本论文由候选人论文委员会主席、航空科学系 Lance Erickson 博士指导撰写,并已获得其论文委员会成员的批准。论文已提交给研究生院,并被接受,部分满足航空科学硕士学位的要求。
过去十年,各种用途的无人机数量迅速增加。这促使监管机构急于制定安全的整合战略,以适当共享空域的利用率。处理故障和失效是关键问题之一,因为它们在可用的事件报告中占了更大的比重。这些小型飞行器的硬件限制表明,需要使用分析冗余,而不是常规飞行中通常的硬件冗余做法。在本研究过程中,回顾了飞机的故障检测和诊断。然后模拟了 MAKO 飞机的非线性模型,以生成故障和正常飞行数据。该平台能够为各种飞行条件生成数据,并设计用于故障检测和诊断的机器学习实现。
摘要:提出了一种实时飞行模拟工具,该工具使用虚拟现实头戴式显示器 (VR-HMD),用于在超视距 (BLOS) 条件下运行的遥控飞艇。具体而言,VR-HMD 是为在低空/高空飞行的平流层飞艇开发的。提出的飞行模拟工具使用 FlightGear 飞行模拟器 (FGFS) 中飞艇的相应空气动力学特性、浮力效应、质量平衡、附加质量、推进贡献和地面反作用。VR 耳机与包含每个按钮的实时方向/状态的无线电控制器(也经过模拟以提供更好的态势感知)以及为提供所需飞行数据而开发的平视显示器 (HUD) 一起连接到 FGFS。在这项工作中,开发了一个系统,将 FGFS 和支持 VR 的图形引擎 Unity 实时连接到 PC 和无线 VR-HMD,数据传输之间的延迟最小。我们发现,FGFS 以 0.01 秒的周期写入 CSV 文件时存在平衡。对于 Unity,文件每帧读取一次,相当于大约 0.0167 秒(60 Hz)。还进行了一项基于 NASA TLX 问卷的类似评级技术的测试程序,该问卷可确定飞行员在完成分配的任务时的可用心理能力,以确保拟议的 VR-HMD 的舒适性。因此,对使用桌面模拟器和 VR-HMD 的飞机控制进行了比较
摘要:提出了一种使用虚拟现实头戴式显示器 (VR-HMD) 的实时飞行模拟工具,用于在超视距 (BLOS) 条件下运行的遥控飞艇。具体来说,VR-HMD 是为在低/高空飞行的平流层飞艇开发的。提出的飞行模拟工具使用 FlightGear 飞行模拟器 (FGFS) 中飞艇的相应空气动力学特性、浮力效应、质量平衡、附加质量、推进贡献和地面反应。VR 耳机与包含每个按钮的实时方向/状态的无线电控制器一起连接到 FGFS,这也被模拟以提供更好的态势感知,以及开发用于提供所需飞行数据的平视显示器 (HUD)。在本研究中,开发了一个系统,将 FGFS 和支持 VR 的图形引擎 Unity 实时连接到 PC 和无线 VR-HMD,数据传输之间的延迟最小。发现 FGFS 以 0.01 秒的周期写入 CSV 文件时存在平衡。对于 Unity,每帧读取一次文件,相当于大约 0.0167 秒(60 Hz)。还根据 NASA TLX 问卷进行了类似的评级技术测试程序,该问卷可确定飞行员在完成分配的任务时的可用心理能力,以确保拟议的 VR-HMD 的舒适性。因此,使用桌面模拟器和 VR-HMD 工具对飞机控制进行了比较。结果表明,该系统的当前迭代非常适合在安全和沉浸式环境中训练飞行员使用类似系统。此外,这种先进的便携式系统甚至可以提高飞行员的态势感知能力,并允许他们在模拟中使用相同的数据传输程序完成相当一部分实际飞行测试。VR-HMD 飞行模拟器还旨在表达地面控制站 (GCS) 概念,并使用机载摄像机广播的真实环境实时传输飞行信息以及视点 (POV) 视觉效果。
全球最大的国防承包商之一经营着一个航空航天系统集成业务部门,开发飞行员训练系统。其 IT 团队专门定制硬件和软件,以匹配国防工业的各种飞机。这些飞行模拟器每年被 40 多个全球培训中心的 20,000 名飞行员使用。为了减少模拟所需的总硬件并简化硬件和软件管理,IT 团队部署了 NVIDIA GPU 加速虚拟工作站。
