专利名称：一种用于飞行模拟训练的故障模拟方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于无人机飞行模拟训练的故障模拟方法，属于无人机飞行仿真 领域。
背景技术：
随着无人机技术的迅速发展，无人机功能日益强大，系统也更加复杂。无人机系统 的复杂性使得高效的纟莫拟训练异常重要。训练是提高部队战斗力的必经之路，而基于模 拟技术手段的军事训练是解决这一需求的重要技术途径，具有隐蔽性、安全性、经济性等特点。目前国内无人机的飞行模拟训练系统，尤其是对大型无人机飞行模拟训练系统的需 求，显得尤其紧迫。 一般无人机飞行模拟训练系统由飞行仿真系统、飞行控制与管理仿 真软件、视景模拟显示、遥控遥测仿真系统组成，其中飞行仿真系统包括飞机动力学仿 真、发动机仿真、起落架仿真、传感器仿真、舵回路环节仿真。无人机与有人机一样，即使在起飞前飞机的各系统各部件都通过了所有的检测检查， 在飞行过程中仍然会产生突发性的故障或损伤，比如舵面有可能发生卡死、松浮或损伤 等故障。这些故障均会使飞机产生一定的不对称力和力矩，破坏原有的气动布局平衡，使飞机产生不期望的滚转、偏航或俯仰运动；若不及时釆取措施消除这些不对称力和力矩，飞机有可能在短时间内失去控制，造成事故。例如传感器有可能发生卡死、输出恒增益变化以及输出恒偏差失效等故障，这些故障数据可能会给控制提供了错误的信息，则无法达到原先的控制效果，严重时也会造成事故。又如作为飞机动力的来源， 发动机系统发生的故障就更为复杂，其中任何一个部件的异常都有可能造成动力失效甚 至无动力的严重后果。在无人机飞行模拟训练系统中，如何将飞行过程中可能出现的故障进行逼真的模拟 是飞行模拟训练系统的一个重要内容。如果从故障本身的特点和机理出发进行研究模 拟，那么上述的这些故障中仅仅舵面发生的故障就是一个需要深入研究的课题，这方面的研究历来不少，也取得了累累硕果；而在飞行模拟训练中，对故障模拟的研究较少，且有待深入。如果只从飞行t莫拟训练的目的出发，其实可以只从这些故障对飞行造成的 效果或后果来进行t莫拟，走一条轻松的捷径。 发明 内 容本发明针对现有技术的不足，提供一种应用于无人机飞行模拟训练中的故障模拟方 法。运用该方法，可在原有飞行模拟训练系统的基础上，针对不同故障特征，对已经实 现的诸仿真设备无人机模拟训练中一些常见故障进行逼真模拟，通过训练使得飞行操纵 员能充分感受和体会出现故障时飞机的反应及状态，提高其故障判断及应急处置能力， 为执行任务时能迅速有效地处理类似情况做好技术和心理上的准备。为达到此目的，本发明的构思是(1) 针对各种常见故障，根据其故障特征，从各种类型故障最终导致的影响和结 果出发进行模拟，而不是从产生该故障的机理或者原理出发进行模拟，这样可以简单而 有效地实现故障模拟。(2) 在原模拟训练系统的基础上，进行故障模拟处理，使得对原系统改动较小， 即获取原仿真设备的仿真数据，根据该设备的故障特征对原仿真数据进行故障模拟处 理，最后输出故障模拟后的数据。根据上述思路，本发明所述的故障模拟方法包括以下六个步骤 步骤一选择故障类型通过训练软件的人机界面，选择需要模拟的故障类型及相应故障参数； 故障类型包括舵偏故障、传感器故障、发动机故障、起落架故障、遥控链路故障；其中，舵偏故障包括副翼故障、方向舵故障、升降舵故障；传感器故障包括速率陀螺故 障、航姿故障、导航故障、大气数据计算机故障、空速偏差故障、气压高度偏差故障； 发动机故障又包括节风门故障、动力衰减故障；其中，副翼故障、方向舵故障、升降舵故障、空速偏差故障、气压高度偏差故障、 节风门故障、动力衰减故障是带故障参数的。