飞行模拟半实物仿真平台解决方案

一． 解决方案概述

飞行模拟半实物仿真平台是中仿智能依据自身在仿真技术与飞行模拟器研发上的优势，结合国产自主研发的实时仿真软硬件系统，立足于用户需求，推出的模块化、轻量化、高沉浸感、低成本的专业产品，为用户提供快速的仿真验证研究解决方案。解决方案可以实现用户复杂仿真模型的实时运算，并将运算结果快速地在飞行模拟器上进行可视化动作反馈，用户可根据模拟器的反馈效果，方便快捷地进行仿真模型修改与调整，直至平台的反馈结果符合验证期望。通过构建这一完整的控制闭环仿真系统，为机载设备的飞控算法验证、设计开发和验证提供支持，满足飞行器研究及飞行训练、多任务联合飞行训练等需求。

中仿飞行模拟半实物仿真平台

二． 系统构成

1. 飞行模拟器

飞行模拟半实物仿真平台中的飞行模拟器部分包含多种类飞机的座舱环境、飞控、导航、视景系统等仿真模型，并模拟与机载设备交联的外部环境，结合半实物仿真平台，完成对物理效应模拟器的接联和驱动。平台可搭载小型六自由度运动平台和轻量化座舱，配备高仿真度的核心操纵单元，通过视景系统提供逼真的可视化环境，为军机、运输航空、通用航空、eVTOL、无人机等领域的科研人员提供高效的半实物仿真和飞行训练场景。

 

飞行模拟器种类包括：

  • 运输航空大型客机飞行模拟器：CNFSimulator.A32 空客 A320 飞行模拟器/CNFSimulator.C91 国产大飞机飞行模拟器。与真机 1:1 仿真物理座舱，能够充分模拟飞机系统正常和应急操作，并支持先进的飞行管理和航电设备模拟，气动仿真和力载荷系统能准确模拟涡喷亚音速飞机的性能和电传飞机的操纵特性，实现对民航客机的高精度飞行模拟，并可进行专业飞行训练——正常程序训练、目视起落航线等。

中仿空客 A320 飞行模拟器

空客 A320 飞行模拟器
 
中仿国产大飞机 C919 飞行模拟器
国产大飞机 C919 飞行模拟器
 
  • 通用航空飞行模拟器：CNFSimulator.FTD.C17 /D40/D42 塞斯纳 C172/钻石DA40/钻石 DA42 飞行模拟器。可模拟 G1000 综合航电系统，全面模拟真机航电的功能和特性，飞控和力载荷系统能准确还原传统飞机的操纵特性和力反馈，符合 CAAC FTD Level 5、FAA FTD Level 5 和 EASA FNPT II 标准，可进行专业飞行训练。

中仿塞斯纳 C172 飞行模拟器

塞斯纳 C172 飞行模拟器

中仿钻石 DA40 飞行模拟器

钻石 DA40 飞行模拟器

中仿钻石 DA40 飞行模拟器

钻石 DA42 飞行模拟器
 
 
  • CNFSimulator.AATD 高级航空训练器/CNFSimulator.BATD 基础航空训练器。单座小型轻量化设备，可实现通航飞机 Cessna172、CessnaT182、Diamond DA40、Diamond DA42 多机型任意切换，以较低的成本覆盖多种机型及各类基础训练。该类产品衍生 CNFSimulator.eFly 桌面式基础航空训练器，体积更小，操作便捷，可实现一键开关机，可用于建设航空基础培训教室。

中仿智能航空研学科普体验设备飞行模拟器桌面式CNFSimulator.AATD高级航空训练器

CNFSimulator.AATD/BATD

中仿智能航空研学科普体验设备飞行模拟器桌面式CNFSimulator.eFly

CNFSimulator.eFly
 
 
  • 六自由度运动平台，可搭载以上所述多种类型飞行模拟器座舱，为使用者提供动感，模拟飞行过程中的转动角加速度、线过载和振动感觉、机动飞行中的多方位载荷变化，搭配视景系统，更逼真的还原操纵带来的体感反馈。
 
六自由度运动平台

 

2. 实时仿真机

实时仿真机运行 VxWorks 实时操作系统，性能强大、接口丰富，主要针对高校教学和科研应用，并有多种型号供客户选择。Links-RT 实时仿真软件包是由灵思创奇公司自主开发的半实物仿真系统软件，致力于为用户提供快速原型设计及硬件在回路仿真解决方案。

 

