[发明专利]一种飞行模拟器体系结构设计方法

说明书

技术领域

本发明属于航空飞行控制技术领域，具体涉及一种飞行模拟器体系结构设计方法。

背景技术

飞行模拟器是典型的人在回路的仿真系统，能够真实复现空中飞行环境，用于对飞行员进行起飞、着陆、爬升、转弯、机动飞行等训练，也可用于对飞机飞行性能、飞机操纵品质、机载系统性能进行分析研究。飞行模拟器是以被训练对象或被试验研究对象的基本需求进行设计的，主要包括操作环境和控制系统，具有相似性、交互性、可控性等基本特性。飞行模拟器体系结构是模拟器研制的关键所在，它决定着飞行模拟器项目的成功与否。

目前，国内飞行模拟器体系结构设计主要依据飞行模拟器各子系统组成，采用以太网、实时网或“以太网+实时网”等三种方式实现，数据之间通信接口较为复杂，“丢包”现象较为严重，系统的可靠性、安全性和可维护性较差。对于诸如编队和联网等任务需求来说，这种现象尤为严重。为解决这些问题，需设计一种具有综合化管理、层次式分布特点的体系结构，既可灵活配置飞行模拟器系统硬件冗余和功能冗余，保证系统有足够的可靠性和安全性，同时又不会造成系统资源的浪费，有效提升飞行模拟器总体性能。

发明内容

针对高等级飞行模拟器研制需求，提供一种综合化管理、层次式分布的模拟器体系结构，不仅可对飞行模拟器各子系统进行有效综合和优化配置，同时在飞行模拟器各子系统实现、信息资源共享和维护方面满足低成本、高可靠性、高实时性和易维护性等设计要求，大大提高飞行模拟器的总体性能。

本发明飞行模拟器体系结构设计方法，主要包括以下步骤：

步骤一、根据飞行模拟器研制要求，分析飞行模拟器要实现的主要功能和总体性能指标，确定飞行模拟器系统组成；

步骤二、定义飞行模拟器各子系统的功能需求与性能需求，确定飞行模拟器体系结构设计的限制条件以及各子系统的实现方式；

步骤三、协调步骤一及步骤二两方面所确定的体系架构，确定满足步骤一及步骤二中的需求和限制条件的分布式处理机结构，各系统及模块之间通过网络实现资源共享和信息融合；

步骤四、根据飞行模拟器各个模块的分布特性，确定对通信网络的需求；

步骤五、根据分布式处理机结构和通信模型，确定飞行模拟器体系结构。

优选的是，所述步骤一中，所示主要功能和性能指标包括系统总延时、仿真解算周期、任务覆盖率、可利用率、视景刷新率、平均无故障间隔时间、温度、湿度。

优选的是，所述步骤一中，所述飞行模拟器系统组成包括控制计算机节点、飞行性能仿真系统、航空电子仿真系统以及环境仿真系统。

优选的是，所述步骤二中，功能需求包括各子系统要实现的具体功能、仿真原理、输入输出参数，以及各仿真机的存储器大小、迭代速度、字长与吞吐量；所述性能需求包括精确度、分辨率、更新率、带宽与容差。

优选的是，所述控制计算机节点为两余度控制计算机节点，两余度控制计算机节点由两台计算机组成，每台都可作为飞行模拟器的主控制器，同时进行数据处理，随时比较各通道的结果以保证数据的完整性，若两通道的数据出现分歧，通过表决确定正确数据并发出提示信号，如果一个计算机损坏或故障，飞行模拟器能够保证继续正常工作。

优选的是，所述步骤五中，所述飞行模拟器体系结构由三级构成，分别为：

一级结构由两余度控制计算机节点和飞机性能仿真系统通过总线构成，实现飞行控制、发动机控制、起落架控制、液压控制功能模拟，并将结果返回给航空电子仿真系统和环境仿真系统；

二级结构由两余度控制计算机节点和航空电子仿真系统通过总线构成，实现航电综合显控、导航、通信、惯导功能模拟，并将结果返回给飞机性能仿真系统和环境仿真系统；

三级结构由两余度控制计算机节点和环境仿真系统通过总线构成，实现模拟座舱、视景、声音、动感功能模拟，并将结果返回给飞机性能仿真系统和航空电子仿真系统。

优选的是，所述总线包括1394b总线，所述1394b总线配置为环路用以提供冗余，一条电缆失效，总线通信仍能保证。

优选的是，所述飞机性能仿真系统用于控制完成飞机的飞行过程仿真，主要包括飞行单元、飞控单元、发动机单元、起落架单元、燃油单元、液压单元、环控单元以及供电单元。

优选的是，所述航空电子仿真系统用于控制完成飞机综合显控、导航、告警等子系统仿真，主要包括显控单元、大气数据单元、通信单元、导航单元、惯导单元、雷达单元以及告警单元。