基于FlightGear重复使用运载器进场着陆视景仿真系统

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1、2014年第6期导弹与航天运载技术No．62014总第336期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo．336文章编号：1004—7182(2014)06—0050—04D01：10．76540．issn．1004—7182．20140613基于FlightGear重复使用运载器进场着陆视景仿真系统吴俊辉，杨勇，陈洪波，郑宏涛(中国运载火箭技术研究院研究发展中心，北京，100076)摘要：仿真验证是飞行控制系统设计中不可或缺的环节。利用飞行仿真计算机和飞行控制计算机搭建重复使用运载器(RLV)进场着陆仿真验证平台，并针对FlightGear开源、扩

2、展性强的优点，借助FlightGear外部输入输出接口，将飞行仿真计算机数据通过UDP网络通信协议驱动FlightGear可视化引擎，全面展示飞行位置、飞行姿态以及任务场景，验证飞行控制策略的合理有效性，为完善飞行控制系统提供支撑。关键词：可重复使用运载器；FlightGear；进场着陆；视景仿真中图分类号：TN911．73．34文献标识码：ADesignofFlightGear—basedVisualSimulationSystemforReusableLaunchVehicleApproaching&LandingWuJun-hui，YangYong，ChenH

3、ong—bo，ZhengHong—tao(Research&DevelopmentCenter，ChinaAcademyofLaunchVehicleTechnology，Beijing，100076)Abstract：Validationandsimulationisanessentialprocessinflightcontrolsystemdesign．Integratingflightsimulationcomputerandflightcontrolcomputer,aRLVApproaching&Landingsimulationandvalidatio

4、nplatformisbuilt．InlightofadvantagesofFlightGear’Sopensourceandstrongexpansibility,flightsimulationdataissentthroughUDPnetworkcommunicationprotocolbymeansoftheinput／outputinterfaceofFlightGear,SOastodriveFlighGearvisualizationengine．Visualsimulationcouldshowthefli【ghtposition，aRitudean

5、dthetasksceneofRLV．Meanwhile，theeffectivenessandrationalityofflightcontrolstrategyisalsovalidated，whichprovidessupporttoperfecttheflightcontrolsystem．KeyWords：Reusablelaunchvehicle；FlightGear；Approaching&landing；VisualsimulationO引言重复使用运载器(ReusableLaunchVehicle，砌Ⅳ)是一种重复使用的、迅速穿越大气层、自由往返于

6、地球与太空之间的多用途航天器，是未来快速、灵活、可靠、廉价进入空间、实现大规模空间开发与空间利用的有效手段【lJ。RLV实现天地往返涉及到总体设计、气动力／气动热、先进推进、导航制导与控制等众多关键技术，世界各国均开展了RLV关键技术攻关与预研工作。20世纪90年代末与21世纪初，日本和美国分别开展了RLV低速进场着陆飞行试验，并取得了圆满成功，为开展RLV研究提供了思路。开展RLV低速进场着陆飞行试验一方面能够获取较为真实的气动特性数据，另一方面能够验证进场着陆的制导、导航与控制策略，考虑到RLV区别于传统飞行器，其气动特性、控制策略都是新的研究领域，因此现有数值

7、仿真很难适应新的需求，控制系统中某些非常见缺陷无法通过数学仿真发现，这就对视景仿真技术提出了需求，通过三维视景仿真，直观、动态的展示飞行过程，有利于对飞行控制系统进行评估，并可以根据视景仿真结果及时对飞行控制系统做出修正，确保飞行试验的成功。本文基于开源模拟软件FlightGear进行RLV进场着陆视景仿真。FlightGear作为跨平台开源飞行模拟软件之一，其飞行仿真功能强大真实，而且开放式的程序构架和预留的外部数据输入／输出接口，也赢得了专业用户的青睐，成为众多科研部门的飞行仿真可视化引擎。Illinois大学将其用于飞行结冰过程的仿真可视化研究[21；Wa