步骤二舵偏故障模拟舵偏故障模拟包括副翼故障模拟、方向舵故障模拟和升降舵故障模拟；具体方法是(1) 根据步骤一，得到故障类型(副翼故障、方向舵故障和升降舵故障)和参数(故 障偏角DeltErr);(2) 从舵机环节仿真获取舵偏仿真数据Delt，如果舵偏故障有效，则故障模拟后 的舵偏角Delt' =Delt+DeltErr;如果舵偏故障无效，贝ij Delt' =Delt;其中，舵偏 故障包括副翼故障、方向舵故障和升降舵故障；(3) 将Delt'输出给飞机动力学仿真； 按照上述方法即可实现舵偏故障模拟，简单而又逼真。步骤三传感器故障模拟传感器故障模拟有两种类型无数据输出和数据偏差；第一种无数据输出的故障模拟。这类故障模拟包括速率陀螺故障模拟、航姿故障 模拟、导航故障模拟和大气数据计算机故障模拟，具体方法是根据步骤一，得到故障 类型(陀螺故障、航姿故障、导航故障和大气数据计算机故障)，然后从各传感器仿真 获取相应传感器仿真数据，将该传感器仿真数据保持在固定值，直到故障解除后重新从 传感器仿真获取更新数据并输出。第二种数据偏差的故障模拟。这类故障模拟包括空速偏差故障模拟、气压髙度偏 差故障模拟，具体方法是(1) 根据步骤一，得到故障类型(空速偏差故障、气压高度偏差故障)及参数(空 速偏差值VkErr、气压高度偏差值HbErr);(2) 从大气数据计算机仿真的输出中获取大气数据计算机仿真数据Vk和Hb，如果故障类型为空速偏差故障，空速偏差故障有效，则在大气数据计算机仿真数据中的空 速Vk上叠加空速偏差值VkErr，则故障模拟后的空速Vk' =Vk+VkErr,如果空速偏差故障无效，则Vk' =Vk;如果故障类型为气压高度偏差故障，气压高度偏差故障 有效，则在大气数据计算机仿真数据中的气压髙度Hb上叠加上气压高度偏差值 HbErr，则故障模拟后的气压高度Hb， =Hb+HbErr,如果气压高度偏差故障无效， 贝iJHb， =Hb;(3) 将Vk'和Hb'输出给飞行控制与管理仿真。 步骤四发动机故障模拟发动机发生故障，最终导致的两种结果均是影响发动机推力， 一种情况是还有部分 推力可用，另一种情况是发动机完全停车；这类故障模拟包括节风门故障、动力衰减故 障，具体方法分别是节风门故障模拟(1) 根据步骤一，得到故障类型(节风门故障)及参数(节风门故障偏角DeltPErr);(2) 从节风门环节仿真获取节风门仿真数据DeltP，如果节风门故障有效，则故障 模拟后的节风门偏角DeltP' -DeltPErr ;如果节风门故障无效，贝lj DeltP' -DeltP;(3) 将DeltP'输出给发动机仿真。 动力衰减故障模拟(1) 根据步骤一，得到故障类型(动力衰减故障)及参数(衰减系数r);(2) 从发动机仿真中获取发动机推力P，则动力衰减后的推力P' =PXr;(3)将P'输出给飞机动力学仿真； 其中，r的范围是[O， 1], r为O时表示发动机停车，推力为O; r为l表示发动机 正常，推力正常°步骤五起落架故障模拟不论何种起落架故障，最终结果一般都是起落架无法收起或者无法放下，具体方法是(1) 根据步骤一，得到故障类型(起落架故障)；(2) 从起落架仿真获取起落架状态，如果起落架故障有效，则将起落架状态保持 为当前状态，即如果原来为放下状态，则保持为放下状态，不能收起；如果原来为收起状态，则保持为收起状态，不能放下；如果起落架故障无效，则取消保持起落架为当前 状态，可以正常收起或放下；(3) 将该状态输出给飞行控制与管理仿真； 按照上述方法即可实现起落架故障的模拟。步骤六遥控链路故障模拟根据步骤一，得到故障类型(遥控故障)，如果遥控故障有效，则将遥控遥测仿真中的遥控数据发送关闭；如果遥控故障无效，则将遥控遥测仿真中的遥控数据发送打开； 从而实现遥控链路故障模拟。本发明的优点在于(1) 通过对不同故障特征的分析，采用对故障所造成影响和结果的模拟方法，简单有效，又保证了故障模拟逼真度；(2) 充分利用原系统功能进行故障模拟处理，对原飞行模拟训练系统的改动很小, 因此该故障模拟方法既可以在新研制的飞行模拟训练系统中使用，也可以在已有飞行模 拟训练系统中使用。