摘要:ZHAW 航空中心开发并实施了一种综合气象和地形对飞机安全范围影响的新型能源管理系统概念。在研究和教学模拟器 (ReDSim) 中构建了相应的飞行模拟环境,以测试驾驶舱显示系统的首次实施。与一组飞行员进行了一系列飞行员在环飞行模拟。通用航空飞机模型 Piper PA-28 经过修改以用于研究。ReDSim 中的环境模型经过修改,包括一个新的临时子系统,用于模拟大气扰动。为了在 ReDsim 中生成高分辨率风场,在概念研究中使用了一种成熟的大涡模拟模型,即并行大涡模拟 (PALM) 框架,重点研究了瑞士萨梅丹附近的一个小山区。为了更真实地表示特定的气象情况,PALM 由从 MeteoSwiss 的 COSMO-1 再分析中提取的边界条件驱动。从 PALM 输出中提取基本变量(风分量、温度和压力),并在插值后输入子系统,以获得任何时刻和任何飞机位置的值。在这个子系统中,还可以基于广泛使用的 Dryden 湍流模型生成统计大气湍流。本文比较了两种产生大气湍流的方法,即结合数值方法和统计模型,并介绍了飞行测试程序,重点强调了湍流的真实性;然后介绍了实验结果,包括通过收集飞行员对湍流特性和湍流/任务组合的反馈而获得的统计评估。
本研究的目的是研究脑电图(EEG)脑部计算机界面(BCI),以监测虚拟现实(VR)飞行模拟过程中心理工作量的现实差异。许多航空事故与试点认知和任务需求与认知资源之间的不匹配有关。实时神经生理监测提供了一种方法,可以通过获得连续的客观测量,而无需增加飞行员的工作量,从而识别高工作量的精神状态。在VR飞行模拟期间的导航困难和通信任务改变了工作负载。分析了在模拟飞行过程中收集的EEG数据,以评估被动BCI的性能以分类工作负载水平。BCI方法以EEG工作量文献为指导。获得了75.9%的分类率,α和β频带最有用。结果表明,被动EEG-BCI可能是监控工作量和提高飞行安全性的有效策略。
摘要 本文探讨了飞行模拟器的保真度要求,以改进训练并解决与旋翼机飞行中失控 (LOC-I) 相关的问题。为了说明背景,本文介绍了旋翼机事故统计趋势。数据显示,尽管最近采取了安全举措,但 LOC-I 旋翼机事故已被确定为事故率的一个重要且不断增长的因素。20 世纪 90 年代末,固定翼商用飞机界面临着与失控预防和恢复相关的类似情况,并通过协调的国际努力,制定了有针对性的培训计划以降低事故率。本文介绍了从固定翼计划中吸取的经验教训,以强调如何需要改进旋翼机建模和仿真工具,通过更高质量的基于模拟器的培训计划来减少旋翼机事故。本文回顾了相关的飞行模拟器认证标准,重点关注飞行模型保真度和前庭运动提示要求。旋翼机建模和运动提示研究的结果强调了相关的保真度问题,旨在确定进一步活动的领域,以提高用于 LOC-I 预防训练的模拟器标准的保真度。
摘要:ZHAW 航空中心开发并实施了一种综合了气象和地形对飞机安全范围影响的新型能源管理系统概念。在研究和教学模拟器 (ReDSim) 中构建了相应的飞行模拟环境,以测试驾驶舱显示系统的首次实施。与一组飞行员进行了一系列飞行员在环飞行模拟。通用航空飞机模型 Piper PA-28 经过修改以用于研究。ReDSim 中的环境模型经过修改,包括一个新的临时子系统,用于模拟大气扰动。为了在 ReDsim 中生成高分辨率风场,在概念研究中使用了一种成熟的大涡模拟模型,即并行大涡模拟 (PALM) 框架,重点研究了瑞士萨梅丹附近的一个小山区。为了更真实地表示特定的气象情况,PALM 由从 MeteoSwiss 的 COSMO-1 再分析中提取的边界条件驱动。从 PALM 输出中提取基本变量(风分量、温度和压力),并在插值后输入子系统,以获得任何时刻和任何飞机位置的值。在这个子系统中,还可以基于广泛使用的 Dryden 湍流模型生成统计大气湍流。本文比较了两种产生大气湍流的方法,即结合数值方法和统计模型,并介绍了飞行测试程序,重点强调了湍流的真实性;然后介绍了实验结果,包括通过收集飞行员对湍流特性和湍流/任务组合的反馈而获得的统计评估。
姓名 资格 飞行员/飞行工程师执照编号 (根据需要添加方框)• FFS/FTD:该团队证明 符合飞机驾驶舱/直升机驾驶舱的配置 < 飞机运营商名称(如适用)、飞机/直升机类型 > 飞机/直升机的配置,且符合 < 飞行模拟训练设备类型和级别 > 的要求,并且模拟系统和子系统的功能与该飞机/直升机中的系统和子系统相同。该评估小组的飞行员还评估了飞行模拟训练设备的性能和飞行品质,并发现它代表了指定的飞机/直升机。 • FNPT:该小组证明代表符合 < 飞行模拟训练器类型和级别 > 要求的 < 飞机/直升机或飞机类别/直升机类型 > 的驾驶舱或座舱环境,并且模拟系统似乎可以像飞机类别/直升机类型一样运行。该评估小组的飞行员还评估了飞行模拟训练器的性能和飞行品质,并发现它代表了指定的飞机类别/直升机类型。