固定翼飞机飞行游戏中的模拟飞行技术

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1、论文的进展情况1.1课题研究内容介绍本文研究的主要对象是固定翼飞机飞行游戏中的模拟飞行技术，其中，行为建模方法是模拟飞行技术的关键，也是技术研究的难点。课题研究最终目标成果是设计出较为真实的飞行控制模型，并且实现完整的模拟飞行游戏系统，要求具有实时性和用户沉浸感。模拟飞行技术的研究伴随着第一架飞机的诞生，模拟飞行技术的研究经历了机械模拟，半机械半数字模拟，数字模拟多个阶段。目前模拟飞行系统主要应用于模拟飞行竞技娱乐和模拟飞行训练两个方面。本课题研究内容主要包括：飞机部件结构、引擎结构、控制系统分析；飞行原理分析；行为建模方法研究和模拟设计；数学模型相关系数的数值计算方法；飞行游戏相关模块建模设

2、计。1.2课题研究安排及进展本课题在研究过程中，其研究过程和工作内容主要划分为以下几个阶段：（1）确定研究方向和研究内容，阅读学习相关文献资料，了解相关研究技术和研究价值。（2）分析模拟飞行的主要研究难点，制定具体的研究方案，确定课题的可行性，完成开题报告。（3）了解固定翼飞机部件结构，系统构成；学习和分析飞行原理，学习3D引擎开发，以及引擎中的物理系统等。（4）查找相关型号的飞机参数和飞行实验数据。（5）选择适合的飞行行为建模方法，设计合理的飞行控制模型。（6）飞行实验数据分析，模型计算，并完成相关数值计算方法的选择。（7）设计飞行游戏的其他相关模块，丰富模拟飞行的内容，增强模拟效果。（8）

3、完成模拟飞行系统的框架设计及开发。9（1）给出研究结果，分析研究中的优缺点，评价课题研究结果。在课题研究的这段时间里，已经完成了研究计划中的前六项工作内容，对于第八项内容也做了初步研究和学习。前两项工作是课题研究的必要阶段，只有建立的一定的知识储备之上，才能充分的了解课题研究概况，确定研究的方向，在前人的基础之上展开研究工作。第3和第4阶段，是模拟飞行研究的基础，对飞机的飞行行为建模，了解其原理和构造，从原理和构造入手，才能真正的仿真出飞行的状态，达到预期效果。其中第5和6阶段为本课题研究的核心内容，即飞机行为模型的建立与计算，这项工作是决定了模拟飞行最终能否达到研究的要求，即良好的沉浸感，和

4、实时性的操控感受。第7项工作内容主要包括实现一个完成的模拟飞行游戏系统的设计，涵盖了飞机仪表数据的计算，飞机操控驾驶视角的设计，飞行中的碰撞检测等问题。第8项是模拟飞行的实验阶段，完成游戏的模块、接口设计等内容，按照研究的成果在3D引擎中开发实现一个模拟飞行游戏系统。最后的工作就是总结课题研究的成果、创新点和不足之处，指出未来需要继续研究的方向。二、论文工作中已采用的原理、手段、技术方案2.1研究中所涉及的原理（1）飞机的组成部分飞机主要由五大部分组成，分别是机身、机翼、尾翼、起落装置、动力装置。Ø机身是装载机组、旅客、货物和其他必须设备。将飞机的其他几个部分（机翼、尾翼等）联接为一个整体。9

5、Ø机翼产生升力和阻力，在飞机的稳定性和操纵性中扮演重要角色，机翼上安装的可操纵翼面主要有副翼、襟翼。Ø尾翼操纵飞机的俯仰和偏转。是飞机稳定性的重要组成部分Ø起落装置，起落装置用于飞机的起飞、着陆和滑行并支撑飞机。飞机的主轮上装有各自独立的刹车装置。但是本课题中主要研究飞行状态，不涉及飞机起落的研究。Ø引擎系统，一般固定翼飞机的引擎系统位于飞机的机翼或则尾翼部分，为飞机的提供推力或者拉力，如下图。涡轮桨叶式9涡轮风扇式（2）飞行原理分析飞机在空中翱翔，升空、降落、盘旋，是各种力综合作用于飞机的结果，这其中主要包括空气动力，引擎推力，地球引力。飞机主要是靠空气动力升空飞行的，当飞机在空中飞行时，就

6、会产生于作用于飞机的空气动力，克服地球引力，实现了飞机的升降。同样飞机在空中的翻滚和偏转，主要也是依赖于副翼，转向舵等部件产生的空气动力。空气动力产生于空气流动，流动的空气是一种流体，其存在着基本规律。关于流体存在着两个基本定理：连续性定理和伯努利定理。连续性定理：当流体连续不断而稳定地流过一个粗细不等的管子，由于管中任何一部分的流体都不能中断或挤压起来，因此在同一时间内，流进任意切面的流体质量和从另一切面流出的流体质量应该相等。连续性定理阐述了流体在流动中流速和管道切面之间的关系。流体在流动中，不仅流速和管道切面相互联系，而且流速和压力之间也相互联系。伯努利定理：流体在一个管道中流动时，流速

7、大的地方压力小，流速小的地方压力大。伯努利定理就是要阐述流体流动在流动中流速和压力之间的关系。飞机的升力绝大部分是由机翼产生，尾翼通常产生负升力，飞机其他部分产生的升力很小，一般不考虑。空气流到机翼前缘，分成上、下两股气流，分别沿机翼上、下表面流过，在机翼后缘重新汇合向后流去。机翼上表面比较凸出，流管较细，说明流速加快，压力降低。而机翼下表面，气流受阻挡作用，流管变粗，流速减慢，压力增大。这里就引