毕业设计(论文)机载综合显示器天地球显示仿真设计.doc
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1、编号 毕业设计题 目机载综合显示器天地球显示仿真设计学生姓名学 号系 部自动化系专 业班 级指导教师二一二年五月南京航空航天大学金城学院本科毕业设计(论文)诚信承诺书本人郑重声明:所呈交的毕业设计(论文)(题目:机载综合显示器天地球显示仿真设计)是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。尽本人所知,除了毕业设计(论文)中特别加以标注引用的内容外,本毕业设计(论文)不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。作者签名: 孙辰骅 2012年5月 12 日 (学号):2008032321机载综合显示器天地球显示仿真设计摘 要航天飞机和宇宙飞船等载人飞行器上的飞行员需要不断地了解飞行器的飞行
2、状态、发动机的工作状态和其他分系统(如座舱环境系统、武器系统、供电系统等)的工作状况, 以便飞行员按飞行计划操纵飞行器完成飞行任务;各类自动控制系统需要检测控制信息, 以便实现自动控制。这些都是由机载设备完成的。机载设备是各种测量传感器、各类显示仪表和显示器、导航系统、雷达系统、通讯系统、自动控制系统、电源电气系统等设备和系统的统称。机载设备将飞行器的各个组成部分连接起来,相当于飞行器的大脑、神经和指挥系统。它能帮助飞行员安全地、及时地、可靠地、精确地操纵飞行器;保障飞行器的各项任务功能、战术技术性能的实现;自动地完成预定的飞行任务(如自动导航, 自动着陆等); 完成某些飞行员无法完成的操纵任
3、务。机载电子设备已成为决定飞机战术、技术性能和使用效能的重要因素,它的性能高低是衡量飞机先进性的重要标志。本仿真实验旨在利用FLASH软件绘制水平状态指示仪和全姿态指示仪的整体框图与元件,计算对应帧数,并且嵌入对应的机体高度、压差的算法,从而做出对机载综合显示器天地球显示的仿真设计。关键词:机载显示仪,全姿态指示仪,水平姿态指示仪The development of Airborne display day Earth to display the simulation designAbstractSpace shuttle and spacecraft, manned aircraft pi
4、lot needs to continue to understand the aircrafts flight status, working conditions of the working status of the engine and other subsystems (such as cabin environmental systems, weapons systems, power supply systems, etc.), so that pilots according toflight plan to manipulate the aircraft to comple
5、te the mission; various types of automatic control systems need to detect the control information in order to achieve automatic control. These are completed by the airborne equipment. Airborne equipment is a variety of measurement sensors, various types of instrumentation and displays, navigation sy
6、stems, radar systems, communications systems, automatic control systems, power electrical systems and other devices and systems collectively referred to. Airborne equipment to connect the various components of the aircraft, which is equivalent to the brain, nerves, and command systems of the aircraf
7、t. It can help pilots safely, timely, reliable, precise control of aircraft; protection function of the tasks of the aircraft, tactical and technical performance; automatically complete the scheduled missions (such as automatic navigation, automatic landing, etc.); completed some pilots unable to co
8、mplete the manipulation task. Airborne electronic equipment has become an important factor to determine the aircraft tactical and technical performance, and performance of its performance level is an important symbol to measure the aircraft advanced nature.This simulation study was designed to take
9、advantage of Flash software to draw level status indicator and the whole attitude to indicate the overall block diagram of components of the instrument to calculate the corresponding number of frames, and embedded in the corresponding body height, the pressure difference algorithm, so make the airbo
10、rne display days Earth simulation design.Key Words:Airborne indicator; Whole attitude indicator; Horizontal indicator目 录摘 要Abstract第一章 引 言11.1 机载仿真的意义及理论依据61.1.1飞机座舱中常见动静压表及陀螺仪表61.1.2 多功能显示仪81.1.3电子飞行仪表系统13第二章 仿真软件132.1 Flash软件的诞生142.1.1 Flash简介及历史142.1.2 Flash基本功能16第三章 电子飞行仪表系统183.1电子飞行仪表系统概述183.1.
