FlighGear的某小型固定翼无人机可视化飞行仿真系统设计-论文.pdf

《FlighGear的某小型固定翼无人机可视化飞行仿真系统设计-论文.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、◇科技论坛◇科技罾向导2014年23期基于Matlab／FlighGear的某小型固定翼无人机可视化飞行仿真系统设计陆鹏(中航工业特种飞行器研究所湖北~Jl'-J448035)【摘要1飞行仿真是小型固定翼无人机飞行控制系统研究中必不可少的一个环节。本文在Madab下建立了其仿真模型；同时借助FlightGear模拟器外部数据的输入／输出接口，将飞行仿真数据驱动FhghtGear可视化引擎，实现飞行仿真中天气条件、飞行姿态和地理环境的三维可视化显示。实现对无人机的总体结构和飞行情况直观形象的显示。【关键词】Madab／Simulink；FlJ【tGear；飞行仿真；可视化随着航空和电子技术

2、的发展．无人机也发生了日新月异的变化．C=c+cxCx+cx+c+cx+cx6f+cx5f其飞行功能日益增多．使飞行控制系统变得越来越复杂．出现故障隐患的可能性越来越大。为了保证无人机可靠、有效地执行飞行任务，G=++++++。0和+而MATLAB平台为此提供了良好的技术基础_l_ct=c’ccz+cz％+cz6．+cz+cz5fCz．f在Matlab中．可以方便地建立无人机非线性数学模型．建立无人机的六自由度非线性模型它不仅在设计时可用来事先对系统的性能q=qq+c21r吒．做出评价．以便修改或更新设计方案。调整系统某些设计参数．而且还cI=++等++。++c-可用来分析和研究已有系统

3、的性能目FlightGear飞行模拟器是一个开放源代码、多平台的飞行模拟器c：c、+cp{c～+cc+cc、专c发展项目经过多年的发展．FlightGear不但以其强大的真实仿真功能在机体坐标系x,y、z轴上可将空气动力分解为三个分量．分别表吸引了众多的飞行模拟爱好者．而且其开放式的程序构架和预留的外示为：部数据输入／输出接口．赢得了专业用户的青睐。由于FliahtGear的上述优势．选择将FlightGear经二次开发改造成无人机模拟器．以满足：模拟无人机平台的需要=1p1．仿真系统总体框架=K~tlab／Si~ulink仿真平赍同时．相应的空气动力矩表示为：抽f】、副曩、r—————

4、——]广——]厂——]厂——————一=lcmv'st,无由麓H可F视1i化gh模t~ear=~C．pv飞杼任务=C．PVSb2图1飞行仿真系统框架图其中，p=1．293kg／m3为标准大气压下的大气密度，v为无人机的本文在详细推导了小型固定翼无人机的动力学模型基础上．采用飞行速率．s为机翼面积。b为翼展，c为平均气动弦长，且c=sA。而模块化的设计思想完成了空投系统仿真平台的搭建具体模块划分如、、e、Cl、Cm、是上述表达式中对应的空气动力系数。图1所示。2．2六自由度非线性模型较为完整的可视化飞行仿真系统包括了航迹、姿态仿真和视景实飞机的运动包括三个线运动(前后、上下、左右)和三个角

5、运动(俯时显示。其中航迹、姿态仿真模块计算得到的相关结果传送到仰、偏航、滚转)。FlighGear驱动视景仿真模块．实现动态飞行数据的三维实时显示。从根据无人机动力学可获得飞机机体坐标系下的线运动方程：而．FlightGear和上述动力学仿真系统组成了一个完整的可视化仿真：一g．1'+n'系统。2．飞行仿真系统建模：曼十一在无人机仿真系统中．针对一个已知其气动布局、机体的结构参数和飞机发动机参数的某型无人机．根据飞机实际飞行时的姿态．以：一+g“及各个操纵机构的变化情况建立了相对应的非线性方程．由此实现对飞机飞行全过程的数学仿真其中，、、表示作用在无人机上的合力在机体坐标轴上的分由于运动

6、中的飞行器是一个极其复杂的动力学系统．它的运动特量，u、v、W表示速度矢量在机体坐标轴的分量。性要受到各种因素的影响，因此，为了简化和推导运动方程，作以下基同样．可获得飞机机体坐标系下的角运动矩阵方程：本假设：(1)地球为平面大地．忽略地球的旋转运动和质心的曲线运动。p亡u+I+Q～PQIz—I2一(2)飞行器为理想刚体．不考虑机体弹性变形和旋转部件影响。口=．【肼一-r2)一～，2．1力与力矩分析Y在上述假设下．可得到非线性六自由度控制方程并对其进行数值I：—11—12[++(一‘)用一(一1z)qr】求解。方程中须用到有关气动力参数．由作为主要影响因素的飞行参-数(马赫数、攻角等)，

7、从大量的试验数据表中，通过插值，计算稳定轴上其中，L、l、l：分别为无人机的转动惯量在集体坐标系下的三个的气动系数．最后计算出机体轴上的气动力和力矩．输出到飞机六自分量由度运动模型模块气动力主要依据气动压力和稳定轴上的气动力系根据欧拉角的关系与角速率信号之间的角运动学转换矩阵易得：数计算而来机体速度(u，v，w)与地面坐标系下的速度分量(札，，。)通过坐升力系数．阻力系数．侧力系数的计算公式分别为：标转换得到：2014年23期科技I