智能系统：风切变下民用飞机起飞三维可视化仿真

第9卷第1期 智能系统学报 Vol.9 No.1 2014年2月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Feb.2014 D0:10.3969/j.issn.1673-4785.201307041 网络出版地址：http:/www.cnki.net/kcms/doi/10.3969/j.issn.1673-4785.201307041.html 风切变下民用飞机起飞三维可视化仿真 罗琪楠，段海滨，严林芳 (1.北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院飞行器控制一体化技术重点实验室，北京100191：2.中国商用 飞机有限责任公司上海飞机设计研究院综合航电设计研究部，上海201210) 摘要：针对风切变对民用飞机起飞阶段恶劣影响这一瓶颈性问题，设计开发了一个基于MATLAB虚拟现实环境的 民用飞机三维可视化仿真平台。通过建立微下击暴流、过山气流和大气紊流的风场模型，分析复杂风切变对民用飞 机起飞的影响，并给出相应的影响公式。利用MATLAB Simulink良好的开放性和扩展性，搭建了基于符号控制的民 用飞机控制系统，开发了风切变的民机起飞三维可视化仿真软件。数字仿真实验验证了该方法的可行性和有效性。 关键词：民用飞机；风切变：符号控制；三维可视化仿真 中图分类号：TP391.9:V249文献标志码：A文章编号：1673-4785(2014)01-0019-07 中文引用格式：罗琪楠，段海滨，严林芳.风切变下民用飞机起飞三维可视化仿真[J].智能系统学报，2014,9(1)：19-25 英文引用格式：LUO Qinan,DUAN Haibin,YAN Linfang.Three-dimensional visual simulation of civil aircraft taking off in wind shear[J].CAAI Transactions on Intelligent Systems,2014,9(1):19-25. Three-dimensional visual simulation of civil aircraft taking off in wind shear LUO Qinan',DUAN Haibin',YAN Linfang? (1.Science and Technology on Aircraft Control Laboratory,School of Automation Science and Electrical Engineering,Beihang Univer- sity,Beijing 100191,China;2.Integrated Avionics System Department,Shanghai Aircraft Design and Research Institute,Commercial Aircraft Corporation of China Lid,Shanghai 201210,China) Abstract:Focusing on the problem of wind shear disturbance during the taking off procedure of civil aircrafts,a MATLAB based three-dimensional visual simulation platform has been developed.Based on the description of the models of microburst,mountain airflow and turbulence,the influences of complex wind shear during taking off are analyzed,and the related equations are also deduced.The symbolic control-based flight control system for taking off in the wind shear is designed.Taking advantages of the expansibility and open character of the MATLAB Simulink, an interactive software is also developed.Experimental results verified the feasibility and effectiveness of our devel- oped platform. Keywords:civil aircraft;wind shear;symbolic control;three-dimensional visual simulation 风切变广泛存在于机场环境，已对民用飞机的大飞机已列为国家重大专项。国内外许多先进机场 起飞/着陆安全构成了巨大威胁，是造成众多飞行事 也增加了应对低空风切变的相应设备，然而恶劣气 故的主要原因之一。由于大型民用飞机机体庞大、 象环境在起飞/着陆阶段对飞机的威胁却始终存在。 质量大，因此极易受到风切变的影响而产生飞行轨 据不完全统计，过去20年间与风切变有关的飞行事 迹的变化。而大型飞机状态响应较为缓慢，在恶劣 故都发生在起飞和着陆阶段)，起飞/着陆阶段中 的风切变下极易发生操纵不当而引发恶性事故。 复杂大气扰动造成的飞行事故日益引起航空界的密 近年来，航空技术发展突飞猛进，特别是我国的 切关注，已经成为一个亟待解决的关键难题)。 风切变对航空活动安全危害较大，各国对风切 收稿日期：2013-07-17.网络出版日期：2014-02-20. 基金项目：国家自然科学基金资助项目(61273054,60975072)：国家 变的相关研究投入了巨大的人力、物力和财力，进行 “973”计划资助项目(2014CB046401):航空科学基金资助 风切变下民用飞机的综合研究与试验。我国目前正 项目(20135851042). 通信作者：段海滨.E-mail:hbduan(@buaa.edu.cm. 在开展的大型飞机重大科技专项也把风切变列为关

第 ９ 卷第 １ 期 智 能 系 统 学 报 Ｖｏｌ．９ №．１ ２０１４ 年 ２ 月 ＣＡＡＩ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｆｅｂ． ２０１４ ＤＯＩ：１０．３９６９ ／ ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３⁃４７８５．２０１３０７０４１ 网络出版地址：ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ ／ ｋｃｍｓ／ ｄｏｉ ／ １０．３９６９ ／ ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３⁃４７８５．２０１３０７０４１．ｈｔｍｌ 风切变下民用飞机起飞三维可视化仿真 罗琪楠１ ，段海滨１ ，严林芳２ （１． 北京航空航天大学 自动化科学与电气工程学院 飞行器控制一体化技术重点实验室，北京 １００１９１； ２． 中国商用 飞机有限责任公司 上海飞机设计研究院 综合航电设计研究部，上海 ２０１２１０） 摘 要：针对风切变对民用飞机起飞阶段恶劣影响这一瓶颈性问题，设计开发了一个基于 ＭＡＴＬＡＢ 虚拟现实环境的 民用飞机三维可视化仿真平台。 