11、1 EFIS的基本组成及其功能183.1.2显示管理计算机2331.3控制面板布局243.1.4 主控制板使用253.2 Nd的实现283.3PFD的实现293.3.1实现步骤29第四章 总结31参 考 文 献32致谢33第一章 引 言1.1 机载仿真的意义及理论依据随着航空技术的发展,机载航空电子设备日益增多和复杂,作为人机接口的座舱显示仪表全面实现电子化和综合化。以往的座舱中繁多的仪器仪表现在大多被多个多功能显示器所替代,通过使用字符图形把复杂的战术状况、飞机信息以图表表示,使飞行员能快速获取信息,更加有效地管理和操纵整个系统。多功能显示器也就是飞机的下视显示器,其显示面板上下左右各有多个
12、选择按钮,飞行员通过按钮就可将所选择的界面调人或者实现相应的操作。多功能显示器的显示界面具有层次结构,第一层是菜单界面,上面列出了各个下级界面的选择,触动相应的按钮就可进人相应的下级界面。在某些特定的界面,飞行员还可以通过触发按钮设定飞行的参数,或者执行其他操作,例如存储飞行数据,选择飞行地图和路线等。多功能显示器使用高速总线与周围部件连接,例如机载计算机,数据传送装置DTE,雷达等。此外,多功能显示器还能通过其他类型的高速总线与图形处理器视频接口模块相连。机载综合显示系统中一般有多个多功能显示器,各个显示器之间的显示格式可以按优先级顺序互换,达到显示器之间的资源共享,互为余度。为了适应现代化
13、飞行的需要,在飞行模拟器和训练设备中,多功能显示器已经变成不可缺少的重要部分。同时由于多功能显示器可以集成大量的飞行仪器仪表界面,对这些集成界面的人体工效学评价和测试也迫切需要方便快捷地实现机载多功能显示器仿真。 以往的虚拟座舱系统中飞行仪器仪表仿真大都使用VisualC+和OpenGL来实现,需要进行复杂的编程和图形设计。对于界面繁多且显示格式复杂,数据交互要求高的多功能显示器,所需要的开发投入更大,开发周期更长,实现仿真比较困难。这里我们使用简单的flash软件来设计机载水平指示仪及全姿态指示仪对飞行姿态等问题进行仿真。1.1.1飞机座舱中常见动静压表及陀螺仪表 图1 XXXXXXXXXX
14、XXXXXXXXXXXXX(每张图要有说明,以下类似)高度表 :高度表(Altimeter)连接飞机静压管来测量大气压力,提供飞机高度的资讯(以米及英呎为单位)。高度资讯通常是显示海平面上高度。飞行员在飞行时,每飞过一地,要调整高度表的设定,为当地的气压表拨定值,高度表才能显示正确的高度。 空速表:空速表(Airspeed Indicator)连接至飞机的动压管及静压管,测量冲压空气的压力,转换为飞机的指示空速(Indicated Airspeed),单位通常为节。 垂直速率表:垂直速率表(Vertical speed indicator)连接至静压管,测量机外大气压力变化的速率,而在垂直速率
15、表上,显示飞机爬升及下降的速率,单位通常为“英呎/每分钟”(fts/min)。 姿态仪(或称人工地平线):姿态仪(Attitude Indicator)显示飞机相对于地平线的姿态,看姿态仪,飞行员能判断飞机姿态为偏左偏右,及偏上和偏下。姿态仪作用原理为一高度旋转的陀螺,不论飞机的姿态如何变化,此陀螺的定轴性在空间保持相同,因而能显示出飞机的俯仰及偏左偏右的姿态。姿态仪是仪表飞行时的重要仪表,在能见度差的飞行天气中,失去或不相信姿态仪,飞行员极易进入空间迷失。 航向指示表:航向指示表的原理为一高度旋转的陀螺,不论飞机的航向变动,此陀螺的定轴性都保持一样,因能显示出飞机机头的磁方位。由于陀螺的逆动
16、性,航向指示表的指示会逐渐产生误生,因此飞行员必须时时依磁罗盘的指示,来校正航向指示表。 转弯协调表:转弯协调表也是陀螺仪表,指示转弯的方向及飞机转弯的速率。转弯协调表亦可显示飞机的转弯是否为协调转弯(Coordinated Turn),转弯协调表可作为姿态仪的辅助仪表,在仪表飞行时,转弯协调表可指示应有的转弯速率(度/秒)。1.1.2 多功能显示仪 第二次世界大战以来,飞机性能有了显著的提高。但是座舱显示仪表没有根本的变化,仍是采用机电伺服仪表,一个仪表盘占据一个空间位置对应一种类型的信息显示,即用分散的“空分制”式信息显示方式显示各种飞行参数。各种仪表安装在驾驶员的下视场内,这种座舱布局使
17、驾驶员不能在同一时刻看到外界环境和仪表的情况。为了正确操纵飞机,驾驶员必须时而抬头观察机外环境和搜索跟踪目标,时而低头观察座舱仪表。这不但引起疲劳,也常顾此失彼。工程心理学研究表明:交替观察近在一臂之内的座舱仪表和相当于无限远的机外坏境和目标,不但要移动视线,还要调节眼睛的焦距才能看清楚,这至少要2S多的时间。这种内、外视矛盾对于低空高速飞行的战斗机往往会贻误战机,甚至危及安全。另外,座舱仪表大多从属各个系统,随着系统增加,仪表数量剧烈增加。大量采用空分制显示的机电仪表会造成仪表板拥挤,驾驶员扫视名目繁多的仪表,负担加重,人为差错增多。飞机速度增加,留给飞行员观察、决断、采取行动操纵飞机和武器
