面向效能评估与程序训练的直升机应急救援协同仿真研究

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1、中图分类号：V221论文编号：1006BY0905137博士学位论文面向效能评估与程序训练的直升机应急救援协同仿真研究作 者 姓 名白 金 鹏学 科 专 业飞行器设计指 导 教 师武 哲教 授培 养 院 系航空科学与工程学院ResearchonHelicopterEmergencyRescueCollaborativeSimulationforEfficiencyEvaluationandProgramTrainingADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorofPhilosophyCandidate:BaiJinpen

2、gSupervisor:Prof.WuZheSchoolofAeronauticalScience&EngineeringBeihangUniversity,Beijing,China中图分类号：V221论文编号：1006BY0905137博士学位论文面向效能评估与程序训练的直升机应急救援协同仿真研究作者姓名白金鹏申请学位级别工学博士指导教师姓名武 哲 职称教授学科专业飞行器设计研究方向总体设计学习时间自2009年9月18日 起至2014年6月30日止论文提交日期2014年4月11日 论文答辩日期2014年5月30 日学位授予单位北京航空航天大学学位授予日期  

3、2014年月日关于学位论文的独创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外，本论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得北京航空航天大学或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中做出了明确的说明。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文使用授权书本人完全同意北京航空航天大学有权使用本学位论文（包括但不限于其印刷版和电子版），使用的方式包

4、括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门（机构）送交学位论文，以学术交流目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。保密学位论文在解密后的使用授权同上。学位论文作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日摘要直升机应急救援是航空应急救援体系的重要组成部分，具有迅速、准确、灵活、有效、受空间条件约束少等特点，在抗击自然灾害和处理突发事件时发挥着无可比拟的作用。由于其作业环境难以复现，通过实际飞行开展装备评估与训练的作业演练危险性高且成本高昂，因此发展能

5、够模拟应急救援任务、实现机组人员协同作业的任务仿真系统已成为对直升机进行论证评估和对机组人员进行协同训练的迫切需求。本文通过对直升机应急救援任务特点的分析，选定了直升机吊桶灭火作业这一代表性的应急救援任务作为主要研究对象，研究了面向效能评估与程序训练的协同仿真方法与技术，重点在开展了如下方面工作：分析了协同仿真系统系统的组成、特点与通信协议需求，并据此进行系统框架的研究与实现。通过模块化和面向对象的方式，使系统具备良好的可修改性、扩展性与通用性。提出了基于参数中心的分布式数据通信方法，对仿真参数进行集中管理，实现协同仿真系统各模块间的交互，并将参数分为了实时同步

6、的对象类参数与触发时同步的交互类参数。为了便于机型扩展、提高软硬件布局的灵活性与通用性，将视景模块分为飞行视景、机内其它视景与机外监视视景三种类型，提出飞行视景应对不同硬件形式的自适应拼接与调整方法，对机内其它视景进行了模块化视角配置，对机外监视视景进行了参数化，使视景模块具备通用性与模块化组合的能力。针对飞行仿真，建立了机体与吊桶的六自由度动力学联立方程，基于对任务仿真影响程度较高的关键性能数据进行了简化与参数化，使飞行仿真模型可根据直升机的实际特性进行方便的调节，并通过典型飞行剖面的操纵响应校验了模型的运动趋势以及参数的调整效果。针对直升机与仪表的仿真，研究

7、了工业CAD模型到仿真用三维模型的轻量化方法，提出了基于单元数据量的三维模型逐级轻量化方法与基于失真度判据的层级化管理方法，避免了模型重建的工作量；针对仪表显控系统提出了模板化的建模方法，通过基础模板的组合快速形成各类仪表的仿真模型，并且通过仿真模型与三维模型逻辑上的分离实现了良好的重用性。针对任务环境仿真提出了大地形数据的建模及动态显示方法，以及简化的林火蔓延VII速度模型，实现了具有自动行为的林火仿真。通过LOD、Billboard、纹理动画、场景烘焙等场景优化技术，有效降低了场景的渲染量并提升了可视化的视觉效果。最后，从作业效能评估和机组人员程序训练两方面

8、对系统进行了验证：针对效