多自由度飞行模拟器系统.docx
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多自由度飞行模拟器系统
飞行模拟器
建
议
书
1.飞行模拟器方案
随着航空航天领域的飞速发展,航空知识的普及，大众对飞行驾驶的渴望越来越强烈，,我公司自主研发的StarFlyer飞行模拟器则使参与者能够在绝对安全的情况下感受超真实的飞行驾驶体验。
飞行模拟器利用先进的计算机仿真技术,不仅能真实地再现飞行环境,还能随时改变各种参数和状态,设置各种故障,是地面上体验飞行驾驶的最好途径,也是展示飞行知识的最好工具。
让参与者体验飞机的起落和飞行状态。
让参与者学习飞机驾驶技术。
本展品是一种模拟飞机驾驶的互动仿真设备，运用计算机三维图像实时处理技术及互动控制技术对整个系统进行管理和控制，模拟出真实飞机的飞行状态让参与者进行模拟驾驶，体验真实飞行感受。
通过操纵杆来控制飞机的速度航向、爬升俯冲、横滚侧飞、盘旋转弯。
参观人员位于驾驶舱内，前面内嵌的大屏幕显示器模拟飞行时的环境。
小屏幕模拟显示飞行地图和各种仪表参数。
驾驶舱下的动感装置模拟出真实的震感和惯性作用。
操作专为飞行仿真设计的操作杆。
力求制造出最为逼真的飞行模拟体验。
2.展品效果图
展品效果图1
展品效果图2
展品效果图3
3.系统构成
3.1系统构成
●驾驶舱：
1.HOTAS飞行操纵手杆
2.仪表显示器
3.
液晶显示器
4.仿航空坐椅
5.照明装饰
●内装饰主要为飞行仪表面板
●二自由度运动平台
●飞行控制系统
1.实时计算机
2.图形渲染计算机
3.KVM切换器
4.折叠液晶套件
5.千兆以太网交换机
6.电源
7.机柜
3.1.1驾驶舱
具有战斗机驾驶舱外型特点，制作飞机模拟驾驶的舱体模型，外形和特征为经过卡通化设计使造型、色彩、装饰更符合儿童或青少年喜好的战斗机驾驶舱。
3.1.2舱内驾驶环境
舱内环境为仿战斗机驾驶舱内环境，模拟战斗机驾驶舱内环境的主要特性，给观众创造一个真实的战斗机飞行驾驶舱舱内环境。
模拟驾驶舱包括舷窗、仪表台、驾驶座椅和舱内装饰。
超大42英寸液晶显示器使视景有更强烈的纵深感和沉浸感。
仪表台包括各种软仪表和硬仪表及操纵系统。
仪表模拟功能可显示相应信息，包括飞行速度、发动机转速、飞行高度、飞行航向图、姿态仪、空速表等。
操纵件模拟功能提供各种操纵件的模拟，包括方向舵、升降舵、油门推杆以及各种按钮等。
操纵件左右各一套，供模拟驾驶员操作。
驾驶座椅基于飞行员驾驶座椅特性，制作仿真的驾驶员座椅。
舱内装饰包括各种模拟仪表、各种模拟开关、指示灯、以及内饰。
模拟仪表和模拟开关、指示灯用来烘托舱内的效果以便仿真真实环境，以使乘员具有身临其境的感觉。
内饰选用仿机舱内壁的装饰材料。
3.1.3飞行过程视景仿真
飞行过程包括机场待命、滑出机位、跑道滑行、起飞待命、起飞、平飞，飞行过程中的偏航、俯仰、滚转以及遭遇气流的颠簸，下降过程中的俯冲、低空飞行、降落、快速滑行、停靠机位等。
飞行视景提供虚拟场景库，包括机场、市区、以机场为核心的整个地区地形、地貌、主要建筑等。
通过视景可以俯瞰市区。
通过视景特效可以模拟夜间飞行、白天飞行、穿过浓雾飞行。
飞行过程提供目标物体，可以进行目标物飞弹攻击，目标物包括目标飞机、目标舰船、目标坦克、目标建筑、及其他目标物，总数不少于10个，可进行成绩记分，并通过目标物设置引导飞行方向。
视景图-1（实拍效果）
视景图-2（（实拍效果）
视景图-3（实拍效果）
3.1.4飞行控制系统
飞行控制系统是整个模拟飞行控制的核心，主要完成以下功能。