通过建立微下击暴流、过山气流和大气紊流的风场模型，分析复杂风切变对民用飞 机起飞的影响，并给出相应的影响公式。 利用 ＭＡＴＬＡＢ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 良好的开放性和扩展性，搭建了基于符号控制的民 用飞机控制系统，开发了风切变的民机起飞三维可视化仿真软件。 数字仿真实验验证了该方法的可行性和有效性。 关键词：民用飞机；风切变；符号控制；三维可视化仿真 中图分类号： ＴＰ３９１．９；Ｖ２４９ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３⁃４７８５（２０１４）０１⁃００１９⁃０７ 中文引用格式：罗琪楠，段海滨，严林芳．风切变下民用飞机起飞三维可视化仿真［Ｊ］． 智能系统学报， ２０１４， ９（１）： １９⁃２５． 英文引用格式：ＬＵＯ Ｑｉｎａｎ， ＤＵＡＮ Ｈａｉｂｉｎ， ＹＡＮ Ｌｉｎｆａｎｇ． Ｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｖｉｓｕａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｉｖｉｌ ａｉｒｃｒａｆｔ ｔａｋｉｎｇ ｏｆｆ ｉｎ ｗｉｎｄ ｓｈｅａｒ［Ｊ］． ＣＡＡＩ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ， ２０１４， ９（１）： １９⁃２５． Ｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｖｉｓｕａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｉｖｉｌ ａｉｒｃｒａｆｔ ｔａｋｉｎｇ ｏｆｆ ｉｎ ｗｉｎｄ ｓｈｅａｒ ＬＵＯ Ｑｉｎａｎ １ ， ＤＵＡＮ Ｈａｉｂｉｎ １ ， ＹＡＮ Ｌｉｎｆａｎｇ ２ （１． Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ Ａｉｒｃｒａｆｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ， Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｂｅｉｈａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒ⁃ ｓｉｔｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９１， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ａｖｉｏｎｉｃｓ Ｓｙｓｔｅｍ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ， Ｓｈａｎｇｈａｉ Ａｉｒｃｒａｆｔ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ Ａｉｒｃｒａｆｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｌｔｄ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１２１０， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｗｉｎｄ ｓｈｅａｒ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｔａｋｉｎｇ ｏｆｆ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｏｆ ｃｉｖｉｌ ａｉｒｃｒａｆｔｓ， ａ ＭＡＴＬＡＢ ｂａｓｅｄ ｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｖｉｓｕａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏｂｕｒｓｔ， ｍｏｕｎｔａｉｎ ａｉｒｆｌｏｗ ａｎｄ ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ， ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｃｏｍｐｌｅｘ ｗｉｎｄ ｓｈｅａｒ ｄｕｒｉｎｇ ｔａｋｉｎｇ ｏｆｆ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ａｌｓｏ ｄｅｄｕｃｅｄ． Ｔｈｅ ｓｙｍｂｏｌｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ⁃ｂａｓｅｄ ｆｌｉｇｈｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｔａｋｉｎｇ ｏｆｆ ｉｎ ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｓｈｅａｒ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ． Ｔａｋｉｎｇ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｐａｎｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｏｐｅｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ＭＡＴＬＡＢ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ， ａｎ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｓ ａｌｓｏ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｏｕｒ ｄｅｖｅｌ⁃ ｏｐｅｄ ｐｌａｔｆｏｒｍ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｉｖｉｌ ａｉｒｃｒａｆｔ； ｗｉｎｄ ｓｈｅａｒ； ｓｙｍｂｏｌｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ； ｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｖｉｓｕａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ 收稿日期：２０１３⁃０７⁃１７． 网络出版日期：２０１４⁃０２⁃２０． 基金项目：国家自然科学基金资助项目（ ６１２７３０５４，６０９７５０７２）；国家 “９７３”计划资助项目（２０１４ＣＢ０４６４０１）；航空科学基金资助 项目（２０１３５８５１０４２）． 通信作者：段海滨． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｈｂｄｕａｎ＠ ｂｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎ． 风切变广泛存在于机场环境，已对民用飞机的 起飞／ 着陆安全构成了巨大威胁，是造成众多飞行事 故的主要原因之一。 由于大型民用飞机机体庞大、 质量大，因此极易受到风切变的影响而产生飞行轨 迹的变化。 而大型飞机状态响应较为缓慢，在恶劣 的风切变下极易发生操纵不当而引发恶性事故。 近年来，航空技术发展突飞猛进，特别是我国的 大飞机已列为国家重大专项。 国内外许多先进机场 也增加了应对低空风切变的相应设备，然而恶劣气 象环境在起飞／ 着陆阶段对飞机的威胁却始终存在。 据不完全统计，过去 ２０ 年间与风切变有关的飞行事 故都发生在起飞和着陆阶段［１］ ，起飞／ 着陆阶段中 复杂大气扰动造成的飞行事故日益引起航空界的密 切关注，已经成为一个亟待解决的关键难题［２］ 。 风切变对航空活动安全危害较大，各国对风切 变的相关研究投入了巨大的人力、物力和财力，进行 风切变下民用飞机的综合研究与试验。 我国目前正 在开展的大型飞机重大科技专项也把风切变列为关

