[发明专利]地面效应模拟器

说明书

技术领域

本发明涉及航空工程，是一种地面效应模拟器。具体地讲，这种模拟器用来在陆地上模拟飞行器在距离地面或水面较近的高度范围内的飞行状态，以及用来训练飞行员在这种状态下对飞行器的控制并采取的具体措施的能力。

背景技术

地面效应常常发生在飞行器飞行高度较低的时候。此时的飞行高度一般小于飞行器机翼翼展的长度，例如在飞行器的起飞和降落阶段。此时，飞行器能获得比空中飞行更高的升阻比(升力与阻力之比)，这种现象被称作地面效应。

这种地面或水面的存在对飞行器周围流场产生影响会使飞行器在近地面飞行和在高空飞行时的空气动力学特性有很大差异。具体原因在于：三维机翼在飞行过程中会产生翼尖涡，但是在离地面较近的时候，翼尖涡没有足够的空间形成，因而没有形成对飞行器在高空中飞行时由翼尖涡产生的下洗的影响。因而，地面效应的存在会使整个飞行器的上下表面的压力差增大，升力会陡然增加，同时飞行器诱导阻力减小。

此种现象主要使用在两个地方：1.赛车利用特殊设计的车底来产生向下的升力，来增加赛车的贴地性。如此一来车轮的摩擦力就会提高，从而令赛车具有更高的车速和转弯性。2.利用机翼的地面效应所产生的强大升力来飞行的特殊飞行器，是一种地面效应飞机，常用于水上运输。

地面效应对飞行安全有很大影响。首先，在地面效应的作用范围内，飞行器起飞时虽然感觉飞机更容易从地面上拉起来，但此时飞机处于低速大迎角的范围，非常接近失速。当飞机爬升超过了地面效应的作用范围以后，翼尖涡流的下洗作用不再被阻挡，开始起作用，造成了迎角进一步增大，更接近于失速。此时飞机若未能加速到更安全的速度，将有可能进入失速状态，而此时的离地高度将难以使飞机从失速中改出。结果造成飞行器失控，甚至引发灾难。同理，在降落时，飞机会在最后接近地面时因为获得地面效应的过大升力而突然上升，如果不及时应对，飞机就会在减速时突然急速提升高度，因其降落速度非常接近失速速度，所以极易变成失速的状态。而即使只是数十尺亦可能造成严重甚至致命的意外。因此地面效应对于飞行员来说需要谨慎处理。

为了保障飞行器的安全飞行，在飞行器遭遇地面效应时，必须选取可以确保安全的飞行模式。现代飞行器是在仪表飞行规则下使用各种飞行安全系统的，飞行员的任务是实施飞行控制命令或按照自动模式控制飞行器。在这种条件下，当飞行器可能遭遇地面效应危险区的时候，飞行员和飞行器必须进行各自的任务，完成应对飞行器的地面效应的处理。所以必须训练飞行员在相同情况下执行任务的能力，为的是增大他们正确评估情况、正确判定、执行相应的飞行操作的能力。这种训练把各种不同的视觉信号信息提供给他们，目的是给飞行员设置某些操作序列特征，飞行员记忆操作序列特征，并牢记对它们的感觉。此外，通过模拟训练可以是飞行员建立对飞行在地面效应期间的感情和压力的场景。

提供一种在陆地上工作的飞行训练模拟器，能对地面效应进行合适的模拟，并能训练飞行员完成上述任务是极其重要的。这种模拟器被称为地面效应模拟器。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够模拟地面效应状态的飞行模拟器，用以训练飞行员的相应的飞行技术，即执行应对地面效应操作以避免危险的技术。这种地面效应模拟器可为接受训练的飞行员提供有关确定飞行器距离地面效应危险区的距离、时间、进入地面效应危险区后飞行器表面受力和力矩的分布和强度。同时，选取操作以避免飞行器遭遇过度地面效应。这种在地面效应危险状态下用于训练飞行员的飞行技术的模拟器的表现形式是组成它的各种模块。这些模块功能及其连接关系如下：

●启动模块：它能够选取一个训练方案并启动其它各个模块的运行。

●大气条件数据库模块：存储多种大气环境压力、大气对流速度、温度、湿度等信息。

●飞行参数存储模块：存储不同飞行器的外形几何尺寸、飞行器不同的飞行状态信息，如飞行速度、加速度、攻角、偏向角、滚动角等。

●模拟地面效应状态的模块：存储由大气数据、飞行高度和飞行参数的各种组合条件下计算的飞行器表面受力和力矩分布和强度。该模块包括以下2个单元：

(1)原始快照的正交基存储单元；

(2)原始快照特征系数矩阵存储单元。

●模拟地面效应对飞行器影响的模块：计算由地面效应诱发的飞行器附加受力和力矩。该模块包括以下5个单元：

(1)受力点选择单元；

(2)所受力积分运算单元；

(3)所受力矩积分运算单元。

(4)插值运算单元；

(5)地面效应计算单元。