陆军航空兵学院 北京 101100
摘要：在军用和民用方面，直升机都发挥了重要的作用。为加强直升机飞行员的训练，相关领域则进行了飞行模拟器的研制。基于这种认识，本文对直升机飞行模拟器进行了介绍，然后对其关键技术展开了研究，从而为关注这一话题的人们提供参考。
关键词：直升机；飞行模拟器；关键技术
引言：从全球范围内来看，有80%的国家和地区拥有军用直升机。所以，加强直升机的研制，能够更好的展现我国军队的现代化水平。而使用直升机飞行模拟器，则能够为直升机的研制提供更多可靠的科学依据。因此，相关部门有必要对直升机飞行模拟器关键技术展开研究，以便通过促进模拟器的发展进一步促进我国直升机研究水平的提升。
1直升机飞行模拟器概述
从类型上来看，直升机飞机模拟器可以按照功能划分成三类，即使工程飞行模拟器、训练飞行模拟器和研究用飞行模拟器。其中，工程飞行模拟器主要用于帮助飞行员参与直升机的开发与研究，能够在地面上完成各种直升机和相关设备的评估和演示控制。而训练飞行模拟器主要用于直升机飞行训练，其需要对各种直升机机型进行模拟，以便使飞行员产生身临其境的真实感受。所以无论是照明还是其他硬件设备，都将与真正直升机相同，能够使人体产生与飞行时刻相同的生理学反应。此外，研究用飞行模拟器主要用于进行航空新技术的研究，拥有高精度气动力解算模块，积累了大量直升机飞行的研究成果。
2直升机飞机模拟器关键技术
2.1直升机空气动力学技术
2.1.1旋翼气动技术
作为直升机空气动力学研究的关键技术，旋翼气动技术的研究得到了各国的重视。不同于固定翼飞机，直升机具有复杂的旋翼结构。在飞行的过程中，直升机的绕桨毂将开始转动，同时其桨叶会进行挥舞运动。在科式力的作用下，桨叶将开始进行领先-滞后运动。在前飞的过程中，由于来流速度并不对称，所以旋翼将产生锥体后倾现象，以至于旋翼的生理方向会改变。在机身与旋翼的耦合作用下，旋翼将对机身施加反向的扭矩。同时，由于陀螺自转轴出现进动，所以机身还会产生陀螺效应[1]。而桨距角、旋翼诱导速度、桨叶扭转规律等因素的存在，将最终决定旋翼的升力大小。其中，诱导速度与机身速度有关，计算时需要采取迭代计算方法。在建立旋翼气动力模型时，需要对这些影响模型精确率的关键因素进行计算。
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2.1.2动力学建模技术
完成旋翼气动力分析后，还要考虑直升机机身的运动特性会受到其他那些因素的影响，以便建立相应的动力学模型对机身受力展开分析。除了旋翼以外，直升机的尾桨、垂直和水平安定面都会对机身运动特性产生影响。此外，模拟器着陆时的轮胎和起落架也会产生阻尼力和弹性力，而这些力和空气废阻力都是建模时需要考虑的问题。就目前来看，建模主要可以使用拉格朗日法和牛顿欧拉法。根据机身的受力特性和运动特性，可以选择采取其中一种方法建模。比如在对重力产生的加速度进行分析时，就要在机体坐标系中进行重力的分析。此时，想要对任意时刻的坐标系转换矩阵进行分析，就要对机身运动的欧拉角进行确定。完成上述内容后，还以建立方程的解算模块，并且进行计算方法与流程的确定，以便求解出直升机的坐标和姿态角[2]。作为飞行模拟器的核心研究内容，方程解算结果将对系统工作精度产生直接的影响。
2.2视景仿真技术
使用场景驱动和视景建模两种视景仿真技术，就能够完成地形建模、特效设计、运动三维实体导入和实时驱动等仿真内容，并且也能够完成视景生成与显示系统的设计。由于直升机有贴地飞行和飞行速度慢的特点，所以需要使地景模型的纹理更加细致，以便使飞行员产生身临其境的感受。同时，考虑到直升机水平视角较大和垂直视角较为集中的情况，还要合理进行视景显示系统的设计。此外，需要进行高效率的通信模块设计，才能够避免出现画面迟滞或数据传送滞后的问题。而利用视景驱动软件，则能够将模型库道路，从而实现直升机的实时驱动。
2.3动感仿真技术
在对直升机的飞行姿态和速度变化进行模拟时，需要使用动感仿真技术。利用该技术，可以帮助飞行员感受直升机的运动，能够产生与真实直升机的相同动感。在这一过程中，需要利用计算机软件进行特定驱动激励信号的生成，然后利用该信号进行执行机构的驱动，可以使机身同时产生抖振和运动。就目前来看，可以使用的动感仿真方法包含抖振座椅、平台式运动系统和过载座椅等等。通常的情况下，可以选用液压驱动、电动和气动方式进行六自由度机构的并联。以采取液压驱动方式的运动平台为例，平台将由六只铰链、六只液压缸和两个平台构成。其中，下平台将被固定在基础上，而六只液压缸的伸缩运动由计算机软件和伺服系统控制[3]。在空间六个自由度上，上平台将完成各种运动，从而对直升机的各种空间运动姿态进行模拟。
2.4模拟控制技术
在飞行模拟器中，模拟座舱为主体部位。为给飞行员提供真实的感觉，其内部操纵设备布局、形状、信号设置和仪表都将与真实直升机相同。通过将座舱安装在运动系统上平台上，然后利用操负负荷系统进行飞行模拟器负荷的控制，就能够使飞行员产生相同的操作感受。而负荷系统由多个负荷装置组成，这些装置需要分别与不同的操纵设备连接，以便使飞行员的手和脚都能感受到操作力，此外，使用音响模拟系统，也能够给飞行员带来特定音响效果。
结论：总之，使用直升机飞行模拟器开展飞行员训练和直升机研究工作，将能够使相关领域的发展得到推动。而研究模拟器的关键技术，则能够使直升机模拟器的研究取得进步。因此，相信本文对气动技术、动力学建模技术和视景仿真技术等关键技术展开的研究，可以为相关工作的开展提供指导。
参考文献：
[1]衡宁波,汪沛.直升机模拟器的现状和发展趋势研究[J].装备制造技术,2011,05:98-100.
[2]侯宇航,李松维,李友毅.直升机飞行模拟器中自动过渡仿真方法研究[J].科技信息,2014,13:88-89.
[3]赵敬超.直升机尾桨失效分析及试飞技术研究[J].航空科学技术,2015,03:70-73.
论文作者:徐强, 丰国君, 李卫京
论文发表刊物:《科技中国》2016年4期
论文发表时间:2016/6/22
标签：直升机论文; 模拟器论文; 飞行员论文; 机身论文; 旋翼论文; 建模论文; 仿真技术论文; 《科技中国》2016年4期论文;