.20 智能系统学报 第9卷 键技术难题之一。文献[1]研究了各种严重危害飞 [F(k)-E,(k)]≈ 0.788k (1) 行安全的微下冲气流的有关问题。文献[2]利用机 0.25+0.75√1-k 载低空风切变探测与回避技术规避风切变。文献 式中：k=|(2-)/(r1+2)川。由流线方程可得 [3]采用非线性动态逆法实现飞行控制系统的反馈 到涡环径向和轴向诱导速度，空间内受到涡环影响 解耦，并将其最终用于风切变下的飞行控制。对于 的任意点M,其气流方程可表示为 复杂风切变条件下大型民用飞机的起飞问题，现在 ,0.788(G1+2)0.788k(+ 的仿真手段仍存在设计复杂、可视化不强等问题。 b=- 2元0.25+075√1-及0.25+075V1-k 本文结合文献[4-5]，将虚拟实景应用于复杂风 式中：！分别为与主涡环对应的镜像涡环的参 切变下大型民用飞机起飞仿真，设计三维可视化仿 数。由此，一对涡环对空间内任意点M的诱导速度 真平台，实现风切变下飞机的起飞轨迹模拟，可对复 可表示为 杂风切变对大型民用飞机的影响进行有效地量化分 dψ 析。通过某型民用飞机的仿真以验证该建模方法的 0ZM 有效性。 0,=( 1 复杂风切变建模 8ZM 1.1微下击暴流建模 1、抛 通过在地面上方和下方分别布置强度相同的主 图2给出了微下击暴流与大气紊流的仿真结 涡环和镜像涡环，根据涡环周围的流体模型，可建立 果，风场模型的基本参数为主涡环高度500m、主涡 三维微下击暴流模型，如图1所示。 环半径500m、涡核半径r=500m、中心轴处风场垂 中心轴 直速度10m/s。 主涡环 Myw2w》 y.0 中心轴 0 镜像涡环 Op.p) -5 图1涡环法建模 0 Fig.1 Microburst model based on vortex method y500m) 0x(500m) 设置3个坐标系，地面坐标系F,(OYZ)、原像 -5 坐标系F(OpXeYpZe)和镜像涡环坐标系F,(O,X, 图2微下击暴流风场 Y,Z,)。M为参考质点，其坐标为(XM,YM,Zu)。 Fig.2 The simulation result of a typical microburst 假设涡环面与地面平行，由此涡环附近的气流 1.2三维大气紊流建模 方程可表示为 影响大型民用飞机运动的不仅有紊流速度本身 =-2云+，)[，（因-E(] 山、v、0,还有紊流速度的梯度，特别是以下3个梯度： w,=0,/ax,即铅垂风速度沿飞行方向的变化： 式中：T为涡环强度，，为M点距涡环最近点的距 0,=0/y,即铅垂风速度沿翼展方向的变化；v,= 离，r2为M点距涡环最远点的距离，F(K)和E1(K) 加，/x,即侧向风速度沿飞行方向的变化。根据 为椭圆积分函数。在计算F,(K)-E,(K)时，若0≤ Dryden双侧模型，大气紊流速度和梯度的空间频谱 k2≤1，可用式(1)来逼近。 表达式为[

键技术难题之一。 文献［１］研究了各种严重危害飞 行安全的微下冲气流的有关问题。 文献［２］利用机 载低空风切变探测与回避技术规避风切变。 文献 ［３］采用非线性动态逆法实现飞行控制系统的反馈 解耦，并将其最终用于风切变下的飞行控制。 对于 复杂风切变条件下大型民用飞机的起飞问题，现在 的仿真手段仍存在设计复杂、可视化不强等问题。 本文结合文献［４⁃５］，将虚拟实景应用于复杂风 切变下大型民用飞机起飞仿真，设计三维可视化仿 真平台，实现风切变下飞机的起飞轨迹模拟，可对复 杂风切变对大型民用飞机的影响进行有效地量化分 析。 通过某型民用飞机的仿真以验证该建模方法的 有效性。 １ 复杂风切变建模 １．１ 微下击暴流建模 通过在地面上方和下方分别布置强度相同的主 涡环和镜像涡环，根据涡环周围的流体模型，可建立 三维微下击暴流模型［６］ ，如图 １ 所示。 图 １ 涡环法建模 Ｆｉｇ．１ Ｍｉｃｒｏｂｕｒｓｔ ｍｏｄｅｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｖｏｒｔｅｘ ｍｅｔｈｏｄ 设置 ３ 个坐标系，地面坐标系 ＦＯ（ＯＸＹＺ）、原像 坐标系 ＦＰ（ＯＰ ＸＰ ＹＰ ＺＰ ）和镜像涡环坐标系 ＦＩ（ＯＩＸＩ ＹＩＺＩ）。 Ｍ 为参考质点，其坐标为（ＸＭ ，ＹＭ ，ＺＭ ）。 假设涡环面与地面平行，由此涡环附近的气流 方程可表示为 ψ ＝ － Γ ２π ｒ１ ＋ ｒ２ ( ) ［Ｆ１ (ｋ) － Ｅ１（ｋ）］ 式中： Γ 为涡环强度，ｒ１为 Ｍ 点距涡环最近点的距 离，ｒ２为 Ｍ 点距涡环最远点的距离，Ｆ１（Ｋ）和Ｅ１（Ｋ） 为椭圆积分函数。 在计算 Ｆ１（Ｋ） －Ｅ１（Ｋ）时，若 ０ ≤ ｋ ２ ≤ １，可用式（１）来逼近。 ［Ｆ１ (ｋ) － Ｅ１（ｋ）］ ≈ ０．７８８ｋ ２ ０．２５ ＋ ０．７５ １ － ｋ ２ （１） 式中： ｋ ＝ （ｒ２ － ｒ１ ） ／ （ｒ１ ＋ ｒ２ ） 。 由流线方程可得 到涡环径向和轴向诱导速度，空间内受到涡环影响 的任意点 Ｍ，其气流方程可表示为 ψ ＝ － Γ ２π ［ ０．７８８ｋ ２ ｒ１ ＋ ｒ２ ( ) ０．２５ ＋ ０．７５ １ － ｋ ２ － ０．７８８ｋ ２ ｒ１ ′ ＋ ｒ２ ( ′) ０．２５ ＋ ０．７５ １ － ｋ′ ２ ］ 式中： ｒ１ ′、ｒ２ ′、ｋ′ 分别为与主涡环对应的镜像涡环的参 数。 由此，一对涡环对空间内任意点 Ｍ 的诱导速度 可表示为 ｗｘ ＝ （ ｘＭ － ｘＰ ｒ ２ Ｍ ） ∂ψ ∂ｚＭ ｗｙ ＝ （ ｙＭ － ｙＰ ｒ ２ Ｍ ） ∂ψ ∂ｚＭ ｗｚ ＝ （ － １ ｒＭ ） ∂ψ ∂ｒＭ ì î í ï ï ï ï ï ï ï ï 图 ２ 给出了微下击暴流与大气紊流的仿真结 果， 风场模型的基本参数为主涡环高度 ５００ ｍ、主涡 环半径 ５００ ｍ、涡核半径 ｒ ＝ ５００ ｍ、中心轴处风场垂 直速度 １０ ｍ ／ ｓ。 图 ２ 微下击暴流风场 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ａ ｔｙｐｉｃａｌ ｍｉｃｒｏｂｕｒｓｔ １．２ 三维大气紊流建模 影响大型民用飞机运动的不仅有紊流速度本身 ｕ、ｖ、ｗ，还有紊流速度的梯度，特别是以下 ３ 个梯度： ｗｘ ＝ ∂ｗｇ ／ ∂ｘ ，即铅垂风速度沿飞行方向的变化； ｗｙ ＝∂ｗｇ ／ ∂ｙ ，即铅垂风速度沿翼展方向的变化； ｖｘ ＝ ∂ｖｇ ／ ∂ｘ ，即侧向风速度沿飞行方向的变化。 根据 Ｄｒｙｄｅｎ 双侧模型，大气紊流速度和梯度的空间频谱 表达式为［４］ ·２０· 智 能 系 统 学 报 第 ９ 卷