18、瞄准的时间相对缩短,使得人机效能不能充分发挥。 20世纪50年代中期,英、美两国开始探索利用阴极射线管研制电子显示器。1955年英国皇家航空研究院和航空医学研究院以及兰克新塔尔公司合作研制平视显示器的地面试验样机,其目的是解决驾驶员不得不频繁交替观察的内、外视矛盾。利用反射式射击瞄准具的光学系统和阴极射线管,采用电子管和模拟式信息处理字符发生技术,在驾驶员前方视场可以显示出两个符号,为研制平视显示器开辟了道路。 平视显示器打破了飞行仪表和火控系统各自拥有显示器的界限,成为现代战斗机在飞行全过程都能发挥作用的多功能电子显示仪表。它是座舱显示仪表由机电仪表向电子显示器发展的重要里程碑。 在研究平视
19、显示器的同时,1954年美国制定的陆海军联合飞机表研究(JANAIR)计划旨在减轻驾驶员负担,提高人机效能,实现全天候作战,重点是研究下视显示器。1960年,美国凯撒公司在参与计划预研制的基础上研制出AN/AVA-1型垂直情况显示器,装备A-6A舰载攻击机。它是世界上第一种装机使用的印记射线管直读式下视显示器。 平视显示器和垂直情况显示器的装机使用成功,使电子显示器逐步成为现代高性能战斗机飞行操纵和武器瞄准的主显示器,在其后的新飞机的航空电子系统中得到应用。 F-111战斗轰炸机是世界上第一种大量采用电子显示器的高性能飞机。1967年,美国空军为F-111D飞机设计了MK综合航空电子系统。该系
20、统的一个重要组成部分是AN/AVA-9综合显示系统。它包括SU-46/47平视显示器、垂直情况显示器和多探测器显示器。SU-46/47平视显示器的阴极射线管把来自垂直显示器、多探测器显示器以及综合飞行仪表的电信号变成光学符号。平视显示器的单显示屏反射式光学系统把阴极射线管上的光学字符进行光学准直,然后由显示屏反射到驾驶员眼中。由于光学字符聚焦在无穷远处,因此和透过显示屏的机外景物叠加在一起,使驾驶员在观察机外目标的同时看到飞机操纵和武器瞄准信息。垂直情况显示器安装在F-111D座舱左侧驾驶员仪表板的中心,主要作为电子指引地平仪使用。多探测器显示器安装在座舱右侧武器系统操纵员仪表板的中心,作为攻
21、击雷达的主要控制器和显示器,它是一个类似标准电视的阴极射线管显示器,周围有30多个旋钮、按键、开关和指示灯的控制板。 美国海军在F-111B舰载可变后掠翼战斗机上安装了AN/AVA-3垂直情况显示器/平视显示器。它把直读式垂直情况显示器和投影式平视显示器组合在一个壳体内,在结构上形成一个整体,是世界上第一种机载组合式电子显示系统。由于F-111B飞机结构严重超重,1968年美国海军决定停止发展,AN/AVA-3垂直情况显示器/平视显示器也随之告终。 20世纪60年代末,F-14变后掠翼重型舰载多用途战斗机的前舱有一个供驾驶员使用的AN/AVA-12组合式垂直情况显示器/平视器和一个安装在下方的
22、水平情况显示器;后舱有供武器操纵员使用的电子对抗显示器和AWG-9火控系统的详细数据显示器及战术信息显示器。AN/AVA-12组合式垂直情况显示器/平视显示器是在AN/AVA-3垂直情况显示器/平视显示器的基础上发展起来的。垂直情况显示器取代了传统的机电式指引地平仪,作为飞机仰俯、横滚和航向姿态显示器,主要显示固定飞机符号、地平线和天空/地貌、飞行参数、指令信息、战术字符。平视显示器主要显示与攻击有关的符号,包括目标、目标距离、最小距离、接近距离、接近速度、武器类型和数量。平视显示器还显示飞机的姿态、飞行参数和指令信息。水平情况显示器是驾驶员的主导航显示器,显示飞机的磁航向、指令航向、塔康方位
23、、无线电罗盘方位、真空速、风速和风向、地速、距离读书等导航信息。水平情况显示器还能显示电子对抗信息和战术信息显示器的信息。F-14飞机前舱的3台显示器占据了仪表板中央的主要位置,成为驾驶员的主显示器,机电飞行仪表退居次要的位置。3台显示器的显示内容和格式既有重复又各有侧重,达到取长补短、互为余度,可以显示从起飞导航、飞机操纵、武器投放到进场着陆全过程所需要的信息。3台电子显示器的信息处理和字符发生各自独立,平视显示器与垂直情况显示器只是机械结构上的组合。 20世纪70年代中期,美国空军、海军制定计划研究适用于多种飞机的综合航空显示系统。1973年,美国空军制定了数字式航空电子信息系统(DAIS
24、)计划,DAIS系统的控制显示分系统包括5个阴极射线管显示器,即平视显示器、垂直情况显示器、水平情况显示器和2台多功能显示器。平视显示器是飞行操纵和武器瞄准的主显示器,4台下视显示器完全相同、互为余度。1975年美国海军制定预发展综合显示系统(AIDS)的计划,其显示系统包括平视显示器、垂直情况显示器、水平情况显示器、左右2台状态/咨询显示器及综合控制键盘,后来在垂直/短距离起落飞机的AIDS计划中又增加了头盔显示器。1976年美国凯萨公司在吸收了DAIS喝AIDS计划预研成果的基础上,研制出一个具有资源共享、互为余度的4个阴极射线管显示器的综合座舱显示系统,型号为AN/OD-150(V)多功
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