哈工大飞行器系统仿真与CAD复习提纲.doc

《飞行器系统仿真与CAD》复习提纲 1．怎么理解飞行器系统仿真，有哪些分枝。 飞行器系统是一个包含多个学科、多个子系统的复杂大系统。 飞行器仿真按照其涉及到的学科门类又可以分为单学科（单系统）仿真、多个学科（局部系统）仿真以及全系统仿真。 传统的飞行器气动外形分析设计、推进系统分析设计可以归为单学科仿真研究范畴，飞行器多学科设计优化以及虚拟样机技术可归为全系统仿真研究范畴。 由于飞行器自身学科的耦合性以及现代飞行器仿真研究更多地考虑了整体思想，已经很难确切划分它们之间的界限。仿真在现代飞行器的全寿命周期中有越来越重要的地位，而飞行器系统的多样化和复杂性使得仿真软件的开发日益复杂化，对软件开发的要求也越来越高。 飞行器系统仿真侧重于指飞行器多学科设计优化，各类以飞行器为主要组成部分的大型航空航天系统如交会对接系统、空间站系统、卫星观测系统，以及飞行器快速原型机仿真框架等。这类飞行器仿真问题规模更大、复杂性更强，仿真建模和软件开发手段所面临的问题更多。 2．卫星系统仿真有几种分类，分别说明。 在卫星系统仿真中，根据所介入模型的不同，分为数学仿真、半物理仿真和全物理仿真。 数学仿真由于不受产品是否存在的限制，可以应用于飞行器研制的全过程，但更多的应用于飞行器概念设计研究阶段；半物理仿真和物理仿真应用于飞行器初步设计阶段和详细设计阶段，其主要目的是在尽可能接近飞行试验的状态和环境的条件下，对飞行器的分系统和全系统进行全面的研究和性能检验。数学仿真、半物理仿真、物理仿真之间是互相补充的，在飞行器型号研制过程中具体用哪种仿真取决于研究的目的、内容和条件。 数学仿真：数学仿真是运用数学模型在计算机上进行的试验，包括在模拟机、数模混合机和数字机上仿真，是用数学的语言、方法去近似地刻画实际问题，这种刻画的数学表述就是一个数学模型。 数学仿真面临的问题主要表现在以下方面：现实问题可能无法用数学模型来表达，即刻画实际问题的表达式不存在；找到的数学模型由于太复杂而无法求解；求出的解不正确，可能是由模型的不正确或过多的简化近似导致的。 卫星数学仿真主要包括下列内容：空间环境模型仿真包括地球引力场、磁场、空气动力、太阳辐射压力、日—月—地摄动等仿真；卫星的轨道动力学及制导与导航系统仿真；卫星的姿态动力学与控制系统仿真，包括三轴稳定卫星姿态确定与控制系统仿真；自旋卫星姿态确定与控制系统仿真；多刚体系统动力学分析及控制仿真；带晃动液体贮箱及大型挠性附件。 数学仿真最关键的问题是建立能精确地反映系统性能的数学模型。一个复杂的动力学系统建模常常需要两种方法并有。用理论建立的数学模型不仅需要通过试验来取得有关参数，更有待于通过试验来验证和修正。 半物理仿真：半物理（混合、数学—物理）仿真是指模型的一部分是数学模型，另一部分是实体模型或实物所进行的仿真，其中包含实物在内的叫做半实物仿真，包含人员在内的叫做人在回路中的仿真。 半物理仿真是在仿真的动力学及环境条件下将部分或全部控制系统硬件接入回路中进行试验，但部分控制系统和控制对象（卫星本体）的动力系统仍用数学模型代替。虽然数学仿真可以得到卫星在各种不同参数组合和初始条件下的性能结果，但是半物理仿真仍然是卫星研制中一个十分重要的环节。这是由于一个实际系统，其结构相当复杂，数学模型很难精确地概括全部细节，有时候某些细节的局部误差有可能使系统性能发生质的变化。在这种情况下，数学仿真虽然取得了满意的结果，但在半物理仿真时则可能发现其误差大大超出了设计的要求或者发现新的问题： （1）某些环境（如温度变化）或干扰（如电磁干扰）对部件性能的影响很难建立准确的数学模型，由此引起系统性能的改变也只能通过试验发现。（2）研制过程中粗心大意造成的错误（如敏感器或执行机构极性装反）是不能用数学仿真发现的，却易在半物理仿真中发现并纠正。（3）一个已研制出来的复杂卫星控制系统在上天之前非常有必要在地面对它做出综合性能的定量评价。 为了实现某种指标，试验过程中常常对控制系统的硬件或软件参数进行局部修改，于是半物理仿真便成为系统性能鉴定和优化的一种手段。 利用系统仿真技术对卫星系统进行试验研究，先要建立系统模型，设计仿真试验方案，根据系统模型利用仿真系统中的计算机和专业物理设备，建立有效仿真模型。然后运行仿真系统，分析仿真实验结果，以达到对系统进行研究、设计、评价或利用仿真系统进行人员培训、作战预演等目的。 全物理仿真：物理（实物）仿真是用实体模型（物理效应模型）或系统实际设备（实物）所进行的仿真。是对实际行为和过程进行仿真，早期的仿真大多属于这一类。物理仿真的优点是直观、形象，但是要为系统构造一套物理模型，不是一件简单的事，尤其是十分复杂的系统，将耗费很多的投资，周期也很长。此外，在物理模型上做实验，很难改变系统参数，改变系统结构也比较困难。全物