第1期 罗琪楠，等：风切变下民用飞机起飞三维可视化仿真 .21· @= 1 0.20r T1+(L.2)2 0.15 0= 1+12(L.2)2 X- 0.10h π[1+4(L.2)2]2 0.05 Φ.(2)= L.1+12(L.2)2 X π[1+4(L.2)2]2 Φ.(2)= Φ.(2) 3b)2 1+ —2 T 0.15 D（2= (4b zΦ.(2) (a)v. 1+ 2 1/3 0.2 D,(2)= (26 2 (46 1+ -2 T 式中：2表示沿x轴的空间频率，对于以速度V飞 行的大型民用飞机，它与时间频率ω的关系为2= ω/V;o。、和o是3个方向的紊流强度，L.L.和 L.是3个方向的紊流尺度，对于各向同性紊流，有 t/s 0.=0.=0.,L.=2L.=2Ln;b为机翼展长。根据关 (b)u 系式Do)=p(0=D(号)，完成空间频谐与 时间频谱的转换，并对紊流频谱函数进行傅里叶逆 变换，可得6个相关紊流函数的表达式。根据相关 的紊流速度梯度公式，可建立相应的大气紊流信号 生成器，生成器结构如图3所示。图4给出了大气 (wX/s/w)'a 紊流的仿真结果。 K WNG +1 6 tis K WNG Ts+1 (c)w. K.S 图4大气紊流生成器生成的紊流序列u、”、w片段 (Ts+1)(Ts+1) Fig.4 The simulation results of a typical turbulence 1.3复杂风切变对飞机运动的影响 K WNG Ts+l 风切变对民用飞机运动的作用就是改变了作用 于飞机上的相对气流，从而改变了气动力。这种附 Ks 加气动力的变化可通过民用飞机运动状态量的等价 (Ts+1)(T5+l) 改变来表示1。 X方向的风速”的作用相当于降低了前进速 K.SH 度，Y方向的风速v,的效果是引起侧滑角，Z方向的 紊流速度心，的效果是引起迎角，风切变速度梯度 图3大气紊流生成器的结构 aw/ax在气动效果方面相当于俯仰角速度q,而 Fig.3 The structure of the turbulence generator au,/ay相当于负的滚转角速度，加，/ay相当于偏航

Φｕｕ (Ω) ＝ σ ２ ｕ Ｌｕ π × １ １ ＋ （ＬｕΩ） ２ Φｖｖ (Ω) ＝ σ ２ ｖ Ｌｖ π × １ ＋ １２ （ＬｖΩ） ２ ［１ ＋ ４ （ＬｖΩ） ２ ］ ２ Φｗｗ (Ω) ＝ σ ２ ｗ Ｌｗ π × １ ＋ １２ （ＬｗΩ） ２ ［１ ＋ ４ （ＬｗΩ） ２ ］ ２ Φｖｘ ｖｘ (Ω) ＝ Ω ２ １ ＋ ３ｂ π Ω æ è ç ö ø ÷ ２Φｖｖ (Ω) Φｗｘｗｘ (Ω) ＝ Ω ２ １ ＋ ４ｂ π Ω æ è ç ö ø ÷ ２Φｗｗ (Ω) Φｗｙｗｙ (Ω) ＝ σ ２ ｖ １ １ ＋ ４ｂ π Ω æ è ç ö ø ÷ ２ × ０．２ πＬｖ ２ｂ æ è ç ö ø ÷ １／ ３ Ｌｖ ì î í ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ïï 式中： Ω 表示沿 ｘ 轴的空间频率，对于以速度 Ｖ 飞 行的大型民用飞机，它与时间频率 ω 的关系为 Ω ＝ ω／ Ｖ ； σｕ 、σｖ 和 σｗ 是 ３ 个方向的紊流强度，Ｌｕ 、Ｌｖ 和 Ｌｗ 是 ３ 个方向的紊流尺度，对于各向同性紊流，有 σｕ ＝ σｖ ＝ σｗ ，Ｌｕ ＝ ２Ｌｖ ＝ ２Ｌｗ ； ｂ 为机翼展长。 根据关 系式 Φ(ω) ＝ １ Ｖ Φ(Ω) ＝ １ Ｖ Φ（ ω Ｖ ） ，完成空间频谱与 时间频谱的转换，并对紊流频谱函数进行傅里叶逆 变换，可得 ６ 个相关紊流函数的表达式。 根据相关 的紊流速度梯度公式，可建立相应的大气紊流信号 生成器，生成器结构如图 ３ 所示。 图 ４ 给出了大气 紊流的仿真结果。 图 ３ 大气紊流生成器的结构 Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ 图 ４ 大气紊流生成器生成的紊流序列 ｕ、ｖｘ 、ｗｘ片段 Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ａ ｔｙｐｉｃａｌ ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ １．３ 复杂风切变对飞机运动的影响 风切变对民用飞机运动的作用就是改变了作用 于飞机上的相对气流，从而改变了气动力。 这种附 加气动力的变化可通过民用飞机运动状态量的等价 改变来表示［５］ 。 Ｘ 方向的风速 ｕｇ 的作用相当于降低了前进速 度，Ｙ 方向的风速 ｖｇ的效果是引起侧滑角，Ｚ 方向的 紊流速度 ｗｇ 的效果是引起迎角，风切变速度梯度 ∂ｗｇ ／ ∂ｘ 在气动效果方面相当于俯仰角速度 ｑ，而 ∂ｗｇ ／ ∂ｙ 相当于负的滚转角速度， ∂ｖｇ ／ ∂ｙ 相当于偏航 第 １ 期 罗琪楠，等：风切变下民用飞机起飞三维可视化仿真 ·２１·

.22. 智能系统学报 第9卷 角速度。综合以上因素，风切变对民用飞机飞行运 动的影响可以表示为[) Da工到aa■■0 (AV:=-ux Z △B。=-v/V0 Aas =-w0/Vo 9g=0./ax Pe=-ow /ay rs=dv/ay 式中：V。为未扰动的飞行速度。 图6VRML工具建立的民用飞机模型 Fig.6 The civil aircraft model in VRML 2基于MATLAB虚拟现实的三维可 视化仿真 在建立复杂风切变风场模型，完成复杂风场对 民用飞机飞行运动影响研究的基础上，使用MAT LAB中的虚拟现实工具建立三维仿真平台。该虚 拟现实工具箱是基于VRML技术的三维仿真工具， 具有较好的可视性与交互性，通过相应的建模与链 接方法，可以建立不同的虚拟现实环境。需要建立 虚拟仿真的动态系统可以用MATLAB语言和Simu- 图7VRML建立的三维实景 lmk模块进行描述，并通过虚拟现实工具箱来进行 Fig.7 3D scene environment in VRML 三维虚拟现实的拓展)。建立的三维仿真平台包 在完成虚拟视景的建模工作后，对民用飞机动 括风场模型、民用飞机模型、飞行控制系统和虚拟现 力学和飞行控制进行建模。 实显示等几个部分[)】。三维可视化仿真平台的结 基于符号控制的新方法，建立了大型民用飞机 构如图5所示。 飞行控制系统模型。其控制思想是将大型飞机多模 态运动分解成有限输入符号，并构建相应的符号指 起飞降落 控制系统 滚转角 高度 控制方式 令集，指令集中的符号指令可通过有限传输信道发 俯仰角 速度 显示 飞机模型 模块 送给处理单元，随后接收到所传符号指令的飞行器 偏航角 风场模型 控制单元再将其解码成相应的控制行为指令[。 符号控制由于其简洁灵活能够有助于快速准确地实 起飞控制 者陆控制 控制 现信息的传入传出。图8为基于状态反馈的大型民 模块 用飞机纵向控制系统，该系统通过反馈飞机的纵向 滑跑加速起飞航迹下滑进入拉起地滑跑 状态，利用符号控制理论进行控制输入的求解，控制 输入包括油门位置和升降舵位置。图9为建立的飞 图5仿真平台框架示意 行控制系统与三维实景连接的Simulink模块。 Fig.5 The architecture of simulation platform x'=Ax+Bu alpha 首先通过VRML建立真实世界场景的模型， MATLAB y=Cx+Du 常量 符号控制器 并进一步建立虚构的三维世界。建立模型可以使 状态空间 theta 用程序语言或者使用建模工具，使用建模工具进 行大型民用飞机的过程如图6所示，主要包括机 身轮廓和机翼等部件。在场景中加入跑道、塔台 等附属建筑，并进行相应的贴图，完成后的场景如 图8基于状态反馈的符号控制结构 图7所示。 Fig.8 The symbolic control structure based on state feedback

