飞行器机动可变弹道地面模拟飞行试验技术制造技术

本发明专利技术提供了一种飞行器机动可变弹道地面模拟飞行试验技术，属于飞行器地面仿真领域技术领域。本发明专利技术包括地面模拟系统和数字孪生系统；地面模拟系统主要包括六自由度平台以及电控子系统；数字孪生系统主要包括建模仿真子系统以及数据管理子系统。本发明专利技术以地面模拟飞行试验为基础，充分发挥建模仿真与数字孪生的优势，加强以上两种技术的相互融合。其中，包括飞行器几何建模、流场数值仿真以及飞行仿真在内的建模仿真手段为地面模拟试验提供了基础准备，地面模拟试验为飞行器提供了更接近真实工况的半物理仿真环境。工况的半物理仿真环境。工况的半物理仿真环境。

【技术实现步骤摘要】
Complex Maneuvers of a Delta
‑
Wing Aircraft[J].Journal of Aircraft,2008,45(1):286
‑
291.)提出了低速风洞中对X
‑
31飞机模型的复杂机动进行了地面模拟方案，能够实现对该飞行器六自由运动模拟。但由于其针对的研究对象比较明确，不具有一般性，同时并没有给出基于建模仿真的补充验证体系，会带来较多的试验次数和试验费用。
[0009]现有技术与本申请的飞行器机动可变弹道地面模拟飞行试验技术相比，仅能够单一地进行建模仿真，或者进行次数众多且耗时的模拟试验。
[0010]基于此，本专利提出一种飞行器机动可变弹道地面模拟飞行试验技术。该地面模拟飞行试验技术从地面模拟和数字孪生两个角度出发，采用以地面模拟飞行试验为基础，并将建模仿真与数字孪生的优势相结合的技术方案，既可实现基于控制理论和飞行器模型层面的仿真验证，也可模拟更接近真实工况的半物理仿真试验，为机动可变弹道地飞行器模拟飞行试验提供了研究与验证平台。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种飞行器机动可变弹道地面模拟飞行试验技术。
[0012]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0013]一种飞行器机动可变弹道地面模拟飞行试验装置，包括：地面模拟系统和数字孪生系统；
[0014]地面模拟系统主要包括六自由度平台以及电控子系统；
[0015]六自由度平台包括：平行导航、飞行器、联动平台和含驱动器的托架；平行导航上安装有含驱动器的托架，联动平台与含驱动器的托架连接，联动平台上安装有飞行器，联动平台与飞行器的连接处为飞行器重心所在位置，
[0016]电控子系统包括六自由度平台工控机、动力学工控机、GNC计算机以及数据图像输出单元，GNC计算机和动力学工控机用于模拟飞行器常用机载设备，六自由度平台工控机控制地面模拟系统中六自由度平台，数据图像输出单元将电控子系统的信息传递到数字孪生系统；
[0017]数字孪生系统主要包括建模仿真子系统以及数据管理子系统；
[0018]建模仿真子系统主要包括制导与控制算法模块、面向控制的建模模块、六自由度高保真模型模块；制导与控制算法模块根据参考弹道指令，设计制导与控制指令作为输入，进入六自由度高保真模型模块，面向控制的建模模块为飞行器系统的标称模型，利用其对六自由度高保真模型进行迭代更新，然后将状态反馈到制导与控制算法模块，在考虑外界干扰力矩的影响下，将建模仿真子系统获得必要信息传递到数据管理子系统；
[0019]数据管理子系统主要包括：功能模型、模型更新、可靠分析、状态预报、历史记录子模块以及孪生数据库单元；其中，功能模型、模型更新、可靠分析、状态预报、历史记录子模块与孪生数据库单元呈数据更新存储与驱动的关系。
[0020]优选的，所述GNC计算机利用当前的六自由度位置/姿态信息和期望的位置/姿态信息计算出制导指令，然后将制导指令传递给动力学工控机，以实现对飞行器的控制；进一步，将制导/控制指令传递给六自由度平台工控机，利用六自由度平台实现对飞行器的控制模拟。
[0021]本专利技术的有益效果为：
[0022]本专利技术的目的是为了提供目前飞行器机动可变弹道地面模拟飞行试验的具体方案。随着建模仿真与地面试验技术的发展，传统的飞行器试验模式“试验
‑
改进
‑
试验”的比重逐渐降低，以达到减少飞行试验次数、降低费用、缩短时间的效果。本专利技术的实质就是以地面模拟飞行试验为基础，充分发挥建模仿真与数字孪生的优势，加强这两种技术的相互融合。其中，包括飞行器几何建模、流场数值仿真以及飞行仿真在内的建模仿真手段为地面模拟试验提供了基础准备，地面模拟试验为飞行器提供了更接近真实工况的半物理仿真环境。
