技术领域
[0001] 本公开实施例涉及飞行模拟领域，特别涉及一种飞行仿真测试系统及飞行仿真测试方法。
相关背景技术
[0002] 飞行模拟，是指通过计算机软件对真实世界飞行中所遇到的各种元素，例如空气动力，气象，地理环境，飞行操控系统，飞行电子系统，战斗飞行武器系统，地面飞行引导等，综合地在计算机中进行仿真模拟，并通过外部硬件设备进行飞行仿真操控和飞行感官回馈的一项运动。它最早运用于民用或军用飞行员的地面飞行训练，但随着个人计算机的发展，基于家用计算机的模拟飞行平台也广为流行。
[0003] 然而目前的飞行模拟的真实度不够。
具体实施方式
[0021] 由背景技术可知，目前的飞行仿真测试系统不够真实，无法观测飞机外部三维飞行视景，且无法真实反馈飞机的各个活动舵面能够随着飞行操纵而产生正确的偏转及动态效果、起落架展示动态的收放过程、发动机油门操纵产生推力的变化时展示对周围环境(如雨、雪、尾喷气流效果等)产生的影响效果。
[0022] 而且，目前飞行仿真测试较多应用的是在飞行模拟器和飞行员培训领域中，将驾驶舱的舱内视角的舷窗/风挡玻璃外部的世界进行虚拟显示，这种应用场景对于飞行员培训来说具有较好的效果，但难以满足飞机研制和飞行试验测试人员的使用需求，具体包括：(1)无法提供直观的“上帝视角”，无法观测飞机所处空间地域位置和周围的全部地形，例如无法同时看到飞机四周的山脉或河流布局、无法清晰的感知飞机四周的建筑物等；(2)无法直观观测不同的飞行操纵对飞机活动舵面、起落架、发动机等的影响，例如飞机左偏航时方向舵无法左偏展示、发动机推力增大时无法展示周围的气流流场对雨滴掉落的影响等；(3)尚无将实时飞行仿真测试与飞机外部三维飞行视景进行融合的技术实现，开展虚拟试飞试验时缺少充分有效的可视化手段。
[0023] 本公开实施例提供一种飞行仿真测试系统，通过实时仿真机仿真飞机的飞行过程，其中，飞行仿真模型配合测试人员的飞行步骤，对应生成飞机当前的空间位置和姿态，从而使测试人员可以较为真实的处于模拟飞行过程，飞机外部三维飞行视景驱动模型则对上述飞行数据进行汇总和组包，并生成驱动数据，驱动数据传输至上位机中，上位机接收到驱动数据之后，根据飞机运行轨迹模拟出当前飞机当前地形场景、天气场景以及飞机运动状态，并反馈给测试人员，之后测试人员再根据上位机模拟出当前飞机当前地形场景、天气场景以及飞机运动状态进行操作，之后实时仿真机再根据测试人员的飞行操作继续循环仿真，本公开实施例可以较为真实的模拟飞机的飞行过程，包括飞机的姿态以及飞机当前的环境等，从而提高整个飞行仿真测试系统模拟的真实度，便于测试人员在不同的情况下模拟飞行过程。
[0024] 下面将结合附图对本公开的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本公开各实施例中，为了使读者更好地理解本公开而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本公开所要求保护的技术方案。
[0025] 参考图1，图1为本公开实施例提供的飞行仿真测试系统的一种示意图。
[0026] 在一些实施例中，飞行仿真测试系统可以包括：实时仿真机100，实时仿真机100运行飞行仿真模型110以及飞机外部三维飞行视景驱动模型120，飞行仿真模型110根据测试人员的飞行操作步骤至少生成飞机当前空间位置和姿态的飞行数据，飞机外部三维飞行视景驱动模型120接收飞行数据，生成并输出驱动数据。
[0027] 飞行仿真测试系统还可以包括：上位机101，上位机101接收驱动数据，实时更新并刷新当前飞机当前地形场景、天气场景以及飞机运动状态，并反馈给测试人员，并将测试人员的飞行操作步骤传输至实时仿真机100内。
