能悬停航空器的旋翼尾流在航空器本身上产生的空气动力载荷的效应的实时模拟系统及其方法技术方案

描述了一种由能悬停航空器（3）的旋翼（2）的尾流在航空器（3）本身上产生的空气动力载荷的实时模拟系统（1），所述系统（1）包括：用于飞行员的驾驶舱座椅（10）；航空器（3）的模拟控制装置（11），能够从飞行员接收模拟指令以模拟航空器（3）的飞行状态；模拟装置（13），能够产生飞行状态的模拟表示；以及处理单元（14），被配置成接收作为输入的与经由控制装置（11）给出的指令相关的第一信号并且被配置成产生和输出与模拟空气动力载荷相关的用于模拟装置（13）的第二控制信号。处理单元（14）循环地产生具有半径（r）的涡环（30）、使多个控制点（A、B、C和D）与涡环（30）关联、计算在控制点（A、B、C和D）上引发的速度、移动和更新涡环（30）、以及基于由涡环（30）在控制点（A、B、C和D）上引发的速度产生第二信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】描述了一种由能悬停航空器（3）的旋翼（2）的尾流在航空器（3）本身上产生的空气动力载荷的实时模拟系统（1），所述系统（1）包括：用于飞行员的驾驶舱座椅（10）；航空器（3）的模拟控制装置（11），能够从飞行员接收模拟指令以模拟航空器（3）的飞行状态；模拟装置（13），能够产生飞行状态的模拟表示；以及处理单元（14），被配置成接收作为输入的与经由控制装置（11）给出的指令相关的第一信号并且被配置成产生和输出与模拟空气动力载荷相关的用于模拟装置（13）的第二控制信号。处理单元（14）循环地产生具有半径（r）的涡环（30）、使多个控制点（A、B、C和D）与涡环（30）关联、计算在控制点（A、B、C和D）上引发的速度、移动和更新涡环（30）、以及基于由涡环（30）在控制点（A、B、C和D）上引发的速度产生第二信号。【专利说明】能悬停航空器的旋翼尾流在航空器本身上产生的空气动力载荷的效应的实时模拟系统及其方法
本专利技术涉及能悬停(hover-capable)航空器(特别是直升飞机或者推力换向式飞机)的旋翼尾流(rotor-wake)在航空器本身上产生的空气动力载荷的效应的实时模拟系统。本专利技术还涉及由处理单元支持以实时模拟能悬停航空器的旋翼尾流在航空器本身上产生的空气动力载荷的效应的方法。
技术介绍
在航空学领域中，飞行模拟系统是已知的，其主要包括:-用于将被训练的飞行员的驾驶舱座椅；-多个控制装置，该多个控制装置可被飞行员操作以做出机动动作(manoeuvre,特技飞行)和设定模拟飞行状态；-图形界面，例如显示屏，可由飞行员观察并且能够例如通过改变模拟视场并且通过模拟飞行仪表上的读数而为飞行员提供飞行的模拟视觉表示；以及-多个致动器，该多个致动器能够在驾驶舱座椅上施加模拟空气动力载荷，这些模拟空气动力载荷由飞行员通过控制装置模拟的机动动作和飞行状态确定。模拟系统还包括处理单元，该处理单元被配置成:-接收作为输入的与机动动作和模拟飞行状态相关的指令；-计算由上述指令导致的模拟空气动力载荷的值；以及-产生用于图形界面和致动器的一系列控制信号，以便更新模拟飞行的视觉表示和模拟空气动力载荷两者。而且已知的是，旋翼尾流与航空器的相互作用影响旋翼飞机、机身和空气动力控制表面上的局部速度，产生在飞行的各个阶段期间航空器承受的空气动力载荷的变化。为了模拟旋翼尾流与航空器的相互作用，已知的是:-实验性地测量与给定的机动动作和飞行状态相关的航空器上的空气动力载荷；以及-在处理单元上存储这些与给定的机动动作和飞行状态相关的空气动力载荷。根据这个技术，处理单元控制图形界面和致动器，使得视觉表示和模拟空气动力载荷两者都类似于存储在单元上的用于与由飞行员通过控制装置模拟的那些近似相同的机动动作和飞行状态的那些。上述技术是特别昂贵的，因为它需要执行在空气动力飞行载荷的模拟中被不可避免地近似的许多飞行试验，由于视觉表示和模拟空气动力载荷两者都与由飞行员通过控制装置模拟的那些仅大概类似的机动动作和飞行状态相关。根据另一个技术，处理单元被配置成计算旋翼的尾流的情况的数学模型。处理单元基于由飞行员模拟的指令和该处理单元的存储数学模型在驾驶舱座椅上产生模拟空气动力载荷。数学模型的第一实例由在文献中被称为“预定尾流”模型的模型表示。对于处理单元，这些模型计算起来是特别简单的。通过这样的方法，处理单元能够用由飞行员给出的模拟指令以大致同时的方式产生视觉表示和/或飞行员的驾驶舱座椅上的模拟飞行载荷。换句话说，模拟系统可基本实时模拟由旋翼尾流在航空器上产生的飞行载荷。但是，由于“预定尾流”模型简单的原因，模拟飞行载荷是近似的，并且因此不是非常代表真实飞行载荷。结果就是模拟器的模拟能力减弱。虽然旋翼尾流的非常精确的数学模型是已知的(例如从计算流体动力学中)，但是它们是极其复杂的并且因此在处理单元上将需要大量的处理时间。因此，这些非常精确的数学模型的使用将不会有效地允许如在飞行模拟器中所要求的那样实时模拟由旋翼尾流在航空器上产生的飞行载荷。在本领域中感到需要一种用于能够悬停的航空器的飞行模拟系统，该系统能够大致实时地并且以高精确度地产生与旋翼尾流和航空器的相互作用相关的模拟空气动力载荷。