角速度。 综合以上因素，风切变对民用飞机飞行运 动的影响可以表示为［７］ ΔＶｇ ＝ － ｕｇ Δβｇ ＝ － ｖｇ ／ Ｖ０ Δαｇ ＝ － ｗｇ ／ Ｖ０ ｑｇ ＝ ∂ｗｇ ／ ∂ｘ ｐｇ ＝ － ∂ｗｇ ／ ∂ｙ ｒｇ ＝ ∂ｖｇ ／ ∂ｙ ì î í ï ï ï ïï ï ï ï ï 式中：Ｖ０为未扰动的飞行速度。 ２ 基于 ＭＡＴＬＡＢ 虚拟现实的三维可 视化仿真 在建立复杂风切变风场模型，完成复杂风场对 民用飞机飞行运动影响研究的基础上，使用 ＭＡＴ⁃ ＬＡＢ 中的虚拟现实工具建立三维仿真平台。 该虚 拟现实工具箱是基于 ＶＲＭＬ 技术的三维仿真工具， 具有较好的可视性与交互性，通过相应的建模与链 接方法，可以建立不同的虚拟现实环境。 需要建立 虚拟仿真的动态系统可以用 ＭＡＴＬＡＢ 语言和 Ｓｉｍｕ⁃ ｌｉｎｋ 模块进行描述，并通过虚拟现实工具箱来进行 三维虚拟现实的拓展［５］ 。 建立的三维仿真平台包 括风场模型、民用飞机模型、飞行控制系统和虚拟现 实显示等几个部分［７⁃８］ 。 三维可视化仿真平台的结 构如图 ５ 所示。 图 ５ 仿真平台框架示意 Ｆｉｇ．５ Ｔｈｅ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐｌａｔｆｏｒｍ 首先通过 ＶＲＭＬ 建立真实世界场景的模型， 并进一步建立虚构的三维世界。 建立模型可以使 用程序语言或者使用建模工具，使用建模工具进 行大型民用飞机的过程如图 ６ 所示，主要包括机 身轮廓和机翼等部件。 在场景中加入跑道、塔台 等附属建筑，并进行相应的贴图，完成后的场景如 图 ７ 所示。 图 ６ ＶＲＭＬ 工具建立的民用飞机模型 Ｆｉｇ．６ Ｔｈｅ ｃｉｖｉｌ ａｉｒｃｒａｆｔ ｍｏｄｅｌ ｉｎ ＶＲＭＬ 图 ７ ＶＲＭＬ 建立的三维实景 Ｆｉｇ．７ ３Ｄ ｓｃｅｎｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｎ ＶＲＭＬ 在完成虚拟视景的建模工作后，对民用飞机动 力学和飞行控制进行建模。 基于符号控制的新方法，建立了大型民用飞机 飞行控制系统模型。 其控制思想是将大型飞机多模 态运动分解成有限输入符号，并构建相应的符号指 令集，指令集中的符号指令可通过有限传输信道发 送给处理单元，随后接收到所传符号指令的飞行器 控制单元再将其解码成相应的控制行为指令［９］ 。 符号控制由于其简洁灵活能够有助于快速准确地实 现信息的传入传出。 图 ８ 为基于状态反馈的大型民 用飞机纵向控制系统，该系统通过反馈飞机的纵向 状态，利用符号控制理论进行控制输入的求解，控制 输入包括油门位置和升降舵位置。 图 ９ 为建立的飞 行控制系统与三维实景连接的 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 模块。 图 ８ 基于状态反馈的符号控制结构 Ｆｉｇ．８ Ｔｈｅ ｓｙｍｂｏｌｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｔａｔｅ ｆｅｅｄｂａｃｋ ·２２· 智 能 系 统 学 报 第 ９ 卷

第1期 罗琪楠，等：风切变下民用飞机起飞三维可视化仿真 .23. 的角度，而Z轴的旋转代表航迹方位角，所有的角 度都用弧度表示。 Attitude 0.500 民用飞机3个方向的平移即第2个输入，代表 3000 F 目 Bocjng747. on 了虚拟视景中飞机的位置。该矢量由3个坐标x、 起飞出线， qdot-目 transfatin y、z组成，Simulink中相应的输入矢量也必须有3个 -C X.Z 元素。在仿真实例中，定义飞机的跑道与x轴平行， 飞机起飞重量 Uw曰 水平位置 y轴代表与跑道垂直的方向，z轴代表飞机的海拔 AA百 高度。 飞行员输入飞机方程 垂直位置 完成设置后点击“OK”,在三维虚拟视景中民用 图9起飞航迹的Simulink模块 飞机的运动状态就由Simulink产生的信号进行 Fig.9 The takeoff simulation module in Simulink 控制。 在MATLAB框架内可以通过已有的标准模块 从Simulation菜单中点击Start,大型民用飞机 将虚拟现实和一个Simulink模型连接起来进行 就开始从跑道的末端进行滑跑过程，最终飞入空中， 模拟。 滑跑的过程和空中飞行姿态如图11和图12所示。 在Simulink的编辑窗口内，双击VRSink模块。 在出现的对话框中，通过点击“browse'”按钮选择已 -Fy ,盖28g■目a■ 建立好的虚拟世界。当载入虚拟世界后，在对话框 右部“VRML tree”的窗口内，将出现该虚拟世界所 包含的结构（如图10所示）。 4 Paers线sd Word prope vthofloriwl n☐a☐Rd□ Qrut w正卫o VR Pe Take On wal-Oim 图11大型民用飞机起飞模拟 merm过女hert Fig.11 Simulation of civil aircraft during takeoff %e有de8 utput port pe的diyensor o圆国■园 图10VRML目录树 Fig.10 The directory tree in VRML 在目录树中可以看到已建立的民用飞机模型， 通过按标题左边的“+”标记，可以展开飞机模型的 结构目录树。点击平移(translation)和旋转(rota- ion),则选择的区域被标记为虚拟世界的输入信 号。不同的选项代表相应的飞机运动，该运动以地 轴坐标系为参考坐标系，在复杂大气扰动的仿真中 图12大型民用飞机空中飞行模拟 需要选择民用飞机的3轴滚转和3个方向的位移 Fig.12 Simulation of civil aircraft during flying 运动。 由于MATLAB的虚拟视景中无法对大型飞机 民用飞机的3轴滚转即第1个输入，是一个具 的飞行状态进行实时显示，在仿真过程中，可以通过 有4个元素的矢量，其中前3个元素分布代表3个 Simulink的基本显示工具对状态变量进行相应的查 方向的旋转的坐标轴。民用飞机的航迹倾斜角通过 看，如图13所示。图14给出了起飞后空中飞行阶 关于X轴旋转表达，围绕Y轴的旋转代表航迹滚转 段飞机迎角等变化量的曲线