图1是某无人机飞行模拟训练系统组成示意图；图2是某无人机飞行模拟训练系统原理图；图3是图2的细化图；图4是本发明故障模拟方法的示意框图；图5是本发明故障模拟方法中舵偏故障模拟方法和传感器故障模拟方法应用于某无 人机的原理示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施步骤作进一步说明。 以下为本发明所述方法应用于某无人机飞行模拟训练的一个实施例。 该无人机飞行模拟训练系统主要由训练台计算机、教练台计算机、飞行操纵控制计 算机以及外控盒等组成。图1是某无人机飞行t莫拟训练系统组成示意图。如图1所示，该飞行模拟训练系统中，训练台计算机主要运行视景模拟显示软件， 用于模拟飞机飞行以及周边地形地貌等地理环境，使得起降操纵员有较好的视觉沉浸感，供起降操纵员使用；教练台计算机运行飞行仿真系统软件、飞行控制与管理仿真软 件及训练软件，供教练员使用。其中，飞行仿真系统软件用于对飞机动力学、传感器、 发动机、舵机环节等的仿真，是虚拟飞机系统的数学模型；飞行控制与管理仿真软件用 于实现对虚拟飞机系统的飞行控制与管理功能，是机载飞行控制与管理软件的仿真；训 练软件用于在训练过程中，教练员根据训练要求，通过训练软件人机界面，实施训练过 程管理如训练开始、训练结束、数据保存、训练环境设置等，实现对训练员的训练。教 练台计算机与训练台计算机通过以太网交互数据；飞行操纵控制计算机主要运行遥控遥测仿真软件，用于仿真地面测控站发送遥控数据和接收遥测数据，并提供飞行操纵界面， 供飞行操纵员使用，飞行操纵员通过飞行操纵界面实施对无人机的遥控和监测，飞行操 纵控制计算机与教练台计算机通过电缆进行数据交换；外控盒供起降操纵员使用，起降 操纵员与飞行操纵员紧密配合，通过外控盒并实施对无人机起飞阶段和下滑着陆阶段的 遥控控制，该外控盒与飞行操纵控制计算机通过电缆连接。 图2是某无人机飞行模拟训练系统原理示意图。如图2所示，飞行控制与管理仿真通过遥控遥测仿真接收遥控指令，或向其发送遥 测信息，飞行控制与管理仿真利用传感器仿真数据，根据遥控指令或飞行过程，按照预 先设定的控制规律解算出舵偏指令，并发送给舵机环节仿真，舵机环节仿真则根据实际 舵机环节的特性(包括时间常数、间隙等)所建立的数学+莫型，计算得到舵偏仿真数据， 并送至飞机动力学仿真；同时，飞行控制与管理仿真还将通过遥控遥测仿真的遥控指令 获得的一些离散量指令，送至离散量仿真，之后将离散量仿真处理后的离散量状态发送 给飞机动力学仿真；飞机动力学仿真根据获得的舵偏仿真数据、离散量状态，依据飞机 动力学模型，计算得到各种各样的传感器数据、状态信息， 一方面将传感器数据送给传 感器仿真；传感器仿真是根据各传感器的特性、原理建立的传感器数学模型计算得到飞 行控制与管理所需的各种传感器数据，并送往飞行控制与管理仿真，这样，形成一个控 制闭环，实现了对虚拟无人机的控制与管理。另一方面，飞机动力学仿真还将飞机的位置、速度、状态等信息发送给视景模拟显示，视景模拟显示根据获得的信息对飞机的飞 行姿态、速度等进行模拟，生成一个与飞行控制与管理相应的虚拟飞机飞行场景。 