[0023]数字孪生技术作为物理世界与虚拟世界相融合的纽带，具备在数字孪生库中高精度、高实时性以及高集成度表达飞行器的能力，从而促进对飞行器的深入研究。随着科技的不断进步，飞行器的结构和系统复杂度以及各个系统之间的耦合性越来越高，这导致了综合实验的难度增加，难以构建出令人满意的试验环境。同时，为了进行试验，必然需要极端条件，而由多个极端条件组成的极端环境在试验场上可能具有高风险性，并且需要耗费大量的成本。因此，所构建的数字孪生库能够与此类需求相适应并避免上述问题，同时能够快速调整试验条件，迅速得出试验结果并修正飞行器的状态。为了进行飞行器的设计验证，必须进行各个系统的可行性试验、系统集成试验和适航性试验等多种试验，这些试验通常需要使用模型或实际物品。然而，现有基于实物需求的试验模式存在一些困难：首先，由于试验依赖实际物体，因此在试验过程中出现的问题无法迅速反馈和改进，修正设计阶段的错误需要投入大量时间和资源；其次，模拟试验受到条件的限制，很难涵盖飞行过程中可能出现的各种状态；最后，随着系统耦合复杂性的增加，综合试验变得更加困难，甚至某些试验可能具有高风险性。应用数字孪生技术，基于技术指标需求、总体方案框架和详细设计等要素，利用数据孪生构建高精度、多系统、高复杂度的飞行器数据库用于试验。相较于传统的设计样品试验流程，通过在数据孪生库进行试验，可以在飞行器设计初期便启动使用，实现“边设计、边试验、边修正”的理念，从而避免因试验滞后设计而导致的高时间成本和经济成本的返工。
附图说明
[0024]图1为本专利技术飞行器机动可变弹道地面模拟飞行试验技术的结构示意图。
[0025]图2为本专利技术飞行器机动可变弹道地面模拟飞行试验技术的六自由度平台结构示意图。
[0026]图中的附图标记，1为平行导航，2为飞行器，3为联动平台，4为含驱动器的托架。
具体实施方式
[0027]下面将结合附图对本专利技术做进一步的详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本专利技术的保护范围不限于下述实施例。
[0028]如图1和图2所示，本实施例所涉及的飞行器机动可变弹道地面模拟飞行试验技术，包括：
[0029]飞行器机动可变弹道地面模拟飞行试验装置由地面模拟系统和数字孪生系统组成，如图1所示。
[0030]本专利技术中的地面模拟系统主要包括六自由度平台以及电控子系统；其中，六自由度平台是一种包含风洞环境的机构，如图2所示，六自由度平台包括：平行导航1，飞行器2，联动平台3和含驱动器的托架4；平行导航1上安装有含驱动器的托架4，联动平台3与含驱动器的托架4连接，联动平台3上安装有飞行器2，联动平台3与飞行器2的连接处为飞行器重心所在位置。能够使与之并联的飞行器2共同进行六自由度运动，同时满足大振幅、高速率任意运动的需求，并提供相应工况条件下的风洞环境，实现对飞行器机动及可变弹道任务的地面模拟。
[0031]电控子系统包括六自由度平台工控机、动力学工控机、GNC计算机以及数据图像输出单元，用于根据飞行器的不同机动任务，生成执行指令控制六自由度平台本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞行器机动可变弹道地面模拟飞行试验装置，其特征在于，包括：地面模拟系统和数字孪生系统；地面模拟系统主要包括六自由度平台以及电控子系统；六自由度平台包括：平行导航(1)、飞行器(2)、联动平台(3)和含驱动器的托架(4)；平行导航(1)上安装有含驱动器的托架(4)，联动平台(3)与含驱动器的托架(4)连接，联动平台(3)上安装有飞行器(2)，联动平台(3)与飞行器(2)的连接处为飞行器重心所在位置；电控子系统包括六自由度平台工控机、动力学工控机、GNC计算机以及数据图像输出单元，GNC计算机和动力学工控机用于模拟飞行器常用机载设备，六自由度平台工控机控制地面模拟系统中六自由度平台，数据图像输出单元将电控子系统的信息传递到数字孪生系统；数字孪生系统主要包括建模仿真子系统以及数据管理子系统；建模仿真子系统主要包括制导与控制算法模块、面向控制的建模模块、六自由度高保真模型模块；制导与控制算法模块根据参考弹道指令，设计制导与控制指令作为输入，进入六自由度高保真模型模块，面向控制的建模模块为飞行器系统的标称模型，利用其对六自由度高保真模型进行迭代更新，然后将状态反馈到制导与控制算法模块，在考虑外界干扰力矩的影响下，将建模仿真子系统获得必要信息传递到数据管理子系统；数据管理子系统主要包括：功能模型、模型更新、可靠分析、状态预报、历史记录子模块以及孪生数据库单元；其中，功能模型、模型更新、可靠分析、状态预报、历史记录子模块与孪生数据库单元呈数据更新存储与驱动的关系。2.根据权利要求1所述的飞行器机动可变弹道地面模拟飞行试验装置，其特征在于，所述GNC计算机利用当前的六自由度位置/姿态信息和期望的位置/姿态信息计算出制导指令，然后将制导指令传递给动力学工控机，以实现对飞行器的控制；进一步，将制导/控制指令传递给六自由度平台工控机，利用六自由度平台实现对飞行器的控制模拟。3.一种利用权利要求1
‑
2中任一项所述装置实现的飞行器机动可变弹道地面模拟飞行试验方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：在建模仿真子系统中，利用运动学和动力学方...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏红伟，王冠，马广程，李莉，王常虹，考永贵，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：