图 ９ 起飞航迹的 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 模块 Ｆｉｇ．９ Ｔｈｅ ｔａｋｅｏｆｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ ｉｎ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 在 ＭＡＴＬＡＢ 框架内可以通过已有的标准模块 将虚拟现实和一个 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 模型连接起来进行 模拟。 在 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 的编辑窗口内，双击 ＶＲＳｉｎｋ 模块。 在出现的对话框中，通过点击“ ｂｒｏｗｓｅ”按钮选择已 建立好的虚拟世界。 当载入虚拟世界后，在对话框 右部“ＶＲＭＬ ｔｒｅｅ” 的窗口内，将出现该虚拟世界所 包含的结构（如图 １０ 所示）。 图 １０ ＶＲＭＬ 目录树 Ｆｉｇ．１０ Ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｏｒｙ ｔｒｅｅ ｉｎ ＶＲＭＬ 在目录树中可以看到已建立的民用飞机模型， 通过按标题左边的“ ＋”标记，可以展开飞机模型的 结构目录树。 点击平移（ ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ） 和旋转（ ｒｏｔａ⁃ ｔｉｏｎ），则选择的区域被标记为虚拟世界的输入信 号。 不同的选项代表相应的飞机运动，该运动以地 轴坐标系为参考坐标系，在复杂大气扰动的仿真中 需要选择民用飞机的 ３ 轴滚转和 ３ 个方向的位移 运动。 民用飞机的 ３ 轴滚转即第 １ 个输入，是一个具 有 ４ 个元素的矢量，其中前 ３ 个元素分布代表 ３ 个 方向的旋转的坐标轴。 民用飞机的航迹倾斜角通过 关于 Ｘ 轴旋转表达，围绕 Ｙ 轴的旋转代表航迹滚转 的角度，而 Ｚ 轴的旋转代表航迹方位角，所有的角 度都用弧度表示。 民用飞机 ３ 个方向的平移即第 ２ 个输入，代表 了虚拟视景中飞机的位置。 该矢量由 ３ 个坐标 ｘ、 ｙ、ｚ 组成，Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 中相应的输入矢量也必须有 ３ 个 元素。 在仿真实例中，定义飞机的跑道与 ｘ 轴平行， ｙ 轴代表与跑道垂直的方向，ｚ 轴代表飞机的海拔 高度。 完成设置后点击“ＯＫ”，在三维虚拟视景中民用 飞机的运动状态就由 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 产生的信号进行 控制。 从 Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ 菜单中点击 Ｓｔａｒｔ，大型民用飞机 就开始从跑道的末端进行滑跑过程，最终飞入空中， 滑跑的过程和空中飞行姿态如图 １１ 和图 １２ 所示。 图 １１ 大型民用飞机起飞模拟 Ｆｉｇ．１１ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｉｖｉｌ ａｉｒｃｒａｆｔ ｄｕｒｉｎｇ ｔａｋｅｏｆｆ 图 １２ 大型民用飞机空中飞行模拟 Ｆｉｇ．１２ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｉｖｉｌ ａｉｒｃｒａｆｔ ｄｕｒｉｎｇ ｆｌｙｉｎｇ 由于 ＭＡＴＬＡＢ 的虚拟视景中无法对大型飞机 的飞行状态进行实时显示，在仿真过程中，可以通过 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 的基本显示工具对状态变量进行相应的查 看，如图 １３ 所示。 图 １４ 给出了起飞后空中飞行阶 段飞机迎角等变化量的曲线。 第 １ 期 罗琪楠，等：风切变下民用飞机起飞三维可视化仿真 ·２３·

.24 智能系统学报 第9卷 3 结束语 本文提出了一种复杂风切变下大型民用飞机 起飞可视化仿真方案和控制方法，并设计了一种 基于MATLAB Simulink的三维可视化起飞模拟方 法及实现流程，且基于该方法构建了三维可视化 图13飞机空中飞行状态 仿真平台。 Fig.13 Flight states of the civil aircraft 通过系列试验，验证符号控制方法和平台能很 0.08 好地满足飞机起飞模拟的要求。从仿真结果可以看 0.07 出，符号控制作为一种新方法，能够有效降低飞行中 0.06 风切变对大型飞机的干扰。搭建的仿真平台可用于 0.05 验证风切变下大型民用飞机飞行控制系统性能，为 0.04 我国目前正在研发的ARJ21和C919大型民用飞机 0.03 提供了关键技术支撑。 0.02 参考文献： 0.01 0510152025303540 t/s [1]文传源，屠巴宁，高金源现代飞行控制[M].北京：北京 (a)迎角响应曲线 150.4 航空航天大学出版社，2005：1-303 [2]高振兴，顾宏斌用于飞行实时仿真的微下击暴流建模研 150.0 究[J].系统仿真学报，2008,20(23)：6524-6528 GAO Zhenxing,GU Hongbin.Research on modeling of mi- 149.6 croburst for real time flight simulation[].Journal of System Simulation,2008,20(23):6524-6528. 149.2 [3]MARIGO A.Optimal input sets for time minimality in quan- tized control systems J].Math Control Signal System, 148.8 20 30 2006,18(2):101-146. 1/ [4]陈坪，赵涛，王建培.无人机穿越变化风场起飞特性仿真 b)速度响应曲线 研究[J刃].飞行力学，2002,20(2)：22-26. 400 CHEN Peng,ZHAO Tao,WANG Jianpei.Study of un- 396 manned aircraft launch process simulation in the variable wind field[J].Flight Dynamics,2002,20(2):22-26. 392 [5]SMAILI H,LABAN M,DOMINICUS J.New integrated 388 modeling and simulation techniques for tesearch and train- ing applications[C]//Proceedings of AIAA Modeling and 384 Simulation Technologies Conference and Exhibit.San Fran- 380 20 30 40 cisco,USA,2005:148-157. 10 t/ [6]刘刚，洪冠新，金长江复杂地形上空超低空风场的工程 (©)高度响应曲线 仿真方法[J].北京航空航天大学学报，2003,29(3)： 193-196. 图14飞机空中飞行各状态响应曲线 Fig.14 Response curves of the civil aircraft LIU Gang,HONG Guanxin,JIN Changjiang.Engineering simulation method for airfield over complex terrain at mini-

