飛行模擬器的案例
谷歌飛行模擬器：像鴿子一樣俯瞰倫敦
摘要: 谷歌的飛行模擬器能讓你像鴿子一樣俯瞰城市，但是你也必須像鴿子一樣拍動翅膀。 雖然倫敦城的鴿子是出了名的招人厭煩，不過不得不承認，很多人還是非常羨慕它們的，因為它們可以在天空自由自在地飛翔，不僅能呼吸 ...
谷歌的飛行模擬器能讓你像鴿子一樣俯瞰城市，但是你也必須像鴿子一樣拍動翅膀。
雖然倫敦城的鴿子是出了名的招人厭煩，不過不得不承認，很多人還是非常羨慕它們的，因為它們可以在天空自由自在地飛翔，不僅能呼吸到比地面更清新的空氣，而且還能俯瞰整座城市的美景。
近日，倫敦大學的研究人員將谷歌地球飛行模擬器和動作感應器結合在一起，創造出來只要通過像鳥一樣不停揮動翅膀的動作，就能達到好像在城市上方飛行的效果。用戶可以不停揮動手臂獲得高度(揮得越快越高)，把手臂放下就會像俯沖一樣下降，向右傾斜或者向左傾斜就會改變方向。
該模擬器是是倫敦大學Bartlett建筑學院高級空間分析中心(CASA)研制出來的，他們正在做一個城市仿真的程序模型，而這個鴿子模擬飛行器的設計是他們研究的一部分，通過這個飛行器，你可以像鴿子一樣探索倫敦的每一個角落。這個模擬器使用了微軟Kinect傳感器，當感應到用戶的身體動作或者手勢以后，就會將相關信息轉換到谷歌地圖3D網頁插件上。
CASA負責人安德魯·史密(Andrew Smith)表示，他們希望把這個設計放到利茲城的博物館里讓公眾體驗，目前正在和倫敦市相關負責人進行磋商，以便能夠在倫敦市政大廳里裝一個。
他說：“這個模擬器雖然很好玩，但是我們希望傳達一個溝通交流的訊息，那就是這個城市不止包含你我，同樣包含很多其它的生命。現在很多人都不關心城市的現狀，報紙上的數據或者報道，人們通常也不會認真去看。
展開 戰機模擬器逼真的三維視景-飛行仿真技術研究所
飛行仿真小成本獲取大效益
對每臺模擬訓練器進行測試，確保送到部隊的產品100%合格。
上世紀80年代中期，外軍興起了第二次訓練革命，廣泛開展以計算機模擬為核心的模擬化訓練。從此，世界許多國家開始把模擬訓練納入軍事訓練體系，成為提高軍隊訓練質量和效益的重要途徑。
1974年，空軍某飛行學院仿真技術研究所成功研制出某型轟炸機儀表飛行模擬器，開創了我空軍飛行模擬訓練的先河。飛行是公認的高技術、高風險、高耗費的職業。一架飛機幾千萬甚至幾個億，訓練中稍有閃失就會機毀人亡。但模擬訓練不僅可以節約訓練成本，而且完全不受時間、地點和天氣的限制，安全系數較大、訓練效益高。
“仿真技術的發展對于飛行訓練的意義就是用最小的成本獲得最大的效益！”該院仿真技術研究所所長謝東來介紹說，近10年來，該所為陸海空部隊研制生產了涵蓋轟炸、運輸、殲擊、直升機等多種機型模擬器數十臺，覆蓋了三軍部隊80％的主戰機型，滿足了飛行部隊70％的模擬訓練需求。從2002年至今，已組織空軍飛行人員模擬訓練累計15000多個小時，節約了巨額經費。
模擬跨晝夜飛行，極大地提高了飛行員地面訓練的效果，為升空飛行奠定了良好的基礎。圖為飛行人員伴著“月亮”練習倒飛技術。（解放軍畫報圖片）
“實驗室”連著訓練場
“老謝，我們搞對抗完全是‘自己’打‘自己’，要研究你就研究真正的‘藍方’主戰飛機模擬器，這樣模擬訓練才能真正提高戰斗力！”在一次調研中，空軍航空兵某師師長的話讓謝東來眼前一亮。
3年臥薪嘗膽，該所終于研制成功某飛機飛行模擬器，為我軍飛行員戰術訓練中有針對性地進行戰術模擬對抗演練提供了可能。
隨著世界軍事變革步伐的加快，該所的科研人員認識到，大型聯網對抗系統雖然功能強大，逼真度高，但聯網對抗模擬系統需要數臺甚至數十臺模擬器組成，造價高、體積大，目前來講在航空兵團、飛行大隊難以普遍推廣。
展開 知道美軍為啥不選波音戰斗機了，自己監督自己，新飛機不給模擬器