图3是图2的细化图。如图3所示，方向舵环节仿真、副翼环节仿真、升降舵环节仿真、节风门环节仿真 都属于图2中的舵机环节仿真,起落架仿真和其他离散量仿真都属于图2中的离散量仿 真，大气数据计算机仿真、无线电高度表仿真、速率陀螺仿真、导航仿真和航姿仿真都 属于图2中的传感器仿真。其原理与图2基本一致，需要说明的是，飞行控制与管理仿 真将节风门偏角指令发送节风门环节仿真后，得到节风门仿真数据将送至发动机仿真， 发动机仿真根据发动机数学模型计算得到发动机推力，并将发动机推力送至飞机动力学仿真使用。图4是本发明所述故障模拟方法的示意框图。如图4所示，通过训练软件的人机界 面选择故障类型及故障参数，并送至相应的故障模拟，分别是舵偏故障模拟、传感器故 障模拟、发动机故障模拟、起落架故障模拟、遥控链路故障模拟，进行相应的故障模拟 处理后，最后将故障模拟后的数据输出。图5是本发明所述故障模拟方法中舵偏故障模拟方法和传感器故障模拟方法应用于 某无人机的原理示意图。没有采用本发明故障+莫拟方法前的系统如图2所示，采用该故 障模拟方法后，如图5所示，原来分别通过虚线送往飞机动力学仿真和飞行控制与管理 仿真的舵偏仿真数据和传感器仿真数据，将被相应的故障模拟截取获得，即舵偏仿真数 据将被舵偏故障模拟截取获得，传感器仿真数据被传感器故障模拟截取获得；故障模拟 根据选择的故障类型和故障参数、以及获得的仿真数据进行故障模拟处理，然后将故障 模拟处理后的数据分别送往飞机动力学仿真和飞行控制与管理仿真，自此完成舵偏故障 模拟和传感器故障模拟过程。本发明所述的其他故障模拟方法——发动机故障模拟方 法、起落架故障模拟方法、遥控链路故障模拟方法的模拟过程与上述舵偏故障模拟方法 和传感器故障模拟方法应用于某无人机的模拟过程类似，由图5可见，运用本发明故障 模拟方法，能与原系统功能有机地结合起来，对系统改动很小。本发明故障模拟方法应用于上述无人机飞行模拟训练系统的具体实现步骤如下步骤一选择故障类型通过训练软件的人机界面，选择需要模拟的故障类型及相应故障参数。 故障类型包括舵偏故障、传感器故障、发动机故障、起落架故障、遥控链路故障；其中，舵偏故障包括副翼故障、方向舵故障、升降舵故障；传感器故障包括速率陀螺故 障、航姿故障、导航故障、大气数据计算机故障、空速偏差故障、气压高度偏差故障；发动机故障又包括节风门故障、动力衰减故障；其中，副翼故障、方向舵故障、升降舵故障、空速偏差故障、气压髙度偏差故障、 节风门故障、动力衰减故障是带故障参数的。步骤二舵偏故障模拟在无人机飞行过程中，飞行控制计算机根据理想飞行状态和飞机当前飞行状态之间 的偏差给出舵偏指令，作动器在舵偏指令的控制作用下带动舵面偏转，使舵面的偏转角 跟随飞控指令变化。在这种意义下，作动器和舵面共同构成了终端执行器，用以实现飞 控机对飞机姿态的控制作用。作动器以及舵面的故障均会使终端执行器的控制效果发生 变化。飞机舵面的故障形式主要有卡死、松浮和舵面损伤等。若某舵面发生卡死或松浮故 障，则包含该舵面的执行器不再对飞控机指令的变化做出正确的响应，因此这种情况下 执行器对飞机表现为恒定的控制效果。伹一般舵面均为左右对称两个，两个舵面同时发 生卡死或松浮故障的情况非常少，通常发生这种故障的是其中一个舵面，因此会造成舵 偏效率的降低。若舵面发生损伤故障，则包含该舵面的执行器仍然能正确响应飞控机指 令的变化，但是舵面损伤造成了其自身气动效率的降低，即执行器对飞机的控制效果与 正常情况相比打了折扣，也就是舵偏效率降低。