[0028] 本公开实施例提供一种飞行仿真测试系统，通过实时仿真机100仿真飞机的飞行过程，其中，飞行仿真模型110配合测试人员的飞行步骤，对应生成飞机当前的空间位置和姿态，从而使测试人员可以较为真实的模拟飞行过程，飞机外部三维飞行视景驱动模型120则对上述飞行数据进行汇总和组包，并生成驱动数据，驱动数据传输至上位机101中，上位机101接收到驱动数据之后，根据飞机运行轨迹模拟出当前飞机当前地形场景、天气场景以及飞机运动状态，并反馈给测试人员，之后测试人员再根据上位机101模拟出当前飞机当前地形场景、天气场景以及飞机运动状态进行操作，之后实时仿真机100再根据测试人员的飞行操作继续循环仿真，本公开实施例可以较为真实的模拟飞机的飞行过程，包括飞机的姿态以及飞机当前的环境等，从而提高整个飞行仿真测试系统模拟的真实度，便于测试人员在不同的情况下模拟飞行过程。
[0029] 在一些实施例中，飞行仿真模型110至少包括：空气动力学模块、发动机推力模块、起落架模块、质量特性模块以及六自由度运动方程模块。
[0030] 其中，空气动力学模块可以根据飞机在同空气或其他气体作相对运动情况下的受力特性、气体的流动规律，对飞行仿真模型110进行调整；发动机推力模块用于模拟飞机的发动机；起落架模块用于模拟飞机的起落架，用于模拟起飞降落或地面(水面)滑行时支撑飞机并用于地面(水面)移动的附件装置；质量特性模块用于模拟飞机的质量特性；对于六自由度运动方程模块，物体在空间具有六个自由度，即沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度，通过六自由度运动方程模块模拟飞机的转向，通过飞行仿真模型110至少包括：空气动力学模块、发动机推力模块、起落架模块、质量特性模块以及六自由度运动方程模块，从而可以进一步提高飞行仿真模型110的真实度。
[0031] 在一些实施例中，测试人员的飞行操作可以通过外部设备或者软件对飞机过程进行操作，例如，通过模拟驾驶舱操纵杆、脚蹬、手柄，通过将操作信号传输至实时仿真机中，对应生成操作指令，从而控制模拟飞机对应运行，飞行仿真模型110可以接收外部设备或者软件提供的飞行操纵指令信号，以实现对仿真飞机的飞行控制，并实时解算出飞机当前的空间位置和姿态，以及所有活动舵面的当前偏转角度、所有起落架的当前位置等。
[0032] 在一些实施例中，飞行仿真模型110可以任意替代为特定型号飞机的仿真模型。
[0033] 在一些实施例中，飞机外部三维飞行视景驱动模型120可以模拟飞机的外部三维飞行视景，并生成驱动数据，驱动数据包括飞机的经度、纬度、高度、俯仰角、滚转角、偏航角、左/右升降舵、方向舵、左/右副翼、水平安定面、左/右襟翼、左/右缝翼、扰流板、前起落架、左/右主起落架、发动机油门、视点位置和视角等，从而进一步提高飞行仿真模型110的真实度。
[0034] 使用飞行仿真模型110和飞机外部三维飞行视景驱动模型120实时化驱动飞机外部三维飞行视景，支持将该解决方案快捷地集成到各类仿真测试系统架构中，实时飞行仿真测试与飞机外部三维飞行视景进行融合的技术实现，使其具备了与真实飞机或真实设备进行半实物仿真测试的便捷条件，为虚拟试飞试验时提供充分有效的可视化手段，并具备可复用和可移植性。
[0035] 在一些实施例中，飞机外部三维飞行视景驱动模型120具备确定的功能和接口，可以很快的复用和移植。
[0036] 参考图2，图2为本公开一实施例提供的飞行仿真测试系统的另一种示意图。
[0037] 在一些实施例中，上位机101可以包括：可视化界面111，可视化界面111接收驱动数据，并根据驱动数据生成并显示当前飞机当前地形场景以及天气场景；飞机机模121，飞机机模121接收驱动数据，并根据驱动数据对飞机的运动状态进行实时刷新。可视化界面111也就是根据驱动数据，实时绘制出飞机机舱外接近真实的地形场景和天气景象，使得操作人员能够感受到飞机飞行过程中，随姿态和速度的变化而引起的飞机外部视觉的变化，感受到不同场景变化带来的视觉影响；飞机机模121就是模拟的飞机的机模，模拟出飞机的涂装、舵面和起落架等活动部件，从而在飞机机模121接收到的驱动数据进行动态运动以及偏转，从而使得操作人员能够感受到飞机飞行过程中，随着操作飞机的运动状态，从而进一步提高飞行仿真的真实度。