（1）飞行动力学实时仿真运算；
（2）整个飞行过程的控制，包括系统启动、运行暂停、复位、停止及监控等功能；
（3）各部分系统的协调控制，保证各部分的视景系统、运动系统、仪表系统、动力学仿真协调一致；
3.1.5操纵手柄
操纵机件－符合HOTAS标准操作手柄。
「HandsonThrottleandStick（HOTAS，手控节流阀控制系统）」。
最近十年，军方的航空工程师已经试着改善飞机的操作界面，其中也包含了极端的战斗状态。
由于囊括了他们主要的的先进研究成果，HOTAS概念已经具有真正的创新性。
全金属摇杆
HOTAS忠实的仿真了USAF（美国空军）F-16Block50战斗机型的操纵设备。
这里是它的规格：
轴数：
7个模拟轴（2个是microstick）按钮数：
16（28包括苦力帽（directionalhats））苦力帽：
4到8方向（一个可以被Windows辨认）处理器：
内藏的24MHz处理器内存：
64Kb连接界面：
USB1.1全速兼容系统：
Windows2000、XP
HOTASCougar的机械结构展现了极大的强度与耐用性。
巧妙的使用了8公斤（17磅）的金属，所造就的手感不是其它摇杆所能够比拟，同时能够承受快速、暴力的操作。
3.1.6飞行仪表
飞行仪表模拟，包括速度表、发动机转速表、高度表、姿态仪、空速表等，显示飞行阶段的飞行状态、飞行参数、典型工作状态参数。
4.技术参数
1、舱体设计指标
（1）视景通道：
1个。
（2）显示器尺寸：
42＂。
2、视景性能指标
（1）视景延迟不超过50ms；
（2）视景画面帧频为30帧/S；（3）显示分辨率为1920×1080；
（4）视场画面刷新率75Hz；（5）场景中有不少于10个活动目标。
3、信号传输性能指标
由操作到视景和仪表系统之间的信息传输延迟不高于150ms。
4、仪表显示系统及操纵系统的性能指标
（1）仪表系统的显示方式、显示参数、精度、范围应和实际飞机相似；
（2）仪表系统，如速度表、发动机转速表、高度表、姿态仪、空速表等应显示飞行阶段的飞行状态、飞行参数、典型工作状态参数等。
（3）操纵件外形如操纵杆、方向舵、升降舵、油门推杆等尺寸和布局要有真实感。
5、音响系统的性能指标
音响可模拟飞行过程中所能听到的各种噪声特性，包括：
发动机噪声、气流噪声、飞弹发射音效、命中目标音效等。
6、飞行控制系统的设计指标及要求
（1）控制系统进行舱内仪表系统所显示参数的仿真计算；
（2）控制整个模拟器系统的运行，使视景、噪声音响、舱内仪表、运动平台显示协调一致；
（3）在模拟器运行中对整个系统进行实时监测；
（4）对整个模拟器系统进行启动、运行、管理、故障检测；
（5）控制台的操作简便，使操作人员能方便地管理、控制。
7、参与人数指标：
1人。
8、运行时间:
5分钟。
9、展品长、宽、高（米）：
3.5×1.8×2.4
5.技术特点
1、飞行动力学模拟技术
本软件设计的飞行动力学模型能模拟飞机绝大部分的技术动作，如起飞，飞行，降落等等，并且本软件支持各种飞行操纵杆，无论是低端的简易游戏杆，还是高端如HOTAS专业的操纵杆，都能自动识别并匹配。
2、卫星遥感系统及其他基础地理信息技术
本软件使用数字高程数据以及卫星遥感数据作为数据源制作的三维地形，呈现的是真实的地理环境，其逼真度，精细度，绝非完全依靠手工制作的三维地形所能比拟的。
近几年，图形图像学中支持大地形生成，海量纹理调度的相关技术迅速发展并趋于成熟，计算机处理能力大幅度提高，使得构建“真实地理环境”的视觉效果有了技术保障。
