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无人机实时飞行仿真系统的设计与实现

作　者: 杨斐
导　师: 罗东明
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 无人机飞行动力学面向对象 DirectX 飞行仿真
分类号: V216.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 298次
引　用: 3次
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内容摘要

本文主要介绍了如何建立模拟无人机飞行的飞行仿真系统,详细分析了实时飞行仿真系统的建模需求、建模方法及仿真模型的构建。文中以某无人机为原型,完成了飞行动力学仿真模型的建立和无人机飞行仿真系统软件的开发工作,并且利用仿真结果对无人机模型的飞行特性进行了分析评估。主要研究内容如下:1.讨论了设计开发飞行仿真系统面向对象的建模方法,构建了本系统的模块结构,为本文的建模工作提供了总体框架,并分析了模块的划分情况和各模块的功能。2.飞行仿真系统的详细建模过程。该系统主要由空气动力模型、飞行动力学方程模型、飞行控制模型、动力系统模型和大气环境模型等构成。3.仿真系统的实现。运用DirectX、面向对象编程等技术,实现了基于PC机的三维虚拟飞行仿真系统。该仿真系统通过人机交互飞行,可以直观地显示无人机的飞行姿态与轨迹,同时也可记录分析仿真飞行数据。4.基于飞行仿真系统得到的结果数据,对无人机模型的稳定性与操纵性能及弹射起飞过程中的飞行特性变化进行了分析评估。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-11
第一章绪论  11-15
  1.1 飞行仿真概述  11-12
    1.1.1 飞行仿真的分类  11
    1.1.2 飞行仿真的现状及发展方向  11-12
  1.2 无人机仿真的研究目的和意义  12-13
  1.3 本文的研究内容  13-15
第二章无人机飞行仿真系统的设计  15-23
  2.1 面向对象的建模方法  15-17
    2.1.1 面向对象方法的特点  15-16
    2.1.2 面向对象的设计准则  16-17
  2.2 飞行仿真系统的总体结构  17-18
  2.3 各模块划分的原则  18
  2.4 DirectX 技术  18-20
  2.5 无人机实时飞行仿真系统开发  20-22
    2.5.1 需求分析  20-21
    2.5.2 概要分析  21
    2.5.3 详细设计  21-22
  2.6 本章小结  22-23
第三章无人机飞行仿真系统建模  23-46
  3.1 坐标系定义与选择  23-25
  3.2 飞行动力学方程模型  25-28
    3.2.1 质心运动方程  25-27
    3.2.2 飞行器旋转运动方程  27-28
  3.3 空气动力模型  28-34
    3.3.1 AVL 软件简介  29
    3.3.2 无人机气动力及气动力矩的计算  29-34
  3.4 螺旋桨模型  34-35
  3.5 无人机的弹射模型  35
  3.6 大气环境模型  35-38
    3.6.1 大气数据模型  36
    3.6.2 大气扰动模型  36-38
  3.7 飞行控制模型  38-39
  3.8 操纵输入模型  39
  3.9 四元数法的应用  39-42
  3.10 飞行动力学方程的数值解法  42-45
    3.10.1 Runge-Kunta 法  42-43
    3.10.2 线性多步法  43
    3.10.3 实时仿真算法  43-45
  3.11 本章小结  45-46
第四章无人机飞行仿真系统的实现  46-59
  4.1 创建实时消息循环  46-48
  4.2 主要应用类简介  48-55
  4.3 无人机外形建模  55-56
  4.4 用户界面的设计和实现  56-57
  4.5 不同仿真视角的实现  57
  4.6 代码的优化  57-58
  4.7 本章小结  58-59
第五章飞行仿真结果分析  59-63
  5.1 弹射起飞分析  59-60
  5.2 无人机升降舵瞬时偏转响应分析  60-61
  5.3 无人机副翼瞬时偏转响应分析  61-63
第六章总结与展望  63-64
  6.1 全文工作总结  63
  6.2 下一步工作展望  63-64
参考文献  64-67
致谢  67-68
在学期间的研究成果及发表的学术论文  68

无人机实时飞行仿真系统的设计与实现

内容摘要

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