因此，从本发明故障模拟方法的角度出发，通过对以上几种舵偏故障的分析，可知 最终的影响结果都是舵偏效率降低。具体的舵偏故障模拟方法是根据步骤一，得到故障类型(副翼故障、方向舵故障 和升降舵故障)和参数(故障偏角DeltErr)，然后从舵机环节仿真获取舵偏仿真数据 Delt，在Delt上叠加故障偏角DeltErr，则故障模拟后的舵偏角Delt' =Delt + DeltErr,最后将Delt'输出给飞机动力学仿真。1、 副翼故障模拟。根据步骤一，得到故障类型(副翼故障)和参数(副翼故障偏 角DeltXErr)，然后从副翼环节仿真获取副翼仿真数据DeltX,如果副翼故障有效，则 副翼故障模拟后的舵偏角DeltX， =061仅+061 ￡订;如果副翼故障无效，则DeltX， =DeltX。最后将DeltX'输出给飞机动力学仿真。2、 方向舵故障模拟。与副翼故障模拟类似，根据步骤一，得到故障类型(方向舵 故障)和参数(方向舵故障偏角DeltYErr),然后从方向舵环节仿真获取方向舵仿真数 据DeltY,如果方向舵故障有效，则方向舵故障模拟后的舵偏角DeltY' =DeltY + DeltYErr;如果方向舵故障无效，则DeltY' -DeltY。最后将DeltY'输出给飞机动 力学仿真。3、升降舵故障模拟。与副翼故障模拟类似，根据步骤一，得到故障类型(升降舵 故障)和参数(升降舵故障偏角DeltZErr)，然后从升降舵环节仿真获取升降舵仿真数 据DeltZ，如果升降舵故障有效，则升降舵故障模拟后的舵偏角DeltZ' = DeltZ + DeltYErr;如果升降舵故障无效，则DeltZ， = DeltZ。最后将DeltZ，输出给飞机动 力学仿真。步骤三传感器故障模拟在飞行过程中，传感器有可能无输出、输出恒增益变化以及输出恒偏差失效等故障, 这些故障数据可能会给控制提供了错误的信息，就无法达到原先的控制效果，严重时也 会造成事故。从本发明故障模拟方法的角度出发，传感器故障模拟可以分为两种无数 据输出和数据偏差。第一种无数据输出的故障模拟。这类故障模拟包括速率陀螺故障、航姿故障、导 航故障、大气数据计算机故障。具体故障模拟方法是，根据步骤一，得到故障类型(速 率陀螺故障、航姿故障、导航故障和大气数据计算机故障)，然后从传感器仿真获取相 应传感器仿真数据，将该传感器仿真数据保持在固定值，直到故障解除后重新从传感器 仿真获取更新数据并输出。1、 速率陀螺故障模拟。根据步骤一，如果速率陀螺故障有效，则从速率陀螺仿真 获取此刻的横滚角速率Wx、偏航角速率Wy、俯仰角速率Wz，并分为记为WxO、 WyO、 WzO，则故障模拟后的Wx， -WxO、 Wy， =WyO、 Wz， =WzO;如果速率陀螺故障 无效，则从速率陀螺仿真获取更新的Wx、 Wy、 Wz,即Wx' =Wx、 Wy' =Wy、 Wz， =Wz。最后将Wx， 、 Wy， 、 Wz，输出给飞行控制与管理仿真。2、 航姿故障模拟。与速率陀螺故障模拟类似，根据步骤一，如果航姿故障有效， 则从航姿仿真获取此刻的横滚角Gama、偏航角Pusi、俯仰角Theta,并分为记为 GamaO、 PusiO、 ThetaO，则故障模拟后的Gama， = GamaO、 Pusi， =PusiO、 Theta' =ThetaO;如果航姿故障为无效，则从航姿仿真获取更新的Gama、 Pusi、 Theta,艮卩Gama， =Gama、 Pusi， =Pusi、 Theta， = Theta。最后将Gama，、 Pusi' 、 Theta，输出给飞行控制与管理仿真。3、 导航故障模拟。