美國聯邦航空管理局的工程師其實已經發現，波音提交的安全評估存在問題，比如安全報告沒有標出新型飛行控制系統的全部動力，為了防止飛機空中失速，飛行控制系統可以轉動飛機的水平翼，讓機頭朝下，控制系統轉動尾翼的速度要比安全評估標出的速度高出三倍多。中國航空愛好者普遍認為，這是客機失事的最主要原因。
波音737-8客機水平翼的實際轉動角度小于0.6度，但去年獅航公司610航班墜毀之后，波音公司首次向各個航空公司提供的“操縱特性增加系統”操作手冊則把角度標成2.5度。印尼獅航失事之后的調查顯示，波音737 MAX客機上伸出機外的唯一的傳感器失靈，導致飛機墜毀之前飛行控制系統被啟動了多次，機頭不斷向下翻轉，飛行員則拼命把飛機向上拉抬。這就表明，新型飛行控制系統的某個部件一旦出現故障，飛行員就無法完全控制飛機。
據俄羅斯衛星網透露，波音新型飛機安裝了機動特性增強系統（MCAS），系統可以自動控制下壓機頭。在印尼獅航空難發生后查明，該系統可能在沒有緣由的情況下啟動，錯誤的讀取數據觸發MCAS下壓機頭，而飛行員并沒有全面了解這一系統。美國西南航空和美國航空公司的工會組織多次要求波音公司為737 MAX客機建造飛行模擬器，但波音公司以及美國民航局卻決定，飛行員無需額外培訓，只需在iPad軟件上學習可能出現的故障掌握飛行軟件的運作情況。
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但是，飛行員學習新型飛機的駕駛需要用在飛行模擬器上訓練很多飛行小時，波音737 MAX客機的培訓僅借助iPad軟件學習，理由是飛行員里很多人都駕駛過波音737型客機。可是，波音737 MAX8不是737-800，中國乘客把MAX8和737-800混為一談情有可原，波音公司自己認為737所有型號駕駛方法相似，這就不專業了，很不負責了，難怪他們的股票下跌，市值蒸發。
展開 飛行器水面迫降模擬
飛行器水面迫降模擬
飛行器中的“精靈”——CA-X4810四旋翼飛行器
近年來，四旋翼飛行器可謂是航空領域的寵兒。無論是“小巧會飛的照相機”，還是飛行器大賽的種子選手，亦或是電力巡檢、快遞投送、救援搶險的小能手，甚至是披掛上陣，執行軍用任務的空中間諜，你都能看到四旋翼飛行器的身影。
從1970年，法國人發明的世界第一架有人駕駛的四旋翼飛行器升上天空，到近年來逐漸成為主流的微小型多旋翼無人機飛行器，四旋飛行器的發展并不能說是一帆風順。但隨著新材料、微機電、飛機控制等技術的不斷發展，多旋翼飛行器在實現微小轉化后，已經擁有了廣闊的民用和商用前景。
目前，棲云通航公司已上市了CA-X4810四旋翼飛行器。CA-X4810是一款超長續航，融合多功能的四旋翼飛行器。機身使用超輕碳纖維材料與航空鋁合金，相較于傳統金屬材料，結構性增強的同時，質量可以減輕25%。超輕機身巨能飛！
CA-X4810四旋翼飛行器使用了自主研發的超高密度鋰電池，比常用的鋰聚合物電池提高了50%的續航性能，在-40℃的環境下，容量保留率仍能達到70%。高密度電池實現超長續航！
CA-X4810四旋翼飛行器還使用了自主研發的高效率超輕無刷電機，電能轉化效率高達81.9%，最大速度可達到70KM/h，最大爬上速度可達5m/s,懸停時長最高可達100分鐘。輕量化動力系統，實現超高的巡航里程！
展開 LS-DYNA-ICFD飛行器流場仿真 ￥39.99
ICFD作為DYNA新的流體動力學模塊，其可以模擬不可壓縮流體，并且可以進行流固耦合仿真。本案例利用ICFD模塊模擬某飛行器非穩態流場。
1、工況設置
DYNA-ICFD模塊，僅需剖分入出口和壁面網格，無需畫邊界層網格和體網格，邊界層網格和體網格由DYNA程序自動劃分。剖完入出口網格和壁面網格，須在LSPP中將結構網格轉化為多物理場網格，如下圖。
本案例中*ICFD_PART分別為inlet、out、boundry和airplane四個；boundry為外部壁，案例中設置外部壁為滑移邊界，不需要設置邊界層；airplane為內部壁，為非滑移邊界，利用*MESH_BL關鍵字設置邊界層網格：