开发流程：

  • 数字仿真：首先，在 Simulink 环境下建立数学模型，通过在 Simulink 下的数学仿真，初步验证模型及算法；
  • 半实物模型准备：对数字仿真模型进行修改，加入硬件 I/O 模块，建立半实物仿真（HIL）模型；
  • 目标代码自动生成：在完成 HIL 模型的参数设置后，即可调用自动代码生成工具，将 Simulink 模型转换为 C 代码，并最终编译为VxWorks 系统下的可执行程序；
  • 仿真配置管理：在 RT-Sim Plus 主控软件中，根据软件向导，建立仿真工程，设置仿真目标机属性，配置监视及保存变量，准备实时仿真；
  • 实时仿真：在 RT-Sim Plus 软件中，点击【启动】按钮，仿真开始；半实物模型编译生成的可执行程序将自动下载 到目标机，并启动实时运行，与实物设备通过 IO 硬件进行交互；上位机的 RT-Sim Plus 软件通过以太网监视目标机状态，并支持在线修改参数、启停控制、实时数据存储等功能；
  • 仿真数据后处理：仿真结束后，RT-Sim Plus 进行实时存储数据上传、格式转换（支持 txt、xls、mat 等格式）、数据回放等，能够与 MATLAB、Excel 等工具无缝集成，并能够进行简单的数据处理。

 

特征优势：

  • 支持 RCP 快速原型设计：实现用户的 MATLAB/Simulink 仿真模型到嵌入式控制原型的自动转换；
  • 支持 HIL 硬件在回路测试：用户的控制器等实物设备可以直接与实时仿真机连接，动态验证实物控制器性能；
  • IO 资源丰富：大量的 lO 板卡资源供用户选择，包括：DIO、AlO、PWM、CAN、RS232/422、1553B、ARINC429 等；
  • 可选配型号多：据不同的应用场景，有嵌入式单板设备、PCI/CPCl/PX-le 等多种架构设备供选择。

实时仿真机运行 VxWorks 实时操作系统

 

软件特点：

  • 支持基于模型的系统工程（MBSE）：通过半实物仿真技术构建物理世界与数字世界的桥梁；
  • 一键代码自动生成：支持多种嵌入式目标平台，如：v×Works、RT-Linux、FPGA；
  • 支持 FMI 建模规范，支持 MATLAB、AMESim、MWorks、Simpack、Dymola等多学科、多领域仿真建模软件构建大型、复杂实验场景；
  • 开放性强：支持 C、C++、Python、LabVIEW 等语言拓展应用；
  • 友好的人机交互：全中文操作界面，丰富的仪表控件，提供完善的支持文档；
  • 强大的运算能力：支持复杂仿真模型任务自动拆分，支持 CPU 多核（最高可达 32 核）任务分配及多机分布式并行运算，满足复杂关键任务的实时性要求。

 

三． 解决方案适用领域

飞行模拟半实物仿真平台服务于国防军工、运输航空、通用航空、eVTOL、无人机等行业，辅助装备的研发设计，虚拟测试及验证，缩短研发周期，降低研发成本，提升研发效率；除服务于工业场景，该平台在高校工程教育及科研领域也得到广泛应用，提升学生和老师的工程能力和创新能力，是面向自控、飞行器相关学科专业（飞行器设计、飞行器控制、无人机等）的综合性实验平台，涵盖了多门专业课程的实验内容，适用于《自动控制原理》、《航空航天概论》、《飞行控制技术》、《航空动力学》、《航空仪表设备》等多门课程的实验课。

 

1. 飞行器模拟驾驶实验平台

  • 航空座舱仪表认识
  • 飞机操纵舵面操作
  • 基于 MATLAB/Simulink 的飞机数字仿真建模
  • 飞机模型实时仿真
  • 实时模拟驾驶飞行（静态）
  • 实时模拟驾驶飞行（动态）
  • 飞机飞行性能分析

 

2. 无人机飞控半实物实验平台

  • 半物理仿真实验（模型搭建、代码生成、工程管理、界面搭建、数据处理等）；
  • 飞行仿真实验（四旋翼、固定翼的数字仿真、任务规划、飞行视景等）；
  • 飞控代码生成实验（飞控矫正、飞控模型搭建、代码生成、代码下载等）；
  • 硬件在回路测试实验（飞控、传感器、仿真机、转台在回路测试等）；
  • 编队扩展实验（多机、多传感器测试，集中式、分布式算法测试）。

 

3. 旋翼机（eVTOL）飞行控制实验平台

  • 旋翼机基础认知实验（结构与飞行原理、坐标系、传感器校正、数学建模等）；
  • 旋翼机自动控制实验（时域分析、频域分析、根轨迹、系统校正等）；
  • 旋翼机飞行仿真实验（数字仿真、任务规划、飞行视景等）；
  • 旋翼机无人机接口验证性实验（数据采集、姿态监视、图像识别、数据滤波等）；
  • 旋翼机飞行控制实验（姿态控制、任务规划、视觉伺服控制等）。