飞行模拟器是在地面模拟飞行器在空中飞行和在地面运动的一种半实物仿真设备。飞行模拟器是以控制论、计算机技术和机械动力学为基础,以计算机和模拟再现环境和人体感觉的各种物理效应设备为工具,借助系统模型对操作人员的技能和素质进行评价或对飞行器性能进行研究的一门综合性技术。座舱设备仿真是飞行模拟器的重要组成部分之一。座舱设备仿真包括发动机系统仿真、仪表系统仿真、无线电系统仿真、操纵系统仿真、音响系统仿真和燃油系统仿真等。模拟器主计算机通过模/数转换卡(A/D)和开关量输入卡(I/O),对座舱操纵设备的状态采样,并实时解算出各显示、指示设备的值,再经数/模转换卡(D/A)和开关量输出卡(I/O)转换,经驱动放大后控制座舱显示(指示)设备工作,从而实现模拟设备的实时仿真过程。本文首先在查阅大量国内外资料的基础上,综述了歼击机飞行模拟器的特点及组成,介绍了座舱设备仿真的发展、组成及其设计指标,对发动机转速系统数学模型的建立、硬件电路设计、软件实现的方法进行了研究;在给出操纵负荷系统数学模型的基础上,重点研究了操纵负荷系统杆力仿真装置的设计与实现。本课题主要研究内容有:1.发动机系统转速数学模型的建立依据涡喷-6型发动机的基本工作状态和性能参数,采用多项式拟合的方法,建立了发动机转速系统稳态转速的数学模型、加速过程的转速数学模型和减速过程的转速数学模型。在建模过程中不但考虑了发动机转速与油门手柄位置的关系,还考虑了发动机转速与大气条件的关系。2.操纵负荷系统数学模型的建立针对飞行员是直接操纵舵面还是间接操纵舵面,依据有关气动力学知识,给出了相应的负载力数学模型。飞行员直接操纵舵面时,负载力不仅与杆的位移有关,而且还与杆的运动状态及飞机的运动状态有关,飞行员感受到的负载力主要由气动力、惯性力、库仑摩擦力、粘性摩擦力、弹簧力等组成,其中气动力是飞行员在握点处感受到的主要载荷力。 <WP=82>当飞行员通过助力器间接操纵舵面时,作用在舵面上的负载力由液压助力器平衡,在飞机上,飞行员在操纵机构握点或脚蹬处感受到的力是采用弹簧或液压载荷机构及调整片效应机构来模拟的。3.发动机转速系统的设计与实现依据直流伺服控制技术,利用实装设备进行改装,设计了发动机转速系统仿真的硬件电路、仿真转速表驱动电路及仿真转速表指示器。依据发动机转速系统的数学模型,给出了软件实现框图;依据有关飞行模拟器验证的国家军用标准,利用A/D转换卡采集到的发动机转速系统转速的仿真数据(稳态转速、加速转速和减速转速),对发动机转速系统的仿真情况进行了验证。4.操纵负荷系统杆力仿真装置的设计与实现利用电动式力伺服系统加载的方法实现了纵向操纵负荷系统杆力仿真装置的设计。这套杆力仿真装置仿真精度高,响应速度快,超调小,负载力模型和参数易于修改,可适应不同仿真对象和不同工作模式负载力特性变化的要求,已经成功地应用于多种类型的飞行模拟器的操纵系统杆力仿真装置中。该方法也可用于横向操纵负载力及脚蹬力的仿真,修改数学模型后可用于飞行员通过助力器间接操纵舵面时的操纵负荷系统仿真。模拟仿真训练是现代高技术条件下一种新的训练方式,是提高训练效益、保证训练质量的有效途径。我国飞行模拟器的座舱设备仿真已处于成熟阶段,本文是在理论研究基础上的科研开发和创新。实践证明飞行模拟器发动机转速系统和操纵负荷系统的研制成功对保证飞行训练安全、提高训练质量、减少实装消耗、加速战斗员的培养产生巨大的军事和经济效益。