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·