基于FlightGear的直升機可視化飛行仿真系統設計

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摘 要：飛行仿真是直升機控制系統研究中必不可少的一個環節。在VC 6.0平臺下建立了直升機非線性六自由度動力學模型，飛行控制律和飛行指令遙控臺，使用串口使三者進行數據傳輸；同時借助FlightGear模擬器外部數據的輸入/輸出接口，將飛行仿真數據通過UDP網絡傳輸，驅動FlightGear可視化引擎，實現飛行仿真中天氣條件、飛行姿態和地理環境的三維可視化顯示。飛行指令遙控臺、飛行控制律、直升機動力學模型及視覺仿真軟件這四者構成了一個完整的可視化仿真系統，實現對直升機的總體結構和飛行情況直觀形象的顯示，從飛機的姿態、位置、軌跡變化中發現存在的問題，對控制策略的設計驗證和改善提供一定的幫助。

關鍵詞：直升機； FlightGear； 三維可視化； 可視化仿真系統

0 引 言

直升機有著諸如垂直起降、懸停、側飛等其他飛行器所不具備的優越的低空飛行性能，以及毫不遜色的高速高空性能，能在不同天氣條件和地面環境下執行各種任務，廣泛應用于作戰、運輸、巡邏、旅游、救護等多個領域[1]。直升機技術已成為航空高技術的重要組成部分，各國正深入大力研發新一代的先進直升機。

對直升機的飛行性能進行研究，飛行品質進行評估還有飛行訓練是直升機研制過程中必不可少的環節，其中一種經濟有效的途徑就是利用計算機對直升機飛行進行大量的模擬仿真實驗，從中發現問題和缺陷，提出解決和改進的方法。仿真過程中，同時借助計算機強大的圖像渲染功能生成人的感覺環境，動態實時地模擬直升機的飛行場所和飛行過程。具體地，它通過計算機圖形學技術、多媒體技術以及地理信息技術等，將描述飛機的運動信息的參數直接關聯到三維場景的飛機幾何模型中，同時將與飛行有關的參數和信息（如地理位置、天氣、環境等）同步集成到一個圖形仿真環境，相對于傳統全數值的仿真結果，它更全面、直觀、綜合地展現飛行狀態及各種綜合信息，為相關技術人員提供一個科學有效的綜合分析工具。

本文提出基于FlightGear的直升機可視化飛行仿真系統軟件的設計方法，首先在VC 6.0平臺上完成運動仿真模塊的設計，包括飛行指令遙控臺，飛行控制律，直升機動力學模型以及三者之間的串口通信；然后將運動仿真模塊與開源飛行模擬軟件FlightGear集成，利用UDP網絡傳輸方式向飛行模擬器FlightGear發送直升機飛行狀態仿真數據，FlightGear根據接收到的仿真數據驅動內置直升機模型生成飛行動畫。