图 １３ 飞机空中飞行状态 Ｆｉｇ．１３ Ｆｌｉｇｈｔ ｓｔａｔｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｉｖｉｌ ａｉｒｃｒａｆｔ 图 １４ 飞机空中飞行各状态响应曲线 Ｆｉｇ．１４ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｉｖｉｌ ａｉｒｃｒａｆｔ ３ 结束语 本文提出了一种复杂风切变下大型民用飞机 起飞可视化仿真方案和控制方法，并设计了一种 基于 ＭＡＴＬＡＢ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 的三维可视化起飞模拟方 法及实现流程，且基于该方法构建了三维可视化 仿真平台。 通过系列试验，验证符号控制方法和平台能很 好地满足飞机起飞模拟的要求。 从仿真结果可以看 出，符号控制作为一种新方法，能够有效降低飞行中 风切变对大型飞机的干扰。 搭建的仿真平台可用于 验证风切变下大型民用飞机飞行控制系统性能，为 我国目前正在研发的 ＡＲＪ２１ 和 Ｃ９１９ 大型民用飞机 提供了关键技术支撑。 参考文献： ［１］文传源，屠巴宁，高金源．现代飞行控制［Ｍ］．北京：北京 航空航天大学出版社， ２００５： １⁃３０３． ［２］高振兴，顾宏斌．用于飞行实时仿真的微下击暴流建模研 究［Ｊ］． 系统仿真学报， ２００８， ２０（２３）： ６５２４⁃６５２８． ＧＡＯ Ｚｈｅｎｘｉｎｇ， ＧＵ Ｈｏｎｇｂｉｎ． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ｍｉ⁃ ｃｒｏｂｕｒｓｔ ｆｏｒ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｆｌｉｇｈｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ， ２００８， ２０（２３）： ６５２４⁃６５２８． ［３］ＭＡＲＩＧＯ Ａ． Ｏｐｔｉｍａｌ ｉｎｐｕｔ ｓｅｔｓ ｆｏｒ ｔｉｍｅ ｍｉｎｉｍａｌｉｔｙ ｉｎ ｑｕａｎ⁃ ｔｉｚｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓ ［ Ｊ ］． Ｍａｔｈ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｙｓｔｅｍ， ２００６， １８（２）： １０１⁃１４６． ［４］陈坪，赵涛，王建培．无人机穿越变化风场起飞特性仿真 研究［Ｊ］． 飞行力学， ２００２， ２０（２）： ２２⁃２６． ＣＨＥＮ Ｐｅｎｇ， ＺＨＡＯ Ｔａｏ， ＷＡＮＧ Ｊｉａｎｐｅｉ． Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｕｎ⁃ ｍａｎｎｅｄ ａｉｒｃｒａｆｔ ｌａｕｎｃｈ ｐｒｏｃｅｓｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｖａｒｉａｂｌｅ ｗｉｎｄ ｆｉｅｌｄ［Ｊ］． Ｆｌｉｇｈｔ Ｄｙｎａｍｉｃｓ， ２００２， ２０（２）： ２２⁃２６． ［５］ ＳＭＡＩＬＩ Ｈ， ＬＡＢＡＮ Ｍ， ＤＯＭＩＮＩＣＵＳ Ｊ． Ｎｅｗ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ ｔｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｔｒａｉｎ⁃ ｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［ Ｃ］ ／ ／ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＡＩＡＡ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｘｈｉｂｉｔ． Ｓａｎ Ｆｒａｎ⁃ ｃｉｓｃｏ， ＵＳＡ， ２００５： １４８⁃１５７． ［６］刘刚，洪冠新，金长江．复杂地形上空超低空风场的工程 仿真方法［ Ｊ］．北京航空航天大学学报， ２００３， ２９（ ３）： １９３⁃１９６． ＬＩＵ Ｇａｎｇ， ＨＯＮＧ Ｇｕａｎｘｉｎ， ＪＩＮ Ｃｈａｎｇｊｉａｎｇ． Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ａｉｒｆｉｅｌｄ ｏｖｅｒ ｃｏｍｐｌｅｘ ｔｅｒｒａｉｎ ａｔ ｍｉｎｉ⁃ ·２４· 智 能 系 统 学 报 第 ９ 卷

第1期 罗琪楠，等：风切变下民用飞机起飞三维可视化仿真 .25. mum altitude[J].Journal of Beijing University of Aeronau- 段海滨，男，1976年生，教授、博士 tics and Astronautics,2003,29(3):193-196. 生导师、工学博士，主要研究方向为飞 [7]GUO Tongqing,LU Zhiliang,TANG Di,et al.A CFD/CSD 行器自主控制与智能决策、计算机仿生 model for aeroelastic calculations of large-scale wind tur- 视觉等。主持国家自然科学基金项目5 bines[J].Science China:Technological Sciences,2013, 项、国家“863”计划项目6项、航空科学 56(1):205-211. 基金项目3项等.获第13届中国青年科技奖、第16届茅以 [8]WANG Yamin,CUI Pingyuan,QIAO Dong.Opportunities 升北京青年科技奖、第12届中国航空学会青年科技奖、 search of transfer between interplanetary halo orbits in e- 第27届北京青年五四奖等。作为第一完成人获吴文俊人 phemeris model [J].Science China:Technological Sci- 工智能科学技术创新奖一等奖、中国航空学会科学技术奖 ences,2013,56(1):188-193. 一等奖、国防科技进步奖二等奖等省部级科技成果奖6项 [9]TABUADA P.Symbolic control of linear systems based on 。发表学术论文70余篇，其中被SCI检索50余篇。 symbolic subsystems[J].IEEE Transactions on Automatic Control,.2006,51(6):1003-1013. 严林芳，女，1971年生，研究员，曾 作者简介： 荣获全国劳动模范、上海市和全国“三 罗琪楠，男，1989年生，博士研究 八红旗手”等荣誉称号。主要研究方向 生，主要研究方向为仿生智能信息处 为民机航电系统设计、验证、取证以及 理、飞行器自主控制等。 相关前沿技术等。 2014年第3届IEEE云计算与智能系统国际会议 2014 3rd IEEE International Conference on Cloud Computing and Intelligence Systems 2014 3rd IEEE International Conference on Cloud Computing and Intelligence Systems will be held on Nov.27-29 in Shenzhen and Hong Kong,China,with the objectives of providing a high-level international forum for scientists and researchers to present the state of the art of cloud computing and intelligent systems. Important dates Paper Submission Deadline:2014-07-15 Acceptance Notification:2014-08-25 Camera-ready paper and registration due:2014-09-10 Conference date:2014-11-27-29 Contact information Mr.Junqiang Lu Email:ccis2014@163.com Ms.Yaru Zou Tel:+86-010-62281360 E-mail:ccis@bupt.edu.cn

