[科普中国]-飞行器仿真

简介

在现代飞行器的设计、试验和分析中，仿真占有愈来愈重要的地位，飞行器系统的多样性和复杂性使得飞行器仿真建模和软件开发日益复杂化。飞行器仿真和其它系统仿真一样，按照仿真试验系统的组成，划分为数学仿真、半实物仿真和物理仿真三种类型1。

原理系统仿真技术是以相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性新技术。系统仿真技术广泛应用于航空、航天、军事、电子、通讯等众多领域，随着计算机的广泛应用，各应用领域对系统仿真提出了许多要求，其中最重要的是以下三个方面：

(1) 仿真结果的可靠性和准确性；

(2) 建模与仿真的效率；

(3) 模型的柔性。

模型飞行器控制对象的建模是研究飞行控制系统的工作基础。主要功能是对飞行器空气动力学特性进行仿真，并解算飞行器的六自由度非线性运动方程2。

发展史飞行器仿真和其它系统仿真一样，按照仿真试验系统的组成，划分为数学仿真、半实物仿真和物理仿真三种类型。数学仿真由于不受产品是否存在的限制，可以应用于飞行器研制的全过程，但更多地应用于飞行器概念设计阶段。随着人们日益认识到概念设计阶段在飞行器全寿命周期中的重要作用，国内外的飞行器设计人员逐渐认识到应该大力提高概念研究阶段的质量。正因为如此，上世纪 70 年代以来兴起的各类飞行器优化设计技术研究一直是飞行器研究领域的热点，飞行器优化设计研究的内容主要是通过建立飞行器数学模型，通过一定的规划手段获得飞行器的最优设计参数。上世纪 90 年代以来掀起的飞行器多学科设计优化研究热潮，其实质上是基于大系统思想的飞行器全系统数学仿真研究范畴。半实物仿真和物理仿真应用于飞行器初步设计阶段和详细设计阶段，其主要目的是尽可能接近飞行试验的状态和环境的条件下，对飞行器的分系统和全系统进行全面的研究和性能检验。数学仿真、半实物仿真、物理仿真之间是互相补充的，在飞行器研制过程中具体用哪种仿真取决于研究的目的、内容和条件。

仿真在现代飞行器的全寿命周期中有越来越重要的地位，而飞行器系统的多样性和复杂性使得仿真软件的开发日益复杂化，对软件开发的要求也越来越高。传统的建模和仿真系统开发方法已不能适应复杂软件系统的开发要求，软件质量难于保证，在开发过程中暴露的效率低下、结构混乱、重复性开发、可理解性和可维护性差等问题尤为突出，软件的重用一直处于一个很低的水平；而面向对象方法则为克服这些问题提供了良好的技术手段。