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六自由度飞行器半实物仿真技术发展趋势

2021-10-21 17:06:06

在飞行器研制中,系统仿真是必不可少的支撑手段,它对提高飞行器设计质量,降低研制成本,缩短研制周期具有极其重要的作用。据统计,仿真技术可缩短飞行器研制周期20%~40%,节约定型试验样本数10%~30%,减少试验次数50%~80%,缩短联调 时间40%~60%。


半实物仿真作为系统仿真技术的一个分支,是计算机软件、数学模型、系统部件(或设备)与物理效应装置(或模拟器)相结合的仿真方式,为包括飞行器在内的复杂工程系统必不可少的主要仿真方法和手段。由于半实物仿真技术可实现人和硬件在回路仿真,且模拟的逼真度和可信度相对较高,对飞行器研制至关重要。


半实物仿真又称为物理-数学仿真,准确称为硬件(实物)在回路(Hardware in the loop)的仿真。将系统中比较简单或规律比较清晰的部分以数学模型描述,对比较复杂或规律尚不清楚的部分,则直接将实物引入仿真回路中。


半实物仿真技术已经成为飞行器等复杂工程系统必不可少的重要仿真方法和手段,随着新兴技术的涌现,飞行器新概念新需求的不断提出,飞行器半实物仿真能力不断取得突破。


随着飞行器技术的不断发展和应用的不断深入,飞行器将呈现“网络化、集成化、智能化、高效化”的特点,必将对飞行器半实物仿真技术的发展带来新的挑战和机遇,半实物仿真技术必将向“高效、智能、可靠”方向发展,具体表现为以下几个方面:

(1) 半实物仿真技术研究方面

1) 未来仿真机将采用更加开放的体系结构,为集高效处理数值计算、数据、知识的智能化、一体化、交互式的建模/仿真硬软件系统,具有对多体物理对象的分布式处理能力;仿真软件将朝着可互操作性、可重用性、面向对象、一体化、智能化的方向发展;

2) 环境模拟设备将向着空间高度集成化、机械日益轻量化、试验多功能化的方向发展;

3) 仿真实时网络通讯技术将向着高速、高效、高可靠性的方向发展。

(2) 半实物仿真应用方面

1) 半实物仿真应用从支持飞行器核心部件的性能验证向支持飞行器全生命周期验证评估方向发展;

2) 半实物仿真应用从支持飞行器单一平台的验证评估向支持多体平台、飞行器体系的验证评估方向发展;

3) 半实物仿真应用从支持飞行器的性能验证向支持飞行器的鉴定、定型及大规模规模作战演练方向发展;

4) 半实物仿真应用从支撑内场试验验证向嵌入飞行器的智能化仿真验证、多仿真系统网络化方向发展。

未来半实物仿真技术的发展需要着重解决以下几个方面的问题:

1) 针对未来飞行器在复杂电磁环境的需求,需要解决飞行器复杂电磁环境的建模、验模技术,建立通用的复杂电磁环境模型库;

2) 面对未来飞行器全生命周期的性能、验证、评估、鉴定需求,需要解决满足嵌入式仿真、网络化仿真、多体运动仿真的一体化高性能实时仿真平台构建问题;

3) 需求解决高频运动特性、大功率高动态力矩特性、射频/可见光/红外/紫外/激光等多模复合目标特性、卫星/星光/地磁/重力场/惯性等组合导航信号、复杂目标/干扰环境等的模拟问题;

4) 需要解决支持飞行器大规模作战演练、飞行器系统性能鉴定评估等所需的异地异构半实物仿真系统的实时网络通讯使能技术;

5) 面向分布式系统、多实体协同系统的半实物仿真技术取得突破。


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