由于DYNA不需要劃分體網格，但需要設置壁面圍成的體，在*MESH_VOLUME選擇所有*ICFD_PART生產體。
邊界條件設置，inlet設置速度邊界條件，方向為X方向和振蕩邊界；out設置為壓力邊界，相對壓力為0；boundry為滑移邊界；airplane為非滑移邊界。
最后設置ICFD控制卡片和時間不長，根據自己需求設置問題結束時間和每個d3plot輸出時間。此外，可以修改*ICFD_CONTROL_GENERAL卡片中的ATYPE值將問題設置為穩態或瞬態問題。
采用smp_d_R11_0或mpp_d_R101求解器求解，特別注意ICFD求解一定選擇雙精度求解器。
2、仿真結果
利用LSPP后處理，打開MSPOST，可以查看壁面和流體的流速、壓力等，還可以設設置streamline、isosurface，section等選項。本案例中飛行器瞬態流場結果如下。
飛行器流線及流速
飛行器流線及壓力
飛行器渦線及壓力
展開 我國超高速風洞預計2022年建成，天地往返飛行器高超音速飛行器曝光
在央視報道中，出現了疑似中國新型天地往返飛行器和高超音速飛行器的影子。
風洞被譽為是飛行器的搖籃。在位于北京懷柔科學城，一支幾代人傳承的科研團隊打造出了最新一代JF-22超高速風洞將于明年建成。
飛行器在天上飛，空氣不動，但是我們在地面上的時候，沒有辦法讓飛行器去飛，需要做一個飛行器的模型固定在這，在風洞產生高速的氣流吹這個模型，模擬它在天上飛的過程，這個就是風洞。
爆轟驅動超高速高焓激波風洞簡稱為JF22超高速風洞于2018年3月正式啟動，現在已進入現場安裝階段，完成真空艙、試驗艙和噴管的安裝，并通過專家組中期檢查，將于2022年建成。
▲JF22超高速風洞儀器安裝現場
就是這樣一個項目，經歷數代研發者的不懈努力，在錢學森、郭永懷部署的戰略方向上一路攻關，從高溫材料、到異型構造、再到傳感器設計，科研團隊在無人區反復探索，終于實現了從理論創新到技術創新的跨越。
直到2012年，總長265米、試驗段直徑達3.5米的JF-12復現風洞研制成功，可復現5到9倍聲速的飛行條件，實驗時間超過100毫秒，比其它同類型的激波風洞提高1個量級，成為國際最大、整體性能最先進的激波風洞，為我國航空航天重大任務研制提供了關鍵支撐。
作為研制新一代飛行器的搖籃，JF-22超高速風洞可以復現相當于約30倍聲速的飛行條件。JF-22最核心的技術就是通過正向爆轟驅動器為基本功能，提供平穩的驅動氣流，風洞的試驗能力要比JF-12驅動能力提高10倍。
▲JF12復現風洞
中科院力學所研究員、懷柔激波風洞項目負責人姜宗林說，JF-22風洞的目標是助力天地往返系統，若成功可以把衛星和航天器發射費用減掉90%。
展開 多旋翼+螺旋槳型eVTOL飛行器飛行性能簡要評估
多旋翼+螺旋槳型 eVTOL 飛行器實際上是電動版的復合式直升機。電動多旋翼相當于復合式直升機的單/雙旋翼，是專門用于提供升降力的推進器，電動螺旋槳是專門用于前向飛行的推進器，多旋翼的支撐結構可作為飛行短翼，在前向飛行時減輕多旋翼的升力負擔。
共軸雙槳復合式直升機
同多旋翼型 eVTOL飛行器和機翼+螺旋槳+多旋翼型eVTOL飛行器一樣，在此簡要評估一下此種類型 eVTOL 飛行器的飛行性能：
Eve Air Mobility Eve V3 網址：https://evtol.news/embraer/
垂直飛行性能：
多旋翼+螺旋槳型 eVTOL 飛行器，可靈活設計電動旋翼的直徑尺寸、功率載荷、旋翼數量，電動螺旋槳數量以及安裝位置、結構布局。
懸停狀態飛行：電動旋翼安裝位置距離飛行器重心遠，控制力矩大；電動旋翼在水平面上多位均勻布局，量化了方位角度，控制響應快；電動旋翼同型號的數量多，便于設計交替冗余使用。遇有強風干擾，電動螺旋槳能夠逆風推進，提高飛行器的抗風性能。
