固定翼飛機(jī)飛行游戲中的模擬飛行技術(shù)

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1、論文的進(jìn)展情況1.1課題研究?jī)?nèi)容介紹本文研究的主要對(duì)象是固定翼飛機(jī)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(diǎn)。課題研究最終目標(biāo)成果是設(shè)計(jì)出較為真實(shí)的飛行控制模型，并且實(shí)現(xiàn)完整的模擬飛行游戲系統(tǒng)，要求具有實(shí)時(shí)性和用戶(hù)沉浸感。模擬飛行技術(shù)的研究伴隨著第一架飛機(jī)的誕生，模擬飛行技術(shù)的研究經(jīng)歷了機(jī)械模擬，半機(jī)械半數(shù)字模擬，數(shù)字模擬多個(gè)階段。目前模擬飛行系統(tǒng)主要應(yīng)用于模擬飛行競(jìng)技娛樂(lè)和模擬飛行訓(xùn)練兩個(gè)方面。本課題研究?jī)?nèi)容主要包括：飛機(jī)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模擬設(shè)計(jì)；數(shù)學(xué)模型相關(guān)系數(shù)的數(shù)值計(jì)算方法；飛行游戲相關(guān)模塊建模設(shè)

2、計(jì)。1.2課題研究安排及進(jìn)展本課題在研究過(guò)程中，其研究過(guò)程和工作內(nèi)容主要?jiǎng)澐譃橐韵聨讉€(gè)階段：（1）確定研究方向和研究?jī)?nèi)容，閱讀學(xué)習(xí)相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解相關(guān)研究技術(shù)和研究?jī)r(jià)值。（2）分析模擬飛行的主要研究難點(diǎn)，制定具體的研究方案，確定課題的可行性，完成開(kāi)題報(bào)告。（3）了解固定翼飛機(jī)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(kāi)發(fā)，以及引擎中的物理系統(tǒng)等。（4）查找相關(guān)型號(hào)的飛機(jī)參數(shù)和飛行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。（5）選擇適合的飛行行為建模方法，設(shè)計(jì)合理的飛行控制模型。（6）飛行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，模型計(jì)算，并完成相關(guān)數(shù)值計(jì)算方法的選擇。（7）設(shè)計(jì)飛行游戲的其他相關(guān)模塊，豐富模擬飛行的內(nèi)容，增強(qiáng)模擬效果。（8）

3、完成模擬飛行系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)。9（1）給出研究結(jié)果，分析研究中的優(yōu)缺點(diǎn)，評(píng)價(jià)課題研究結(jié)果。在課題研究的這段時(shí)間里，已經(jīng)完成了研究計(jì)劃中的前六項(xiàng)工作內(nèi)容，對(duì)于第八項(xiàng)內(nèi)容也做了初步研究和學(xué)習(xí)。前兩項(xiàng)工作是課題研究的必要階段，只有建立的一定的知識(shí)儲(chǔ)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(kāi)研究工作。第3和第4階段，是模擬飛行研究的基礎(chǔ)，對(duì)飛機(jī)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(dá)到預(yù)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(jī)行為模型的建立與計(jì)算，這項(xiàng)工作是決定了模擬飛行最終能否達(dá)到研究的要求，即良好的沉浸感，和

4、實(shí)時(shí)性的操控感受。第7項(xiàng)工作內(nèi)容主要包括實(shí)現(xiàn)一個(gè)完成的模擬飛行游戲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，涵蓋了飛機(jī)儀表數(shù)據(jù)的計(jì)算，飛機(jī)操控駕駛視角的設(shè)計(jì)，飛行中的碰撞檢測(cè)等問(wèn)題。第8項(xiàng)是模擬飛行的實(shí)驗(yàn)階段，完成游戲的模塊、接口設(shè)計(jì)等內(nèi)容，按照研究的成果在3D引擎中開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)一個(gè)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(diǎn)和不足之處，指出未來(lái)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(jī)的組成部分飛機(jī)主要由五大部分組成，分別是機(jī)身、機(jī)翼、尾翼、起落裝置、動(dòng)力裝置。?機(jī)身是裝載機(jī)組、旅客、貨物和其他必須設(shè)備。將飛機(jī)的其他幾個(gè)部分（機(jī)翼、尾翼等）聯(lián)接為一個(gè)整體。9

5、?機(jī)翼產(chǎn)生升力和阻力，在飛機(jī)的穩(wěn)定性和操縱性中扮演重要角色，機(jī)翼上安裝的可操縱翼面主要有副翼、襟翼。?尾翼操縱飛機(jī)的俯仰和偏轉(zhuǎn)。是飛機(jī)穩(wěn)定性的重要組成部分?起落裝置，起落裝置用于飛機(jī)的起飛、著陸和滑行并支撐飛機(jī)。飛機(jī)的主輪上裝有各自獨(dú)立的剎車(chē)裝置。但是本課題中主要研究飛行狀態(tài)，不涉及飛機(jī)起落的研究。?引擎系統(tǒng)，一般固定翼飛機(jī)的引擎系統(tǒng)位于飛機(jī)的機(jī)翼或則尾翼部分，為飛機(jī)的提供推力或者拉力，如下圖。渦輪槳葉式9渦輪風(fēng)扇式（2）飛行原理分析飛機(jī)在空中翱翔，升空、降落、盤(pán)旋，是各種力綜合作用于飛機(jī)的結(jié)果，這其中主要包括空氣動(dòng)力，引擎推力，地球引力。飛機(jī)主要是靠空氣動(dòng)力升空飛行的，當(dāng)飛機(jī)在空中飛行時(shí)，就

6、會(huì)產(chǎn)生于作用于飛機(jī)的空氣動(dòng)力，克服地球引力，實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)的升降。同樣飛機(jī)在空中的翻滾和偏轉(zhuǎn)，主要也是依賴(lài)于副翼，轉(zhuǎn)向舵等部件產(chǎn)生的空氣動(dòng)力?？諝鈩?dòng)力產(chǎn)生于空氣流動(dòng)，流動(dòng)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(gè)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(guò)一個(gè)粗細(xì)不等的管子，由于管中任何一部分的流體都不能中斷或擠壓起來(lái)，因此在同一時(shí)間內(nèi)，流進(jìn)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(dòng)中流速和管道切面之間的關(guān)系。流體在流動(dòng)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(gè)管道中流動(dòng)時(shí)，流速

7、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(dòng)在流動(dòng)中流速和壓力之間的關(guān)系。飛機(jī)的升力絕大部分是由機(jī)翼產(chǎn)生，尾翼通常產(chǎn)生負(fù)升力，飛機(jī)其他部分產(chǎn)生的升力很小，一般不考慮?？諝饬鞯綑C(jī)翼前緣，分成上、下兩股氣流，分別沿機(jī)翼上、下表面流過(guò)，在機(jī)翼后緣重新匯合向后流去。機(jī)翼上表面比較凸出，流管較細(xì)，說(shuō)明流速加快，壓力降低。而機(jī)翼下表面，氣流受阻擋作用，流管變粗，流速減慢，壓力增大。這里就引