[0038] 通过可视化界面111可以提供直观的“上帝视角”，可以观测飞机所处空间地域位置和周围的全部地形，同时看到飞机四周的山脉或河流布局，清晰的感知飞机四周的建筑物等，这在开展无线电高度表、近地警告系统等的飞行仿真测试场景是更加直观且有效的；通过飞机机模121可以直观体现以及观测不同的飞行操纵对飞机活动舵面、起落架、发动机等的影响，如飞机左滚转时响应的副翼舵面也同步偏转，飞行操纵收起起落架时飞机机模起落架也随之收进机体中，发动机推力增大时尾喷附近的雨滴会被气流带动后移等，这在开展飞控系统类的飞行仿真测试场景是直观且必要的。
[0039] 在一些实施例中，飞机机模121可以根据操作人员所需仿真的飞行进行调整，可以选择被测试飞机的机型，甚至还可以定制飞机的涂装，也可以使用飞行模拟类软件中自带的机模。
[0040] 在一些实施例中，可视化界面111和飞机机模121可以在三维飞行视景软件中实现，上位机101可以作为三维飞行视景软件的运行硬件载体，通过将飞机机模121嵌入到三维飞行视景软件中，便可以将当前飞机当前地形场景、天气场景以及飞机运动状态展现在操作人员眼前，从而可以提高飞行仿真的真实度。
[0041] 在一些实施例中，三维飞行视景软件可以是定制开发的，也可以是已有的飞行模拟类软件，如Flightgear、Xplane、Prepar 3D等。
[0042] 在一些实施例中，上位机还可以包括：控制软件131，控制软件131与可视化界面111电连接，控制软件131用于更改当前飞机当前地理位置或者前进路径中的天气场景，并将更改后的天气场景传输至可视化界面111内。换句话说，控制软件131可以用于控制模拟飞行图中的天气变化，举个例子，在飞机飞行路径前方50km处，临时增加模拟雨雪天气，并将雨雪天气反馈给操作人员，操作人员接受到天气变化之后，调整飞行策略，从而可以考验操作人员对天气变化的处理。
[0043] 对于可视化界面111而言，可视化界面111还根据控制软件131调整的当前地理位置或者前进路径中的天气场景对应显示视景，可视化界面111还根据操作人员调整的飞行策略对应调整显示视景，例如，飞机飞行路径前方突发雨雪天气，操作人员选择绕行，则可视化界面111则根据绕行方向对应调整模拟当前地理位置和天气场景，飞机机模121则根据绕行操作对应调整飞机的运动状态，又或者，操作人员选择直接通过，那么，可视化界面111则根据直接通过对应模拟当前地理位置和天气场景，对应模拟出雨雪天气带来的影响，以考验飞行人员在不良天气等异常下的处理。
[0044] 在一些实施例中，控制软件131还与飞机机模121电连接，用于更改飞机机模零器件的状态，并使用修改后的飞机机模替换当前的飞机机模。举个例子，控制软件131可以控制飞机机模前窗破损，之后将前窗破损的飞机机模替换掉之前的飞机机模121，之后再模拟出飞机机模前窗破损之后带来的影响，调整飞机的运动状态，以考验飞行人员在飞机出现异常之后的处理是否合理。
[0045] 在一些实施例中，继续以飞机机模模拟的前窗破损作为示例，上位机101同样根据飞行人员在飞机出现异常之后的操作步骤(例如：继续飞行或者找地方迫降)对应生成当前飞机当前地形场景、天气场景以及飞机运动状态，以进一步模拟异常出现时的场景，从而进一步考验飞行人员在飞机出现异常之后的处理是否合适。
[0046] 需要说明的是，上述中前窗破损仅是仅举例说明，异常还可以是机翼破损等其他异常。
[0047] 在一些实施例中，上位机101还包括：实时仿真管理软件141，实时仿真管理软件141与实时仿真机100电连接，并生成飞行仿真模型110以及飞机外部三维飞行视景驱动模型120，并将飞行仿真模型110以及飞机外部三维飞行视景驱动模型120传输至实时仿真机
100内。通过实时仿真管理软件对飞行仿真模型110以及飞机外部三维飞行视景驱动模型
120进行编辑，并将相应的模型编译加载到实时仿真机100中并实时化运行，模拟生成飞机当前空间位置和姿态的飞行数据，模拟飞行过程。
[0048] 在一些实施例中，实时仿真机100和实时仿真管理软件141可以是任意平台和架构。