起降狀態飛行：垂直起飛時，電動螺旋槳能夠快速強力推進飛行器，加快從懸停到前飛狀態的過渡時間，減少懸停能量消耗；降落進近時，電動螺旋槳能反向推進為飛行器剎車，避免機頭上揚影響駕駛員著陸操縱視線。
前向飛行性能：
多旋翼+螺旋槳型 eVTOL 飛行器，專門由電動螺旋槳提供前向水平推進動力，能夠保持多旋翼槳盤平面處于水平狀態，使各個電動旋翼能夠均勻提供升力，避免了前后電動旋翼功率需求差異過大的困境。
電動旋翼支架結構能夠進行翼型設計，前向飛行時產生附加升力，提高飛行器的升阻比。
展開 世界最大飛行器，“飛天屁股”即將上天，可連續飛行兩周，中國的也來了
可能有些朋友還記得前幾年出現的一個被人們戲稱為“飛行屁股”的巨型飛艇，來看看它的樣子，從其前面的角度來看，真不是一般地驚艷，這個名稱真的是太形象太傳神了。
實際上這架飛艇的名字叫做Airlander 10，中文譯名多為“天空登陸者”，但由于其造型太過性感，人們大多只記住了“飛天屁股”這個名字，它由英國Hybrid Air Vehicles （HAV）混合空中飛艇公司設計和制造。
其造型既像飛艇也像飛機，而且它體積巨大，是全球最大飛行器，長度達92米，寬44米，高30米左右，僅上面用來載人和裝貨的船艙就長達46米，寬6米，占地面積約195平方米（非長方形）。
單從體積上來說，它要比波音747、空中客車a380、乃至安225等巨型飛機都更大，有人稱它是世界上最大的飛機，但很顯然它應該歸類為飛艇，所以應該稱其為世界上最大的飛行器，其內部至少可以注入3.8萬立方米的氦氣，可以將它托浮到六千多米高。
但是一般情況下它只會在500~1000米的高空中飛行，通常不會超過1500米，除非是連續多日的長距離飛行，理論上它可以連續飛行兩個星期，載人的情況下可以連續飛行5天。
Airlander 10依靠四臺325馬力的渦輪增壓柴油發動機驅動螺旋槳引擎提供動力，飛行時速度可達每小時150公里，雖然它的速度要比飛機慢，但是它的好處是不需要在機場降落，相對比較空曠的地方它都可以起飛和降落，甚至在雪地冰面乃至在海面上都可以隨時請假。
展開 使用TCFD進行螺旋槳式飛行器外流場分析
試驗數據對比
在本節中，我們將結果與幾次飛行和風洞試驗數據進行比較。必須注意的是，仿真模擬和實際試驗數據的比較往往是有問題的，因為很難去完全模擬實際的試驗條件。比如在仿真中，戰斗機模型都進行了簡化，同樣的，風洞模型也進行了簡化；散熱器入口，出口和化油器入口等也都被設置為了普通的壁面。
飛機在空間的位置及迎角等，只有在初始CAD建模時才能夠進行調整，而在風洞試驗中它可能會隨著控制舵的力矩發生變化。另外螺旋槳的傾角，在某個工況的模擬過程中它是一個常數保持不變，但是在實際飛行過程中，它會隨著飛行速度和發動機的轉速發生變化。另一個困難是計算域的大小和邊界條件，這都會影響最終的結果并可能增加一些不確定性。
因此，為了獲得更有可比性的結果，仿真中定義的攻角必須與試驗報告中定義的攻角一致；我們必須在試驗報告中找到盡量詳細的模型信息，從而保證模擬和實際攻角的一致。
當考慮了以上這些因素之后，我們才能夠更加準確的認識仿真數據與試驗數據之間的關系。
測試案例1——噴火式戰斗機Mk VIII試驗記錄
當初的飛行試驗報告中包含了噴火式戰斗機Mk VIII的飛行試驗數據，其中包含升力系數隨攻角變化的曲線。在這里，計算數據不能直接同試驗數據進行比較，是因為測量的升力系數并不真實，必須根據位置進行修正。報告提供了修正后的數值。
展開 使用TCFD進行螺旋槳式飛行器外流場分析
TCFD是CFD Support團隊為我們帶來的新一代葉輪機械專用CFD模擬工具。TCFD不受用戶人數和核數的限制，具有完全自動化的流程，極大地提升了CFD模擬的效率；同時，它保持求解器的開源，可以由用戶自行決定CFD研究的深度，能夠更充分的利用硬件功能使之用于CFD模擬過程。
TCFD的性能