与速率陀螺故障模拟类似，根据步骤一，如果导航故障有效， 则从导航仿真获取此刻的地理经度L、地理纬度B、地理高度H，东向地速Ve、北向 地速Vn、天向地速Vy,并分为记为LO、 BO、 HO、 VeO、 VnO、 VyO,则故障模拟后 的L， =LO、 B， =BO、 H， -HO、 Ve， =VeO、 Vn， =VnO、 Vy， -VyO;如果导 航故障无效，则从导航仿真获取更新的L、 B、 H、 Ve、 Vn、 Vy,即L' =L、 B， =B、H， =H、 Ve， =Ve、 Vn， =Vn、 Vy， =Vy。最后将L， 、 B， 、 H， 、 Ve， 、 Vn，、 Vy'输出给飞行控制与管理仿真。4、大气数据计算机故障模拟。与速率陀螺故障模拟类似，根据步骤一，如果大气 数据计算机故障有效，则从大气数据计算机仿真获取此刻的气压高度Hb、空速Vk、升 降速度Hbd,并分为记为HbO、 VkO、 HbdO,则故障模拟后的Hb' =HbO、 Vk，= VkO、 Hbd' =HbdO;如果大气数据计算机故障无效，则从大气数据计算机仿真获取 更新的Hb、Vk、Hbd，即Hb， =Hb、Vk， =Vk、Hbd， -HbcU最后将Hb， 、 Vk，、 Hbd'输出给飞行控制与管理仿真。第二种数据偏差的故障模拟。这类故障模拟包括空速偏差故障、气压高度偏差故 障。大气数据计算机是通过空速管获得大气总压和静压，进而计算得到气压高度、空速 等数据的，如果空速管发生堵塞或其他故障，气压高度和空速则可能会出现高指或低指 的故障现象。具体故障模拟方法是，根据步骤一，得到故障类型(空速偏差故障、气压高度偏差 故障)及参数(空速偏差值VkErr、气压高度偏差值HbErr),然后从大气数据计算机 仿真的输出中获取大气数据计算机仿真数据Vk和Hb，如果故障类型为空速偏差故障， 空速偏差故障有效，则在大气数据计算机仿真数据中的空速Vk上叠加空速偏差值 VkErr，则故障模拟后的空速Vk' =Vk+VkErr，如果空速偏差故障无效，则Vk，= Vk;如果故障类型为气压高度偏差故障，气压高度偏差故障有效，则在大气数据计算 机仿真数据中的气压高度Hb上叠加上气压高度偏差值HbErr，则故障模拟后的气压髙 度Hb' =1^+1^区11"，如果气压高度偏差故障无效，则1113' -HK最后将Vk，和Hb' 输出给飞行控制与管理仿真。步骤四发动机故障模拟发动机系统是一个集机械、电气、液压技术为一体，利用热力学原理产生推进力的 复杂系统。发动机是飞机获取推力的来源，控制系统通过对节风门偏转的控制，从而实 现对发动机推力的调整。 一旦发动机发生故障，将严重影响飞机的安全，历来由于发动 机故障造成的空难不胜枚举。从本发明的故障模拟方法角度出发，不论发动机系统中的 那一部分出现问题，最终导致的问题都是是否还能为飞机提供推力， 一种情况是推力部 分失效，另一种情况是发动机完全停车，无推力。具体的发动机故障模拟方法是1、节风门故障模拟。根据步骤一，得到故障类型(节风门故障)及参数(节风门 故障偏角DeltPErr),然后从节风门环节仿真获取节风门仿真数据DeltP，如果节风门13故障有效，则故障模拟后的节风门偏角DeltP' -DeltPErr ;如果节风门故障无效，则 DeltP， =DeltP;然后将DeltP，输出给发动机仿真。2、动力衰减故障。根据步骤一，得到故障类型(动力衰减故障)及参数(衰减系 数r),然后从发动机仿真中获取发动机推力P,则动力衰减后的推力P' -PXr，然后 将P'输出给飞机动力学仿真。其中，r的范围是0， l]， r为O时表示发动机停车，推 力为O; r为l表示发动机正常，推力正常。