基金项目 ３ 项等。获第１３ 届中国青年科技奖、第 １６ 届茅以 ｍｕｍ ａｌｔｉｔｕｄｅ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕ⁃ ｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ， ２００３， ２９（３）： １９３⁃１９６． ［７］ＧＵＯ Ｔｏｎｇｑｉｎｇ， ＬＵ Ｚｈｉｌｉａｎｇ， ＴＡＮＧ Ｄｉ， ｅｔ ａｌ． Ａ ＣＦＤ／ ＣＳＤ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ａｅｒｏｅｌａｓｔｉｃ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｌａｒｇｅ⁃ｓｃａｌｅ ｗｉｎｄ ｔｕｒ⁃ ｂｉｎｅｓ［ Ｊ］． Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｃｈｉｎａ： Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， ２０１３， ５６（１）： ２０５⁃２１１． ［８］ ＷＡＮＧ Ｙａｍｉｎ， ＣＵＩ Ｐｉｎｇｙｕａｎ， ＱＩＡＯ Ｄｏｎｇ． Ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｉｅｓ ｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｂｅｔｗｅｅｎ ｉｎｔｅｒｐｌａｎｅｔａｒｙ ｈａｌｏ ｏｒｂｉｔｓ ｉｎ ｅ⁃ ｐｈｅｍｅｒｉｓ ｍｏｄｅｌ ［ Ｊ ］． Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｃｈｉｎａ： Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｃｉ⁃ ｅｎｃｅｓ， ２０１３， ５６（１）： １８８⁃１９３． ［９］ＴＡＢＵＡＤＡ Ｐ． Ｓｙｍｂｏｌｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｌｉｎｅａｒ ｓｙｓｔｅｍｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｙｍｂｏｌｉｃ ｓｕｂｓｙｓｔｅｍｓ ［ Ｊ］． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ， ２００６， ５１（６）： １００３⁃１０１３． 作者简介： 罗琪楠，男，１９８９ 年生，博士研究 生，主要研究方向为仿生智能信息处 理、飞行器自主控制等。 升北京青年科技奖、第１２ 届中国航空学会青年科技奖、 第 ２７ 届北京青年五四奖等。 作为第一完成人获吴文俊人 工智能科学技术创新奖一等奖、中国航空学会科学技术奖 一等奖、国防科技进步奖二等奖等省部级科技成果奖 ６ 项 。 发表学术论文 ７０ 余篇，其中被 ＳＣＩ 检索 ５０ 余篇。 严林芳，女，１９７１ 年生，研究员，曾 荣获全国劳动模范、上海市和全国“三 八红旗手”等荣誉称号。 主要研究方向 为民机航电系统设计、验证、取证以及 相关前沿技术等。 ２０１４ 年第 ３ 届 ＩＥＥＥ 云计算与智能系统国际会议 ２０１４ ３ｒｄ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｌｏｕｄ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ａｎｄ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ ２０１４ ３ｒｄ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｌｏｕｄ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ａｎｄ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ｈｅｌｄ ｏｎ Ｎｏｖ． ２７—２９ ｉｎ Ｓｈｅｎｚｈｅｎ ａｎｄ Ｈｏｎｇ Ｋｏｎｇ， Ｃｈｉｎａ， ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓ ｏｆ ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ａ ｈｉｇｈ⁃ｌｅｖｅｌ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｆｏｒｕｍ ｆｏｒ ｓｃｉｅｎｔｉｓｔｓ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ ｔｏ ｐｒｅｓｅｎｔ ｔｈｅ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｒｔ ｏｆ ｃｌｏｕｄ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ａｎｄ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍｓ． Ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｄａｔｅｓ Ｐａｐｅｒ Ｓｕｂｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｅａｄｌｉｎｅ： ２０１４⁃０７⁃１５ Ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ Ｎｏｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ： ２０１４⁃０８⁃２５ Ｃａｍｅｒａ⁃ｒｅａｄｙ ｐａｐｅｒ ａｎｄ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｄｕｅ： ２０１４⁃０９⁃１０ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｄａｔｅ： ２０１４⁃１１⁃２７—２９ Ｃｏｎｔａｃｔ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｍｒ． Ｊｕｎｑｉａｎｇ Ｌｕ Ｅｍａｉｌ： ｃｃｉｓ２０１４＠ １６３．ｃｏｍ Ｍｓ． Ｙａｒｕ Ｚｏｕ Ｔｅｌ：＋８６⁃０１０⁃６２２８１３６０ Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｃｃｉｓ＠ ｂｕｐｔ．ｅｄｕ．ｃｎ 第 １ 期 罗琪楠，等：风切变下民用飞机起飞三维可视化仿 ·２５· 段海滨，男，１９７６ 年生，教授、博士 生导师、工学博士，主要研究方向为飞 行器自主控制与智能决策、计算机仿生 视觉等。 主持国家自然科学基金项目 ５ 项、国家“８６３”计划项目 ６ 项、航空科学 真