[0049] 在一些实施例中，上位机101中还可以包括：记录软件151，记录软件151用于记录操作人员的控制步骤，并可以生成控制报告，举个例子，当操作人员操作失误，导致飞机坠毁，或者在飞机出现异常时操作失误，或者在飞机起落的过程中未能很好的完成起落过程，记录软件151可以将操作人员的操作步骤记录下来，甚至生成控制报告，在控制报告中可以体现操作人员在哪些步骤出现操作失误，或者在哪些步骤中可以处理的更好，从而便于操作人员的反思和学习。
[0050] 本公开实施例提供一种飞行仿真测试系统，通过实时仿真机100仿真飞机的飞行过程，其中，飞行仿真模型110配合测试人员的飞行步骤，对应生成飞机当前的空间位置和姿态，从而使测试人员可以较为真实的模拟飞行过程，飞机外部三维飞行视景驱动模型120则对上述飞行数据进行汇总和组包，并生成驱动数据，驱动数据传输至上位机101中，上位机101接收到驱动数据之后，根据飞机运行轨迹模拟出当前飞机当前地形场景、天气场景以及飞机运动状态，并反馈给测试人员，之后测试人员再根据上位机101模拟出当前飞机当前地形场景、天气场景以及飞机运动状态进行操作，之后实时仿真机100再根据测试人员的飞行操作继续循环仿真，本公开实施例可以较为真实的模拟飞机的飞行过程，包括飞机的姿态以及飞机当前的环境等，从而提高整个飞行仿真测试系统模拟的真实度，便于测试人员在不同的情况下模拟飞行过程。
[0051] 本公开另一实施例还提供一种飞行仿真测试方法，该飞行仿真测试方法可以通过上述飞行仿真测试系统实现，以下将结合附图对本公开另一实施例提供的飞行仿真测试方法进行说明，需要说明的是前述实施例相同或相应的部分，可参考前述实施例的相应说明，以下将不做赘述。
[0052] 参考图3，图3为本公开实施例提供的飞行仿真测试方法的一种流程图。
[0053] 在一些实施例中，飞行仿真测试方法可以包括：S10：根据测试人员的飞行操作步骤至少生成飞机当前空间位置和姿态的飞行数据。
[0054] 在一些实施例中，飞行仿真测试方法可以是从飞机起飞开始模拟，也可以是模拟飞机在空中的时候，因此，若此从飞机起飞开始模拟，则生成飞机从预加速开始的过程，操作人员从滑跑开始操作，当飞机达到起飞安全速度之后控制飞机起飞；也可以是模拟飞机在空中的过程，此时，直接模拟出当前飞机所处位置以及当前飞行姿态，之后在根据测试人员的飞行操作更新飞机的当前空间位置和姿态的飞行数据。
[0055] 在一些实施例中，测试人员的飞行操作可以通过外部设备或者软件对飞机过程进行操作，例如，通过模拟驾驶舱操纵杆、脚蹬、手柄，通过将操作信号传输至实时仿真机中，对应生成操作指令，从而控制模拟飞机对应运行。
[0056] 飞行仿真测试方法还可以包括：S11：将飞行数据传输至飞机外部三维飞行视景驱动模型中，生成并输出驱动数据。
[0057] 对飞机当前空间位置和姿态的飞行数据进行汇总和组包，以生成驱动数据，并将驱动数据传输至上位机中，为将当前飞机当前地形场景、天气场景以及飞机运动状态反馈给测试人员提供基础。
[0058] 飞行仿真测试方法还可以包括：S12：将驱动数据传输至上位机中，实时更新并刷新当前飞机当前地形场景、天气场景以及飞机运动状态，并反馈给测试人员，并将测试人员的飞行操作步骤传输至实时仿真机内。
[0059] 通过将当前飞机当前地形场景、天气场景以及飞机运动状态，反馈给测试人员，以便于测试人员的操作，之后再将飞行操作步骤传输至实时仿真机内，再次更新飞机当前的空间位置和姿态，以形成一个循环。
[0060] 总的来说，根据测试人员的飞行操作生成飞机的初始状态，之后将初始状态对应的飞行数据传输至飞机外部三维飞行视景驱动模型中，从而生成驱动数据，驱动数据对应生成飞机周围地形场景、天气场景以及飞机运动状态，操作人员根据飞机周围地形场景、天气场景以及飞机运动状态决定接下来的操作步骤，例如左拐、上升或者下降等等，之后操作步骤会对应控制飞机当前空间位置和姿态的飞行数据产生变化，此时再次生成飞机当前空间位置和姿态的飞行数据，进行下一个轮回，直至完成整个测试过程。