3、LOD技术（细节层次技术）
LOD技术是大地形生成中广泛采用的一种技术。
在LOD简化模型研究领域，最基本的是关于几何网格的简化，国内外在该方面已有较多的研究，提出了不少算法。
比如有基于顶点移去的网格简化算法；使用多分辨率近似法自动生成物体简化模型，但不保持原有模型拓扑结构的算法；利用小波变换把多面体模型表示为多分辨率形式，生成一系列连续的多LOD模型；以及基于网格简化的优化算法等等。
4、页面调度技术
真实环境视景数据库的数据规模巨大，一个完整的场景通常有2GB左右的纹理，几何多边形数量也在几万甚至几十万。
按照传统的驱动方式，一次将如此海量的数据加载到计算机内存或纹理内存是不现实的。
本软件的方法是采用页面调度方式，即眼点所见的视景是一个有限远的视锥，视锥之外的纹理和几何多边形尽量少地加载、计算，根据眼点的运动矢量预测变化趋势，实时地将需要的纹理和数据库结构实体调入、调出纹理内存或内存。
5、实时渲染技术
本软件与传统的渲染软件不同，传统渲染软件对生成的三维数据进行渲染后，无法在对这些数据做任何的修改，但本软件在渲染的同时，也可以实时的修改数据，如飞机发射的导弹在地面或山上爆炸后，会形成一个弹坑，并且坦克经过这个弹坑时，会与这个弹坑相作用。
6、全天候的环境控制技术
在模拟飞行的过程中，可以自定义天气环境，如下雪，下雨，还可以随意选择当前的时间，如上午，下午，傍晚，午夜等等。
7、灯光效果
在机场，城市中，还有很多特定的光点，如机场跑道的滑行灯，引导灯，中心灯，边灯等等，以及城市里的随机光点。
提供更加逼真的视觉效果。
6.二自由度运动平台
6.1二自由度飞行模拟器：
简介：
二自由度动感平台配合多通道飞行模拟系统，给客户以最刺激的空战飞行体验。
二自由度运动平台是由三支作动缸，上、下两个平台组成，下平台固定在基础上，借助作动缸的伸缩运动，完成上平台在空间二个自由度的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态。
图1运动平台方案框图
6.2具体尺寸参数如下：
项目
尺寸
初始高度
45cm
作动缸初始长度
67.15cm
作动缸最大长度
79.65cm
作动缸最小长度
54.65cm
作动缸位移
25cm
平台初始高度
45cm
平台最大高度
62cm
平台最小高度
22cm
图1运动平台结构简图
6.3系统组成
1、二自由度动感平台
2、电机控制器
3、电气控制系统
4、特效系统
5、计算机
6、控制软件
6.3系统参数：
名称
参数
名称
参数
额定功率
22KW
俯仰转角
±20º
电源电压
380V
侧向转角
±15º
额定压力
8-10MPa
平台载重
400～500KG
伺服缸行程
±200
环境温度
0~35℃
加速度
0.5G
系统介质
L-HL46
平台尺寸
待定
安装空间
待定
噪声
≤70db
设备自重
4T
6.4平台
驱动采用MOTEC电机控制器。
二自由度可以实现如下动作方式：
●前后俯仰
●左右倾斜
●上下升降
6.5电气控制：
PLC输出可以对外输出16个开关量控制信号，通过继电器可以控制外部的特效装置，如屏闪灯，鼓风机，等。
PLC的输入端口可以接控制面板按钮。
操作面板示意图如图。
按下开始按钮后，当影片播放则平台跟随动作。
当遇到紧急情况，如某为观众感到非常不适，操作员可以随时按下急停按钮，平台及特效装置立刻停止工作，并且回位到出示状态。
特效按钮，可以有操作员绝对是否开启全部特效，如观众年龄比较小，不适合过分刺激的特效，可以适当关闭部分特效。