步骤五起落架故障模拟在飞机进入着陆进近前，应该确保起落架已经正常放下。如果起落架无法放下，会 直接影响决策，通常情况下，应该将飞机上的燃油放掉或者耗尽才迫降。如果是在飞机 起飞爬升中起落架无法收起，也会影响决策，要考虑是否继续执行任务。具体的故障模 拟方法是根据步骤一，得到故障类型(起落架故障)，然后从起落架仿真获取的起落架状态， 如果起落架故障有效，则将起落架状态保持为当前状态，即如果原来为放下状态，则保 持为放下状态，不能收起；如果原来为收起状态，则保持为收起状态，不能放下；如果 起落架故障无效，则取消保持起落架为当前状态，可以正常收起或放下。最后将该状态 输出给飞行控制与管理仿真，从而实现起落架故障的模拟。步骤六遥控链路故障模拟遥控链路是地面测控系统数据链中的上行链路，主要完成地面站至无人机的遥控指 令的发送，在复杂的电磁环境下，由于数据链本身的抗干扰能力有限，链路可能发生中 断，或者机载天线被遮挡影响接收，也会造成链路中断，地面人员会失去对无人机的遥 控。从本发明故障模拟方法的角度出发，这种故障最终导致的结果是无人机无法接收到 遥控数据。这种故障的模拟方法是根据步骤一，得到故障类型(遥控故障)，如果遥控故障有 效，则将遥控遥测仿真中的遥控数据发送关闭；如果遥控故障无效，则将遥控遥测仿真 中的遥控数据发送打开。本发明故障模拟方法通过上述无人机飞行模拟训练系统的实施，得到了实践检验， 说明该方法效果良好，具有重要的工程应用价值。
权利要求
1、一种用于飞行模拟训练的故障模拟方法，其特征在于，该方法包括如下六个步骤步骤一选择故障类型通过训练软件的人机界面，选择需要模拟的故障类型及相应故障参数；故障类型包括舵偏故障、传感器故障、发动机故障、起落架故障、遥控链路故障；其中，舵偏故障包括副翼故障、方向舵故障、升降舵故障；传感器故障包括速率陀螺故障、航姿故障、导航故障、大气数据计算机故障、空速偏差故障、气压高度偏差故障；发动机故障又包括节风门故障、动力衰减故障；其中，副翼故障、方向舵故障、升降舵故障、空速偏差故障、气压高度偏差故障、节风门故障、动力衰减故障是带故障参数的；步骤二舵偏故障模拟具体方法是(1)根据步骤一，得到故障类型及参数，即故障偏角DeltErr；(2)从舵机环节仿真获取舵偏仿真数据Delt，如果舵偏故障有效，则故障模拟后的舵偏角Delt’＝Delt+DeltErr；如果舵偏故障无效，则Delt’＝Delt；其中，舵偏故障包括副翼故障、方向舵故障和升降舵故障；(3)将Delt’输出给飞机动力学仿真；步骤三传感器故障模拟传感器故障模拟包括无数据输出的故障模拟和数据偏差的故障模拟；无数据输出的故障模拟的具体方法是根据步骤一，得到故障类型，然后从各传感器仿真获取相应传感器仿真数据，将该传感器仿真数据保持在固定值，直到故障解除后重新从传感器仿真获取更新数据并输出；数据偏差的故障模拟的具体方法是(1)根据步骤一，得到故障类型及参数，即空速偏差值VkErr和气压高度偏差值HbErr；(2)从大气数据计算机仿真的输出中获取大气数据计算机仿真数据Vk和Hb，如果故障类型为空速偏差故障，空速偏差故障有效，则在大气数据计算机仿真数据中的空速Vk上叠加空速偏差值VkErr，则故障模拟后的空速Vk’＝Vk+VkErr，如果空速偏差故障无效，则Vk’＝Vk；如果故障类型为气压高度偏差故障，气压高度偏差故障有效，则在大气数据计算机仿真数据中的气压高度Hb上叠加上气压高度偏差值HbErr，则故障模拟后的气压高度Hb’＝Hb+HbErr，如果气压高度偏差故障无效，则Hb’＝Hb；(3)将Vk’和Hb’输出给飞行控制与管理仿真；步骤四发动机故障模拟发动机发生