[0061] 在一些实施例中，反馈给测试人员的方法可以包括：接收驱动数据，并根据驱动数据生成并显示当前飞机当前地形场景以及天气场景；接收所述驱动数据，并根据所述驱动数据对所述飞机的运动状态进行实时刷新。换句话说，也就是对应驱动数据生成可视化的地形场景和天气场景，以实时绘制出机舱外与指定场景相应的接近真实的地形场景和天气景象，提供类似直观的“上帝视角”，观测飞机所处空间地域位置和周围的全部地形，从而提高飞行仿真测试方法的真实度。
[0062] 在一些实施例中，飞机的运动状态可以包括：飞机的经度、纬度、高度、俯仰角、滚转角、偏航角、左/右升降舵、方向舵、左/右副翼、水平安定面、左/右襟翼、左/右缝翼、扰流板、前起落架、左/右主起落架、发动机油门、视点位置和视角。通过生成详细的飞机运动状态，可以直观观测不同的飞行操纵对飞机活动舵面、起落架、发动机等的影响，从而提高飞行仿真测试方法的真实度。
[0063] 在一些实施例中，飞行仿真测试方法还可以包括：调整当前飞机当前地形场景、天气场景和/或飞机运动状态，并反馈给测试人员，并根据测试人员的飞行操作步骤生成对应的地形场景、天气场景和/或飞机运动状态。换句话说，也就是临时改变飞机当前地形场景、天气场景和/或飞机运动状态，例如临时将飞机改为处于雨天环境下，并对应生成雨天环境下对飞机的影响，例如，模糊飞机前窗的视角，模拟出雨水落在飞机前窗的状态，降低周围环境的可视度，或者增加飞机的颠簸程度等等，之后再根据操作人员的操作步骤对应生成飞机的周围环境，例如，降低速度之后，减慢飞机周围环境的变换速度等等，从而尽可能模拟真实情况下的飞机运行过程。
[0064] 需要说明的是，上述将飞机改为处于雨天环境仅是举例说明，还可以处于狂风颠簸状态，或者机身受损等等异常状态，从而便于提高操作人员在异常状态下操作飞机的经验。
[0065] 在一些实施例中，在根据测试人员的飞行操作步骤至少生成飞机当前空间位置和姿态的飞行数据之前，还可以包括：通过上位机中实时仿真管理软件，对飞行仿真模型和飞机外部三维飞行视景驱动模型进行编辑，并将相应的模型编译加载到实时仿真机中并实时化运行，模拟生成飞机当前空间位置和姿态的飞行数据，模拟飞行过程。
[0066] 以下将结合图4以及上述飞行仿真测试系统对本实施例提供的飞行仿真测试方法进行进一步说明，其中图4为本公开实施例提供飞行仿真测试方法的另一种流程图。
[0067] 可以先通过上位机中的实时仿真管理软件，对飞行仿真模型和飞机外部三维飞行视景驱动模型进行编辑，并将相应的模型编译加载到实时仿真机中并实时化运行，模拟生成飞机当前空间位置和姿态的飞行数据，模拟飞行过程；操作人员可以通过外部设备或者软件对飞行过程进行操纵；飞行仿真模型可以接收外部设备/软件提供的飞行操纵指令信号，以实现对仿真飞机的飞行控制，并实时解算出飞机当前的空间位置和姿态，以及所有活动舵面的当前偏转角度、所有起落架的当前位置等；飞机外部三维飞行视景驱动模型对上述必要的数据以及视点位置或者角度等数据进行汇总和组包，以约定的接口协议和通讯方式，实时输出给上位机，通过上位机展示飞机机模的动态运动过程，同时，通过可视化界面展示飞机机模在三维空间所处的位置(经度、纬度和高度)，以及更新附近区域的环境以及天气，同时，飞机机模也根据驱动数据对各个舵面、起落架的位置/偏转角度进行实时刷新；测试人员实时观测飞机外部三维飞行视景的状态，并结合其他可视化手段(如仿真仪表、仿真测试参数界面等)，获知飞行仿真测试的全面信息，决策下一步飞行操纵。
[0068] 本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本公开的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本公开实施例的精神和范围。任何本领域技术人员，在不脱离本公开实施例的精神和范围内，均可作各种改动与修改，因此本公开实施例的保护范围应当以权利要求限定的范围为准。