6.8软件功能：
播放软件负责播放客户的节目文件，同时播放软件向PLC发出动作指令。
没部电影必须配合一套动作脚本文件。
动作脚本文件是跟电影同步的帧文件，用户只需要提供影片，使用专用的动作采集器，非常迅速的就可以为影片配上动作。
脚本文件客户如果需要可以自行修改。
达到增大动作幅度或减小动作幅度的目的。
6.9基础设施要求
本系统需要
1、380V/20KW电源
2、根据施工图纸的地面预埋件
3、宽度达到平台最小宽度的通道
4、现场操作员
7.基本飞行动作介绍
起飞（爬升）：
在0-90度（梯度指示器上有显示）的范围内机头与地面所成的角度越大，爬升的速度就越快（假定发动机推力不变）。
在爬升的过程中飞机速度会不断减慢,机头与地面的角度越大减速就越快所以爬升也可以作为一种制动的方法。
转弯（转向）：
在转弯时飞机的机翼与地面所成的角度越大，转弯半径就越小，对自己就越有利。
但同时飞机和飞行员所要承受的G力就越大。
降落（俯冲）：
与爬升正好相反俯冲是把重力势能转化为动能的过程。
俯冲时机尾与地面的角度越大，俯冲的速度就越快。
同时自己本身的速度也变大，飞行高度降低了，飞机更加灵活了。
俯冲的角度最好不要超过40度否则很难再将飞机改平。
8.飞行模拟器安装现场的要求
●场地大小
1.飞行模拟器尺寸：
5×4×3.5（米）
2．全套系统包含一个独立驾驶员坐舱和一个主控机柜
所需场地最小面积:
10.0×8.0米
登机梯尺寸:
0.762×0.762米
主控机柜尺寸:
0.61×0.762米
●固定运动平台
飞行模拟器必须固定在地面上方可开启运行，要求场地允许地面固定。
打膨胀螺栓与地面固定时，地面基础比如说混凝土层应有足够的厚度。
●设备防静电
1.有效地抗击和防止静电放电（ESD），需要有可靠的接地端
2.环境温湿度：
环境
操作区
储存区
设备进风口温度
15°Cto26.7°C
-18°Cto50°C
相对湿度（不凝固）
20%to80%
0%to90%
相对湿度保持在45%以上可有效防止静电。
●承重
设备总重:
153.4kg
驾驶员坐舱:
1174.24kg
运动平台:
1348.48kg
电动机:
630.68kg
人员重量:
200kg
最小地面承重:
450.0kg/㎡
●电源
设备电源要求:
220~240Vac交流，47~63Hz，单相380Vac交流双相各1
电压波动：
<±10%
频率波动：
<±5%
每个坐舱系统需要6个独立回路，主控机柜需要2个独立回路，备用工作回路2个，回路总数：
28个。
运动平台必须从电路上独立出来。
系统元件
功耗KVA
主控机柜
3．8
运动平台
6．0
●安全性
1.防水
2.灭火器
●清洁
保持工作区域清洁、干燥
9.设备配置
配件
型号
数量
单位
配置说明
计算机
主控工作站
1
台
主控计算机
工作站
图形工作站
1
台
运行仿真系统用
机柜
15U
1
个
封装计算机
视景显示器
42"平板液晶显示器
1
台
显示飞行的环境
显示器
17"平板液晶显示器
1
台
主控显示器
音响
HiFi2音响
1
套
产生环境效果音
控制器
飞行控制器
1
套
飞行操纵杆
展板
木制
6
块
展示各种知识
飞机模型
定制
1
台
玻璃钢制作，表面喷涂
小型液晶显示器
8″液晶显示器
1
台
显示飞行地图和各种仪表
动感平台
二自由度
1
套
动感模拟
10.流程图
系统硬件架构图
操作流程图
参观流程图
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