基于hla的临近空间飞行器虚拟飞行试验方法

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1、基于HLA的临近空间飞行器虚拟飞行试验方法临近空间飞行器具有重要政治、经济价值，与传统航天飞行器不同，无法进行全程、全飞行走廊的真实飞行试验，其总体性能分析与验证只能基于仿真建模与仿真支撑技术进行虚拟飞行试验，并对飞行过程中控制、气动、结构、飞行器运动学与动力学等多个学科、多物理场的耦合特性进行描述。根据临近空间高超声速飞行器研制的实际需求，开发了一个基于HLA的临近空间飞行器虚拟试验平台，并提出了全程、全飞行走廊的虚拟飞行试验方法，重点介绍了所开发的软件平台体系、虚拟试验异构模型集成方法、协同仿真运行流程和基于此软件平台进行虚拟飞

2、行试验的方法，为实现临近空间飞行器的总体设计与评估提供了可靠、实用的验证途径。关键词：临近空间飞行器；虚拟试验；高层体系结构；多物理场耦合；异构仿真模型引言i　　临近空间（Nearspace）通常是指20～100km的高空，由于技术和认识上的原因，临近空间的政治、经济和军事价值直到最近才引起各国的重视，并成为美国、俄罗斯、欧洲等国家和地区近期飞行器技术研究的热点。与其他飞行器不同，临近空间飞行器高速在相当高度的大气层内飞行，各物理场耦合作用特性较强。　　临近空间飞行器具有重要政治、经济价值，是一类典型的复杂产品,其研究虽然刚刚起步，

3、但对于我国航天、航空领域建设具有重要意义和深远影响，也是未来几十年内最重要的航天、航空飞行器研究之一。受政治、经济等方面因素的影响，临近空间飞行器的飞行试验不能进行全程验证，难以全面评估飞行性能。虚拟飞行试验在一定的精度下，能够替代真实试验对临近空间飞行器进行性能分析，对真实飞行试验进行预示，并指导方案设计。从而为提升系统的总体设计水平，提高飞行试验成功率，缩短研制周期，降低研制成本和风险等提供技术保障。　　与传统航天航空飞行器系统研究中主要进行基于HLA的航天航空体系仿真及导航、制导与控制闭路的协同仿真不同，临近空间飞行器需要开展

4、多学科、全系统、多物理场耦合过程的协同仿真研究。学科领域的仿真，功能结构复杂，技术含量高，领域间存在着大量的耦合与交互关系，其中一些涉及领域间交互的复杂仿真问题需要多个学科领域的仿真模型、软件相互协作共同完成。协同仿真不需要拆散一个系统，应保持其全貌，使得对系统的分析、设计和评价过程尽可能地接近人们认识系统的方法和习惯；使得分析、设计、实现系统的方法学（原理）与人们认识客观世界的过程尽可能一致。　　本文结合临近空间飞行器的各领域模型研究成果，开发了一套能够综合考虑各学科子系统多场耦合作用的跨学科领域的协同建模与仿真的平台，实现基于H

5、LA的临近空间高超声速虚拟飞行仿真试验，为系统总体性能分析与验证提供有效的技术途径。1临近空间飞行器虚拟试验系统　　如图1所示，本文开发的临近空间飞行器虚拟试验软件系统针对结构、强度、控制系统、载荷、热环境、气动力等几个领域的模型，提供其与协同仿真支撑环境相链接的高层模型转换方法来建立起联邦对象模型，并结合上述模型仿真计算所基于的ABAQUS、MSC、ANSYS、MATLAB/SIMULINK、FORTRAN等计算工具研制的仿真软件，并提供仿真适配器与领域模型仿真工具的联结，提供各组成邦员之间数据交换的约定，统一各邦员之间可见的仿真

6、对象及属性，定义交互类，按照对象模型模版格式创建，描述邦员间互操作的约定。图1临近空间飞行器虚拟试验系统及异构仿真模型集成方法　　各领域仿真模型与应用软件通过异构仿真模型的协同集成软件系统与仿真运行平台相链接。协同集成软件系统与仿真运行平台均按照高层体系结构（HighLevelArchitecture,HLA）接口规范建立的，是HLA协同仿真系统进行分层管理控制的工具，也是进行临近空间仿真技术研究的立足点。HLA期望通过提供一个采用标准的方法解决联邦模式仿真中存在的固有问题，支持对应用系统的即插即用；支持对未来新技术的充分兼容与应用

7、；支持对不同仿真应用的重用，实现联邦的快速组合与重新配置；支持用户协同地开发复杂仿真应用系统，并最终降低开发新应用系统的成本和时间。基于HLA的软总线式协同仿真模式克服了其它协同仿真模式的不足，在开放性、灵活性和通用性上都具有很大的优势。2协同仿真运行平台　　为便于描述飞行器系统仿真内部逻辑，明确多学科协同仿真运行平台的规划、设计、实施和运行，并提供一个完整通用的参考结构，需要首先从系统的角度对其进行分析和描述。如图2所示的仿真运行框架中，三层体系结构将数据、服务与应用分离开来，便于各种应用软件，包括商用仿真软件的集成，保证了整个系

8、统的灵活性和开放性。　　仿真运行服务主要需解决：互操作问题，如何由最高层的应用互操作映射到最底层的X络互操作，以保证整个运行过程的可行性；时间同步问题，如何保证多学科协同仿真系统能够正确的顺利的向前推进，并提供相应的容错机制；运行管理