基于面向对象技术的飞行液位仿真研究

论文摘要

计算机仿真是现代设计与试验领域不可或缺的先进技术,同时也是动态、复杂系统设计与评估的重要手段。计算机建模与仿真技术,经过多年发展已形成了许多先进的理论和方法,广泛应用于国内外运载火箭系统研制中,发挥出巨大的经济效益。以计算机数学模型部分代替,甚至完全取代物理模型系统,进行仿真,可以大大地提高工作效率,缩短研制周期,节约经费。随着大型液体运载火箭研制中仿真技术应用的深入,国内火箭研制单位对功能强大的低温推进剂飞行液位仿真系统的需求越来越迫切。 本文针对现代先进仿真技术的要求,应用软件工程中面向对象的思想方法和模块化建模的理论,提出一种实时飞行液位仿真系统框架和用户仿真模型的设计方法,用于实现火箭液位系统的数字仿真。主要内容有: （1） 分析研究了面向对象技术的基本理论和设计方法,探讨了集建模-实验-分析于一体的一体化仿真系统的基本理论框架问题。 （2） 基于面向对象技术,用类的程序设计方法,开发出通用的实时仿真软件系统平台,用于实现火箭飞行液位系统数字仿真,为系统的开发、调试和数字算法及性能评估提供软件环境。平台基本功能接口齐全,易扩展,可重用;采用多层次结构,实现仿真系统与仿真模型的分离,允许用户根据需要,自行搭建仿真对象系统,设计仿真模型,进行仿真。 （3） 按照仿真软件的特点和系统要求,探讨了连续系统数学模型的表示和实现方法以及连续系统离散化方法,同时对液氢和液氧液位的数学模型做了详细推导,通过一定的优化处理得出仿真模型。 （4） 针对某型液体运载火箭的飞行液位数字仿真要求,结合工程应用的实际情况,按照本文提出的模块化设计方法,建立一套仿真数学模型库,这一模型库中包含了一般运载火箭液位系统和测试系统的主要模块。 总之,本系统利用面向对象的仿真建模技术,具有模块化、层次性、可重用、易维护等优点,在火箭系统的仿真工作中有着重要的实际意义和广泛的应用前景,可大大减轻设计人员的程序设计负担,而把精力集中到仿真系统的搭建和数学模型的精确设计上来。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 课题概述
• 1.1.1 课题题目及来源
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外运载火箭动态及发展趋势
• 1.2.1 国外运载火箭的现状
• 1.2.2 国内运载火箭发展现状
• 1.3 计算机仿真技术的发展现状
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 面向对象的建模与仿真
• 2.1 面向对象基本概念和特征
• 2.1.1 面向对象基本概念
• 2.1.2 面向对象特征
• 2.2 面向对象的分析和设计方法
• 2.3 面向对象的程序设计（OOPD）
• 2.4 面向对象建模方法
• 2.4.1.模块划分的原则
• 2.4.2.模型重用的问题
• 2.4.3.建立对象模型模板
• 2.4.4 模型的VV&A研究
• 2.5 仿真的基本概念框架
• 2.5.1 一体化仿真环境概念
• 2.5.2 一体化仿真环境的构成
• 2.5.3 仿真资源管理系统
• 2.6 仿真系统的性能评估
• 第3章 飞行液位仿真系统设计
• 3.1 仿真软件介绍
• 3.2 软件系统总体设计
• 3.2.1 系统特点
• 3.2.2.设计思想
• 3.2.3.设计手段
• 3.3.系统结构
• 3.4 消息库
• 3.5 界面管理
• 第4章 液位仿真系统数学模型建立
• 4.1 连续系统数学模型表示方法
• 4.2 连续系统离散化方法
• 4.2.1 离散化原理及要求
• 4.2.2 数值分析法
• 4.2.3 数值积分方法
• 4.2.4 离散相似法
• 4.3 液位仿真系统数学模型的建立
• 4.3.1 物理模型的建立
• 4.3.2 数学模型的推导
• 4.3.3 数学模型的优化处理
• 第5章 仿真功能实现及界面显示
• 5.1 仿真测试前提条件
• 5.2 仿真测试功能
• 5.3 仿真界面介绍
• 5.4 仿真结果显示
• 结束语
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学位论文
• 致谢