南京航空航天大学硕士学位论文 i摘 要 本文利用数值分析方法通过计算机模拟仿真战斗机的空战过程，研究战斗机在各种空战态势下的战斗使用问题，对双机空战仿真中的飞机数学模型进行初步研究与设计，找到一种较为符合实际的飞机简化模型描述方法。以战斗机的空战格斗为重点，研究空战规律根据基本的空战机动模式进行机动作战决策的建模。给出一种空战仿真可视化系统的实现方法。
主要研究内容如下： 1、运用了计算机辅助设计方法建立F-16和Su-27飞机的三维外形，并运用商业气动数值分析软件计算了其气动性能。
2、通过对空战飞机基本运动方程的线性化，建立其状态方程，运用非线性控制系统模型去控制舵面偏转，并根据敌我机当前的作战态势建立机动作战中的决策模型。
3、运用OpenGL、Visual C++与面向对象编程等技术，实现了基于PC机的飞机模拟空战三维可视化系统，可以比较直观地显示战斗机的空战过程，同时也可记录分析仿真飞行轨迹，从而对现役战斗机的性能进行定性和定量的分析评估。
关键词：飞行动力学 运动方程 空战仿真 OpenGL 南京航空航天大学硕士学位论文
iiAbstract This paper uses numerical analysis methods to simulate two fighters fighting in the air by computer and researches all the problems at different postures of the fighters when fighting. The mathematical modeling is preliminarily researched and designed during the air action emulation of two fighters. A sort of description means which is found is more realistic for the simplified modeling of the fighters. Air combat laws are researched by putting stress on the air combat of the fighters. Decision-making modeling of the maneuver fighting are built according to the elementary maneuver mode of the air action. A type of implementation method of the air action emulation visualizing system is given in this paper.
Main research contents are as follow: 1. Using CAD methods to give the aero 3-dimensional shapes of F16 and Su-27 and using commercial aerodynamic numerical analysis software to compute their aerodynamic performances.
2. Linearizing the fundamental motion equations of the fighters and then establishing the state equations. Using nonlinear control system to control the rudder deflexions, and giving decision-making modeling of the maneuver fighting according to the current combat postures of the enemy's and our fighters.
3. Implementing the 3-d visual system of air combat simulation with the help of the computer by using new technologies, such as OpenGL, Visual C++ and OOP. The procedures of fighting can be displayed intuitively. At the same time, the flight tracks of simulation can be recorded and analyzed, which helps to analyze and evaluate the performances of the current fighters in service qualitatively and quantitatively.
Keywords: Flight dynamics; Equation of motion; Air action emulation; OpenGL 承 诺 书 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 (保密的学位论文在解密后适用本承诺书)
作者签名： 日 期： 南京航空航天大学硕士学位论文
1第一章 绪论 1.1课题背景 本课题背景是利用计算机以F-16和SU-27战斗机为对象研究空战模拟仿真方法。课题的研究任务是通过空战模型的建立和战术动作的选取，并运用数值积分的方法来进行空战仿真研究,从而对现役战斗机的性能进行定性和定量的分析评估。
1.2 F-16和SU-27战斗机的性能概述
图一 F-16战斗机 图二Su-27战斗机 1.2.1布局概述[23] 飞机的气动布局通常是指其不同的气动力承力面的安排方式。全机气动特性取决于各承力面之间的相互位置以及相对尺寸和形状。机翼是主承力面，它是产生升力的主要部件，前翼、平尾、立尾等是辅助承力面，主要用于保证飞机的安定性和操纵性。根据各辅助翼面与机翼相对位置及辅助面的多少，有以下几种气动布局形式：
• 正常式布局：水平尾翼在机翼之后； • 鸭式布局：水平翼在机翼的前面；
• 无尾或“飞翼”：飞机只有一对机翼；
• 三翼面布局：机翼前面有水平翼，机翼后面有水平尾翼。
F-16“战隼”美国洛克希得⋅马丁战术飞机系统公司为美国空军研制的单发轻型
多用途战斗机，主要用于空战，也可以用于地面攻击和近距离空中支援，是美国空军的主力战斗机之一。
机身：半硬壳式机身，外型短粗，采用翼身融合体形式于机翼相连接，提高南京航空航天大学硕士学位论文 2了升阻比并且提高了刚度。机翼后缘机身下方与两块腹鳍。开裂式减速板位于平尾后侧机身延长处。
机翼：切角三角形中单翼，采用多梁悬臂式结构，上下蒙皮为整体壁板，通过机加铝接头与机身相连。采用NACA64A204翼型，相对厚度4%，前缘后掠角40度，展弦比约为3.0。前缘机动襟翼采用单块式铝合金蜂窝结构，可随迎角和马赫数自动偏转，后缘有全展长的襟副翼，最大偏转达52度每秒，左右可以互换。翼根前缘沿机身两侧向前延伸有大的边条翼，可以进行涡流控制，增加飞机在大迎角下的升力和方向稳定性。
尾翼：全动式平尾，可差动，外型与机翼相似，下反角25度，由碳纤维复合材料盖板，铝蜂窝夹心，钛合金梁以及钢制的前缘组成。垂直安定面较高，采用多梁多肋铝合金结构和碳纤维复合材料蒙皮组成，面积大，大迎角时安定性好，可防尾旋，有全展长方向的舵。
起落架：可收放前三点式单轮起落架，采用电传刹车系统并装有防滑装置，前起落架位于进气口之后，向后收起，前轮旋转90度平放在进气道下侧。前轮可转向，轮胎规格18×5.7-8。左右主起落架的绝大部分零件可以互换，向前收入机身，轮胎规格27.75×8.75-14.5。后机身下部两腹鳍装有着陆阻拦钩。
动力装置：A/B型装普•惠公司的F100-PW-200涡轮风扇发动机，加力推力105.9千牛。早期生产的C/D型装普•惠公司的F100-PW-220发动机，加力推力111.2千牛，或通用电器公司的F110-GE-100发动机，加力推力122.3千牛。1991年后换装最大推力129千牛的F100-PW-229和F110-GE-129发动机。固定几何形状进气道位于机腹，装有跗面层搁板。机翼和5个机身油箱可载燃油3989升，机身下可挂一个1139升的副油箱，机翼内侧挂架可各挂一个1400升副油箱。空中加油口位于座仓后机身上方。
座舱：空调增压座舱，采用波音公司的ACESΠ零弹座椅，向后倾斜30度安装，扶手上装有“力敏感侧置驾驶手柄”。座椅位置较高，采用聚碳酸盐塑料制成的气泡式座舱盖，可向驾驶员提供360度的全向视野，前后为195度，侧下方为40度，前下方15度。风挡与座舱盖前段为一整体，可向后上方打开，通过简单的支撑钩架与后座舱盖铰接在一起。座舱盖内壁涂有金箔，以减少雷达发射信号。
系统：带有数字式电子控制的可再生环境控制系统，用于空调增加和设备冷却。两套完全独立的液压系统，压力520710×帕，流量161升/分。电力系统