TCFD是專門針對泵、風扇、壓縮機和渦輪等旋轉機械內流場開發的模擬軟件。目前，CFD Support團隊將其應用擴展到了更多的領域，比如飛行器的外流場計算。
案例——噴火式戰斗機Mk VIII
這篇研究案例展示了如何利用TCFD對飛行器進行模擬。噴火式戰斗機是二戰時期服役于英國皇家空軍的著名戰斗機。24種主要機型共生產了超過20000架次，這使得Spitfire成為有史以來生產最多的飛機之一。由于其CAD模型可以從“GradCAD”上方便地獲取，我們選用了Mk VIII噴火式戰斗機作為案例用的模型。這個機型的明細可以參見下面的表格。
展開 
使用TCFD進行螺旋槳式飛行器外流場分析
TCFD是CFD Support團隊為我們帶來的新一代葉輪機械專用CFD模擬工具。TCFD不受用戶人數和核數的限制，具有完全自動化的流程，極大地提升了CFD模擬的效率；同時，它保持求解器的開源，可以由用戶自行決定CFD研究的深度，能夠更充分的利用硬件功能使之用于CFD模擬過程。
TCFD的性能
TCFD是專門針對泵、風扇、壓縮機和渦輪等旋轉機械內流場開發的模擬軟件。目前，CFD Support團隊將其應用擴展到了更多的領域，比如飛行器的外流場計算。
案例——噴火式戰斗機Mk VIII
這篇研究案例展示了如何利用TCFD對飛行器進行模擬。噴火式戰斗機是二戰時期服役于英國皇家空軍的著名戰斗機。24種主要機型共生產了超過20000架次，這使得Spitfire成為有史以來生產最多的飛機之一。由于其CAD模型可以從“GradCAD”上方便地獲取，我們選用了Mk VIII噴火式戰斗機作為案例用的模型。這個機型的明細可以參見下面的表格。
展開 天譽六自由度運動平臺
天譽六自由度運動平臺，適應飛行模擬器，汽車模擬器，坦克模擬器等！
207基于matlab Simulink的無人機模型模擬飛機飛行過程 ￥39.9
基于matlab Simulink的無人機模型模擬飛機飛行過程，具有GUI界面，可自行設置四旋翼飛行器結構參數，設有模擬仿真飛機動畫。程序運行步驟：1，將Copy_4_of_quadrotorsflyerGU.mdlI文件拖入matlab命令窗口；2，將GUI_Config.m文件運行即可，3、參數設置可使用默認參數，也可自行設置，點擊開始即可。程序已調通，可直接運行。
飛行器系統仿真與驗證
依據軌跡計算結果，建立系統級總體仿真模型，根據目標軌跡與實際軌跡的相對位置設計導引律，從導引律求出理論飛行狀態，理論飛行姿態與瞬時姿態比較得出差值，把差值送到設計的姿態控制律，得到理論舵角，理論舵角與實際舵角的差值送到執行機構，控制執行機構動作。
執行機構動作控制舵面改變飛行姿態，通過姿態動力學方程可以得出姿態角速度變化信息，姿態角速度變化信息可以通過飛行器受力和力矩變化，進而通過機體質心動力學和運動學求出質心變化，再與目標軌跡比較，形成一個閉環。
圖
1
基于Amesim的
飛行器
系統仿真
模型構成
2.2 飛行剖面與大氣環境
根據前期的軌跡計算結果，利用飛行剖面定義模塊，用戶可以與大氣參數模塊相結合，實現不同工況條件下大氣環境參數與飛行器模型的交互，從而分析不同環境下飛行的性能。
圖2 飛行剖面配置模塊
Simcenter Amesim航空航天庫提供了多種大氣環境模型且應用靈活，包含國際標準大氣ISA-1976、美國標準大氣NASA-TM-X-74335、國際民用飛行器組織ICAO的大氣標準，還可以分析溫帶、寒帶、熱帶以及極地環境的大氣條件，可以計算出不同高度的大氣壓力、溫度、密度、聲速、粘度以及熱導率等大氣屬性。同時模型還可以通過表格形式，支持用戶自己的實測大氣數據，方便用戶自定義使用。
圖3 航空航天庫中大氣環境模型、與飛行剖面定義
下面是不同大氣模型下，溫度、壓強、空氣密度、聲速與海拔高度的應對關系。
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