故障模拟包括节风门故障模拟和动力衰减故障模拟，具体方法分别是节风门故障模拟(1)根据步骤一，得到故障类型及参数，即节风门故障偏角DeltPErr；(2)从节风门环节仿真获取节风门仿真数据DeltP，如果节风门故障有效，则故障模拟后的节风门偏角DeltP’＝DeltPErr；如果节风门故障无效，则DeltP’＝DeltP；(3)将DeltP’输出给发动机仿真；动力衰减故障模拟(1)根据步骤一，得到故障类型及参数，即衰减系数r；(2)从发动机仿真中获取发动机推力P，则动力衰减后的推力P’＝P×r；(3)将P’输出给飞机动力学仿真；其中，r的范围是
，r为0时表示发动机停车，推力为0；r为1表示发动机正常，推力正常；步骤五起落架故障模拟不论何种起落架故障，最终结果一般都是起落架无法收起或者无法放下，具体方法是(1)根据步骤一，得到故障类型，即起落架故障；(2)从起落架仿真获取起落架状态，如果起落架故障有效，则将起落架状态保持为当前状态，即如果原来为放下状态，则保持为放下状态，不能收起；如果原来为收起状态，则保持为收起状态，不能放下；如果起落架故障无效，则取消保持起落架为当前状态，可以正常收起或放下；(3)将该状态输出给飞行控制与管理仿真；步骤六遥控链路故障模拟根据步骤一，得到故障类型，即遥控故障；如果遥控故障有效，则将遥控遥测仿真中的遥控数据发送关闭；如果遥控故障无效，则将遥控遥测仿真中的遥控数据发送打开；从而实现遥控链路故障模拟。
2.根据权利要求1所述的一种用于飞行模拟训练的故障模拟方法，其特征在于: 步骤二中所述的舵偏故障模拟包括副翼故障模拟、方向舵故障模拟和升降舵故障模拟。
3. 根据权利要求1所述的一种用于飞行模拟训练的故障模拟方法，其特征在于 步骤二中所述的故障类型包括副翼故障、方向舵故障和升降舵故障。
4. 根据权利要求1所述的一种用于飞行模拟训练的故障模拟方法，其特征在于 步骤三中所述的无数据输出的故障模拟包括速率陀螺故障模拟、航姿故障模拟、导航故 障模拟和大气数据计算机故障模拟。
5. 根据权利要求1所述的一种用于飞行模拟训练的故障模拟方法，其特征在于 步骤三中无数据输出的故障模拟中所述的故障类型包括陀螺故障、航姿故障、导航故障 和大气数据计算机故障。
6. 根据权利要求1所述的一种用于飞行模拟训练的故障模拟方法，其特征在于 步骤三中所述的数据偏差的故障模拟包括空速偏差故障模拟和气压高度偏差故障模拟。
7. 根据权利要求1所述的一种用于飞行模拟训练的故障模拟方法，其特征在于 步骤三中数据偏差的故障模拟中所述的故障类型包括气压高度偏差故障和空速偏差故 障。
8. 根据权利要求1所述的一种用于飞行模拟训练的故障模拟方法，其特征在于 步骤四中节风门故障模拟中所述的故障类型是指节风门故障。
9. 根据权利要求1所述的一种用于飞行模拟训练的故障模拟方法，其特征在于 步骤四中动力衰减故障模拟中所述的故障类型是指动力衰减故障。
全文摘要
本发明提供了一种应用于无人机飞行模拟训练的故障模拟方法。运用该方法，可在原有飞行模拟训练系统的基础上，针对不同故障特征，对已经实现的诸仿真设备无人机模拟训练中一些常见故障进行逼真模拟，通过训练使得飞行操纵员能充分感受和体会出现故障时飞机的反应及状态，提高其故障判断及应急处置能力，为执行任务时能迅速有效地处理类似情况做好技术和心理上的准备，具有重要的工程应用价值。
文档编号G09B9/08GK101241653SQ200810102478
公开日2008年8月13日 申请日期2008年3月21日 优先权日2008年3月21日
发明者张翠萍, 王宏伦, 王英勋 申请人:北京航空航天大学