航空器飞行模拟系统例如从RU2367026和GB802213中已知。专利技术的公开内容本专利技术的目的是实现由能悬停航空器的旋翼尾流在航空器本身上产生的空气动力载荷的实时模拟系统，其使上述需求能够以简单且便宜的方式满足。上述目的通过本专利技术实现，由此本专利技术涉及一种由能悬停航空器的旋翼尾流在航空器本身上产生的空气动力载荷的实时模拟系统，包括:-用于飞行员的驾驶舱座椅；-所述航空器的至少一个模拟控制装置，该至少一个模拟控制装置能够从所述飞行员接收模拟指令以模拟所述航空器的飞行状态；-模拟装置，该模拟装置能够产生从驾驶舱座椅可感觉到的所述飞行状态的模拟表不;-处理单元，该处理单元被配置成接收作为输入的与通过所述控制装置给出的所述指令相关的第一信号并被配置成产生和输出与所述模拟空气动力载荷相关的用于所述模拟装置的第二控制信号；其特征在于，所述处理单元还被配置成执行循环，该循环包括步骤:-以给定的周期并且在模拟流场中产生涡环(vortexring)，该涡环具有与所述旋翼的圆盘周长的值以及与速度环量相关的半径，该速度环量与由飞行员通过所述控制装置设定的所述旋翼的推力成比例；-使多个控制点与所述涡环关联；-计算由涡环和/或由存在于所述模拟流场中的至少一些其他涡环在所述控制点上引发的速度以及空气相对于所述航空器的渐近速度；-根据在所述控制点上引发的所述速度移动所述涡环；-在所述移动步骤之后更新所述涡环；-基于在存在于模拟流场中的所述涡环的所述控制点上引发的速度以及所述渐近速度计算在所述航空器的至少一个兴趣点上引发的速度；以及-基于在航空器的所述兴趣点上引发的所述速度产生所述第二控制信号。本专利技术还涉及一种由处理单元支持以实时模拟能悬停航空器的旋翼尾流在航空器本身上产生的空气动力载荷的效应的方法，该方法包括步骤:-模拟所述航空器的飞行状态；-通过所述处理单元产生从用于飞行员的驾驶舱座椅可感觉到的所述飞行状态的模拟飞行表示；其特征在于，该方法包括配置所述处理单元以执行循环的步骤，该循环包括步骤:-在模拟流场中并且以一定的周期产生涡环，该涡环具有与所述旋翼的圆盘半径以及与速度环量相关的半径，该速度环量与由飞行员通过所述控制装置设定的所述旋翼的推力成比例；-使多个控制点与所述涡环关联；-计算由涡环和/或由存在于所述模拟流场中的至少一些其他涡环在所述控制点上引发的速度以及空气相对于所述航空器的渐近速度；-根据在所述控制点上引发的所述速度移动所述涡环；-在所述移动步骤之后更新所述涡环；-基于在存在于所述模拟流场中的所述涡环的所述控制点上引发的速度以及所述渐近速度计算在所述航空器的至少一个兴趣点上引发的速度；以及-基于在所述航空器上引发的所述速度产生所述模拟飞行表示。附图的简要说明为了更好地理解本专利技术，优选的实施例仅通过非限制性实例的方式并参考附图在下文中描述，在附图中:-图1示意性地示出了根据本专利技术制造的用于能够悬停的航空器的飞行模拟系统；-图2示意性地示出了航空器；-图3为涡环的几本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由能悬停航空器（3）的旋翼（2）的尾流在所述航空器（3）本身上产生的空气动力载荷的效应的实时模拟系统（1），包括：‑用于飞行员的驾驶舱座椅（10）；‑所述航空器（3）的至少一个模拟控制装置（11），所述模拟控制装置能够从所述飞行员接收模拟指令以模拟所述航空器（3）的飞行状态；‑模拟装置（13），能够产生所述飞行状态的并能从所述驾驶舱座椅（10）感觉到的模拟表示；‑处理单元（14），被配置成接收作为输入的与经由所述控制装置（11）给出的所述指令相关的第一信号并且被配置成产生和输出与所述模拟空气动力载荷相关的用于所述模拟装置（13）的第二控制信号；其特征在于，所述处理单元（14）还被配置成执行循环，所述循环包括步骤：a）以给定的周期（△τ）并且在模拟流场中产生涡环（30），所述涡环（30）具有与所述旋翼（2）的圆盘周长的值以及与速度环量（Γ）相关的半径（r），所述速度环量与由所述飞行员通过所述控制装置（11）设定的所述旋翼（2）的推力（T）成比例；b）将多个控制点（A、B、C和D）关联到所述涡环（30）；c）计算由所述涡环（30）和/或由存在于所述模拟流场中的至少一些其他涡环（30）在所述控制点（A、B、C和D）上引发的速度以及空气相对于所述航空器（3）的渐近速度（Vasin）；d）根据在所述控制点（A、B、C和D）上引发的所述速度移动所述涡环（30）；e）在所述移动步骤之后更新所述涡环（30）；f）基于在存在于所述模拟流场中的所述涡环（30）的所述控制点（A、B、C和D）上引发的所述速度以及所述渐近速度（Vasin）计算在所述航空器（3）的至少一个兴趣点（5）上引发的速度；以及g）基于在所述航空器（3）的所述兴趣点（5）上引发的所述速度产生所述第二控制信号。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：里卡尔多·比安科·门戈蒂，弗朗切斯科·斯科尔切莱蒂，
申请(专利权)人：奥格斯塔韦斯兰股份公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT