固定翼飛機飛行游戲中的模擬飛行技術(shù)

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1、北京理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文（設(shè)計）開題報告一、論文的進展情況1.1課題研究內(nèi)容介紹本文研究的主要對象是固定翼飛機飛行游戲中的模擬飛行技術(shù)，其中，行為建模方法是模擬飛行技術(shù)的關(guān)鍵，也是技術(shù)研究的難點。課題研究最終目標成果是設(shè)計出較為真實的飛行控制模型，并且實現(xiàn)完整的模擬飛行游戲系統(tǒng)，要求具有實時性和用戶沉浸感。模擬飛行技術(shù)的研究伴隨著第一架飛機的誕生，模擬飛行技術(shù)的研究經(jīng)歷了機械模擬，半機械半數(shù)字模擬，數(shù)字模擬多個階段。目前模擬飛行系統(tǒng)主要應(yīng)用于模擬飛行競技娛樂和模擬飛行訓(xùn)練兩個方面。本課題研究內(nèi)容主要包括：飛機部件結(jié)構(gòu)、引擎結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)分析；飛行原理分析；行為建模方法研究和

2、模擬設(shè)計；數(shù)學(xué)模型相關(guān)系數(shù)的數(shù)值計算方法；飛行游戲相關(guān)模塊建模設(shè)計。1.2課題研究安排及進展本課題在研究過程中，其研究過程和工作內(nèi)容主要劃分為以下幾個階段：（1）確定研究方向和研究內(nèi)容，閱讀學(xué)習(xí)相關(guān)文獻資料，了解相關(guān)研究技術(shù)和研究價值。（2）分析模擬飛行的主要研究難點，制定具體的研究方案，確定課題的可行性，完成開題報告。（3）了解固定翼飛機部件結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)構(gòu)成；學(xué)習(xí)和分析飛行原理，學(xué)習(xí)3D引擎開發(fā)，以及引擎中的物理系統(tǒng)等。（4）查找相關(guān)型號的飛機參數(shù)和飛行實驗數(shù)據(jù)。（5）選擇適合的飛行行為建模方法，設(shè)計合理的飛行控制模型。（6）飛行實驗數(shù)據(jù)分析，模型計算，并完成相關(guān)數(shù)值計算方法的

3、選擇。（7）設(shè)計飛行游戲的其他相關(guān)模塊，豐富模擬飛行的內(nèi)容，增強模擬效果。13北京理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文（設(shè)計）開題報告（1）完成模擬飛行系統(tǒng)的框架設(shè)計及開發(fā)。（2）給出研究結(jié)果，分析研究中的優(yōu)缺點，評價課題研究結(jié)果。在課題研究的這段時間里，已經(jīng)完成了研究計劃中的前六項工作內(nèi)容，對于第八項內(nèi)容也做了初步研究和學(xué)習(xí)。前兩項工作是課題研究的必要階段，只有建立的一定的知識儲備之上，才能充分的了解課題研究概況，確定研究的方向，在前人的基礎(chǔ)之上展開研究工作。第3和第4階段，是模擬飛行研究的基礎(chǔ)，對飛機的飛行行為建模，了解其原理和構(gòu)造，從原理和構(gòu)造入手，才能真正的仿真出飛行的狀態(tài)，達到預(yù)

4、期效果。其中第5和6階段為本課題研究的核心內(nèi)容，即飛機行為模型的建立與計算，這項工作是決定了模擬飛行最終能否達到研究的要求，即良好的沉浸感，和實時性的操控感受。第7項工作內(nèi)容主要包括實現(xiàn)一個完成的模擬飛行游戲系統(tǒng)的設(shè)計，涵蓋了飛機儀表數(shù)據(jù)的計算，飛機操控駕駛視角的設(shè)計，飛行中的碰撞檢測等問題。第8項是模擬飛行的實驗階段，完成游戲的模塊、接口設(shè)計等內(nèi)容，按照研究的成果在3D引擎中開發(fā)實現(xiàn)一個模擬飛行游戲系統(tǒng)。最后的工作就是總結(jié)課題研究的成果、創(chuàng)新點和不足之處，指出未來需要繼續(xù)研究的方向。二、論文工作中已采用的原理、手段、技術(shù)方案2.1研究中所涉及的原理（1）飛機的組成部分飛機主要

5、由五大部分組成，分別是機身、機翼、尾翼、起落裝置、動力裝置。?機身是裝載機組、旅客、貨物和其他必須設(shè)備。將飛機的其他幾個部分（機翼、尾翼等）聯(lián)接為一個整體。13北京理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文（設(shè)計）開題報告?機翼產(chǎn)生升力和阻力，在飛機的穩(wěn)定性和操縱性中扮演重要角色，機翼上安裝的可操縱翼面主要有副翼、襟翼。?尾翼操縱飛機的俯仰和偏轉(zhuǎn)。是飛機穩(wěn)定性的重要組成部分?起落裝置，起落裝置用于飛機的起飛、著陸和滑行并支撐飛機。飛機的主輪上裝有各自獨立的剎車裝置。但是本課題中主要研究飛行狀態(tài)，不涉及飛機起落的研究。?引擎系統(tǒng)，一般固定翼飛機的引擎系統(tǒng)位于飛機的機翼或則尾翼部分，為飛機的提供推力

6、或者拉力，如下圖。渦輪槳葉式渦輪風(fēng)扇式13北京理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文（設(shè)計）開題報告（2）飛行原理分析飛機在空中翱翔，升空、降落、盤旋，是各種力綜合作用于飛機的結(jié)果，這其中主要包括空氣動力，引擎推力，地球引力。飛機主要是靠空氣動力升空飛行的，當(dāng)飛機在空中飛行時，就會產(chǎn)生于作用于飛機的空氣動力，克服地球引力，實現(xiàn)了飛機的升降。同樣飛機在空中的翻滾和偏轉(zhuǎn)，主要也是依賴于副翼，轉(zhuǎn)向舵等部件產(chǎn)生的空氣動力?？諝鈩恿Ξa(chǎn)生于空氣流動，流動的空氣是一種流體，其存在著基本規(guī)律。關(guān)于流體存在著兩個基本定理：連續(xù)性定理和伯努利定理。連續(xù)性定理：當(dāng)流體連續(xù)不斷而穩(wěn)定地流過一個粗細不等的管子，由于管

7、中任何一部分的流體都不能中斷或擠壓起來，因此在同一時間內(nèi)，流進任意切面的流體質(zhì)量和從另一切面流出的流體質(zhì)量應(yīng)該相等。連續(xù)性定理闡述了流體在流動中流速和管道切面之間的關(guān)系。流體在流動中，不僅流速和管道切面相互聯(lián)系，而且流速和壓力之間也相互聯(lián)系。伯努利定理：流體在一個管道中流動時，流速大的地方壓力小，流速小的地方壓力大。伯努利定理就是要闡述流體流動在流動中流速和壓力之間的關(guān)系。飛機的升力絕大部分是由機翼產(chǎn)生，尾翼通常產(chǎn)生負升力，飛機其他部分產(chǎn)生的升力很小，一般不考慮。空氣流到機翼前緣，分成上、下