直升机近地告警仿真验证平台研究

发布时间：2017-08-11 06:10

  本文关键词：直升机近地告警仿真验证平台研究

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【摘要】：可控飞行撞地(Controlled Flight into Terrain,CFIT)是造成直升机飞行事故的重要因素之一,直升机地形感知与告警系统(Helicopter Terrain Alert Warning System,HTAWS)是直升机飞行安全的重要保障系统,可有效避免可控飞行撞地事故的发生。本文利用Simulink构建出直升机飞行动力学数值仿真模型,基于Stateflow搭建了直升机地形感知与告警系统告警算法模型,利用Matlab将二者结合建立起一个完整的直升机地形感知与告警系统算法验证平台,为今后的算法测试和研究提供了一个良好的环境。本文主要包括以下研究内容:(1)基于Simulink建立了完整的直升机飞行动力学数值仿真模型。建模时综合考虑了直升机的主要气动力部件的建模以及气动干扰等问题,详细讨论了与主旋翼相关的翼型气动力模型、诱导速度模型和挥舞运动模型的建模方法。基于层次化、模块化的建模原则,整个仿真模型最终在Simulink平台上得到了实现。(2)根据Honeywell公司直升机地形感知与告警系统的相关文献,基于Stateflow建立了完整的告警算法模型。基于Honeywell的HTAWS产品MKXXII使用手册和相关专利,按照输入输出逻辑整理得到具体算法,然后针对各算法模块之间的逻辑关系,利用Stateflow中的状态和转移关系搭建出各算法模型,利用图形函数完成了各模式的包线计算模块,利用真值表实现各模式之间的优先级选择关系。(3)在Matlab开发环境下,将直升机飞行动力学数值仿真模型与Honeywell告警算法模型整合,开发成一套完整的算法测试平台。针对几个典型模式构建了测试算例。基于测试算例,对本文构建的直升机飞行力学模型和Honeywell告警算法进行了仿真测试,测试结果表明,直升机飞行力学模型正确,Honeywell的告警算法运行准确,平台可以有效模拟直升机可控飞行撞地事故,并成功进行告警,证明了本文所构建的直升机告警算法测试平台的有效性。
【关键词】：可控飞行撞地 直升机近地告警 仿真验证 Simulink Stateflow
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V211;V275.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 缩略词12-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 引言13
• 1.2 可控飞行撞地13-15
• 1.2.1 近地告警系统13-14
• 1.2.2 增强型近地告警系统14-15
• 1.3 直升机近地告警系统15-16
• 1.4 国内外HTAWS发展及现状16-18
• 1.5 本文的研究思路及研究内容18-19
• 第二章 基于Simulink的直升机飞行动力学模型的搭建19-36
• 2.1 引言19
• 2.2 基于Simulink的系统建模方法19-21
• 2.2.1 Simulink概述19-20
• 2.2.2 Simulink建模要素20-21
• 2.3 Simulink仿真模型框架21-22
• 2.4 直升机空气动力学模型22-23
• 2.4.1 旋翼空气动力学模型22-23
• 2.4.2 尾桨气动模型23
• 2.4.3 尾面气动模型23
• 2.4.4 机身气动模型23
• 2.5 基于Simulink的模型实现及仿真23-35
• 2.5.1 TRILOAD模块的实现24-25
• 2.5.2 Joystick Input模块的实现25
• 2.5.3 MFCS模块的实现25-27
• 2.5.4 Servo模块的实现27-28
• 2.5.5 Helicopter模块的实现28-33
• 2.5.6 Add/sort forces and moments模块的实现33
• 2.5.7 Helicopter Equations of Motion模块的实现33-35
• 2.6 本章小结35-36
• 第三章 基于Stateflow的直升机近地告警算法实现36-62
• 3.1 引言36
• 3.2 Stateflow概述36-39
• 3.2.1 Stateflow用于近地告警算法建模的优势39
• 3.3 Honeywell公司HTAWS告警算法39-49
• 3.3.1 模式一：下降率过大告警40-42
• 3.3.2 模式二：地形接近率过大告警42-45
• 3.3.3 模式六告警算法45-46
• 3.3.4 HTAWS前视告警算法46-49
• 3.4 基于Stateflow的HTAWS算法模型建立49-61
• 3.4.1 基于Stateflow的模式一告警算法建模51-53
• 3.4.2 基于Stateflow的模式二告警算法建模53-54
• 3.4.3 基于Stateflow的模式六告警算法建模54-56
• 3.4.4 HTAWS前视告警算法建模56-61
• 3.5 本章小结61-62
• 第四章 直升机近地告警仿真平台验证测试62-71
• 4.1 引言62
• 4.2 HTAWS告警算法仿真验证平台62-66
• 4.2.1 仿真平台总体设计方案62-65
• 4.2.2 仿真平台运行方案65-66
• 4.3 算例仿真测试66-70
• 4.3.1 模式一告警算例测试66-68
• 4.3.2 前视告警算例测试68-70
• 4.4 本章小结70-71
• 第五章 总结与展望71-73
• 5.1 总结71
• 5.2 展望71-73
• 参考文献73-76
• 致谢76-77
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文77-78
• 附录A 直升机飞行动力学模型接口含义78-80
• 附录B 模式一测试算例设置80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 魏占红;林都;;武装直升机作战仿真的建模与系统设计[J];中北大学学报(自然科学版);2011年02期

2 郭晓静;;多传感器数据融合在飞机地面防撞中的应用[J];测控技术;2008年06期

3 刘仪;防范可控飞行撞地事故的最新进展[J];国际航空;2001年12期

4 刘亚军;记一次增强近地告警系统运行演示[J];民航经济与技术;1997年08期

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本文编号：654547