架模型

iAircraft起落架模型是基于对波音公司和NASAAmes研究中心工作的结合。

起落架模型包括前起落架和左、右主起落架。

左右主起落架通过采用一个“等价起落架”方式进行计算，能够代表大多数的主起落架配置。

iAircraft起落架配置

iAircraft起落架模型降落行为曲线

iAircraft起落架模型具有以下功能：

●起落架模型接收来自飞行动力学模型提供的位置和方向，并由此决定起落架的力和力矩；

●起落架模型也提供转向和刹车控制输入。

iAircraft起落架模型

5.iAircraft大气模型

根据1976年美国标准大气，设计了大气模型。

根据设定的海拔高度，模型可以计算出预期的环境压力、温度、空气密度以及声速。

iAircraft大气模型

6.iAircraft自动驾驶模型

iAircraft自动驾驶模型包括了一系列的强大功能。

iAircraft包括了一个全功能的自动驾驶组件，为自动起飞和降落提供全套支持。

●仰角保持

●航线角度保持

●速度保持

●阻尼控制

●倾斜角保持

●指向保持

●截获&跟踪

iAircraft自动驾驶模型

7.iAircraft涡扇发动机模型

iAircraft涡扇发动机模型提供一个合理精度的模型可用于许多飞行仿真任务，并可以让iAircraft模型在没有获得详细的发动机阶段数据情况下运行。

iAircraft涡扇发动机模型

给模型根据飞行员驾驶杆油门输入、飞机马赫数、飞机高度和周围气压来计算发动机压力比和推力。

反推力也被包含进了模型中。

模型提供有限的瞬态细节和逼真度。

这个逼真度模型的开发是基于波音和NASA之前的飞行仿真工作。

涡扇发动机模型具有以下功能：

●该模型根据油门杆输入以及飞行条件，决定发动机压力比以及净推力；

●涡扇发动机模型采用查找表方式，决定发动机提供的净推力；

●该模型可以支持反向推力命令（负油门杆角度输入），并提供在发动机关闭时风车阻力的估计值；

●推力控制是通过油门杆角度输入进行控制的；

●油门杆角度输入范围为-110~40度；

●发动机的推力能力是可以通过修改“推力等级”参数进行调整。

8.iAircraft环控系统模型

iAircraft环控系统模型是是固定翼飞机的关键子系统。

环控系统模型通过控制空气压力和温度实现飞机在飞行或地面过程的温控、通风、除湿等功能。

环控系统模型还为机务人员和乘客提供了可呼吸的空气。

iAircraft环控系统模型有以下部分组成：

●歧管模型

●客舱区域模型

●防冰模型

●航电设备台架模型

●阀流量模型

●节流孔模型

●热交换器模型

●空气循环机——涡扇模型

●空气循环机——压缩机模型

●空气循环机——转轴动态模型

●空气循环机——单独的热交换器模型

●空气循环机——风扇模型

8.1歧管模型

歧管模型具有3个质量流量入口与3个质量流量出口，因此可以连接到3个独立的流量输入与3个独立的流量输出上。

歧管内的温度被假设是均匀的混合物。

进出歧管的流速由外部控制。

歧管的温度微分方程是基于能量守恒定律，是输入与输出流动焓率的函数。

比热是温度的函数，通过查找表方式进行计算。

歧管压力是根据歧管内的质量，采用理想气体定律进行计算。

而歧管内的质量是基于质量守恒定律进行计算的。

歧管模型

8.2客舱区域模型

客舱区域模型代表了一段飞机客舱的压力和温度条件。

客舱区域温度是根据乘客产生的热量、温度与调节空气的流速以及通过机身传递到外部空气的热量，进行计算的。

此外还有一个热速率输入端口，用于接收来自其它地方的热，例如航电设备舱。

客舱区域模型

8.3防冰模型

根据从短笛管流向机翼防冰外壳的引气速率以及来自机翼周围的热传递，防冰模型计算机翼外壳的温度。

防冰模型

8.4航电设备台架模型

航电设备台架模型用于计算在航电设备台架里的空气温度。

这个计算是根据有航电设备产生的热量、进入台架的空气流速以及台架与外部环境的热交换来实施的。

航电设备台架

8.5阀流量模型

阀流量模型用于计算流过打开的蝶形阀的质量流速。

有效面积是通过一个阀直径与阀位置的函数进行计算的。

排放系数代表了流量损失补偿（流量不是熵流）。

阀流量方程式取决于上游与下游压力比。

如果压力比小于临界压力比，那么通过阀门开度的质量流量阻塞，并且不依赖于下游的压力。

阀流量模型

8.6节流孔模型

节流孔模型用于计算通过一个节流孔的质量流速。

节流孔模型

8.7热交换器模型

热交换器模型代表了一个具有混合流的横向流配置。

该模型采用查找表方式，确定以主要流体及冷却剂的流速为函数的热传递效率。

热传递效率是以主要流体流速与冷却剂流速为函数，进行计算。

热交换器模型

8.8空气循环机——涡扇模型

该模型计算涡扇出口温度、流速、效率以及功率。

涡扇的特性参数，例如流量矫正与效率，是由用户提供的查找表函数。

涡扇模型根据入口与出口流量，计算在涡扇入口出的压力与温度。

涡扇模型

8.9空气循环机——压缩机模型

该模型计算压缩机的出口温度、流速、效率以及功率。

压缩机的特性参数，例如流量矫正与效率，是由用户提供的查找表函数。

压缩机模型

8.10空气循环机——转轴动态模型

转轴被视为惯量，进行建模。

在涡扇与任何负载之间的功率差，被用于计算角加速度。

角加速度被集成，用于获取转轴转速。

转轴动态模型

8.11空气循环机——单独的热交换器模型

空气循环机——单独的热交换模型包含热交换器、压缩机、风扇、转轴以及涡扇模型。

空气循环机——单独的热交换模型

8.12空气循环机——风扇模型

空气循环机——风扇模型是基于一个函数查找表，来确定基于风速与静态压差的体积流速。

空气循环机——风扇模型