机场飞机火灾消防场景三维建模方法研究

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近年来,随着我国航空业的快速发展,民用飞机数量急剧增加,越来越多的人选择飞机作为交通工具。在人们享受飞机带来便利的同时,也面临着航空事故的威胁,机场火灾是主要的航空事故之一。因此,提高机场消防人员的消防意识和能力,可以快速、高效地应对突发的飞机火灾事故。针对在安全、经济的前提下培训机场消防人员的问题,提出了机场消防驾驶训练模拟器。但大多数模拟器在模拟机场火灾消防作业时,飞机火灾燃烧模型和消防灭火剂轨迹都是靠经验数据开发的,另外也缺少必要的人机交互,这样训练模拟与真实消防作业差距过大,达不到提高消防人员技术能力的要求。因此,本文以虚拟现实为基础在机场飞机火灾消防场景三维建模方法上进行研究。具体包括搭建机场消防车消防泵实时仿真模型、飞机发动机燃烧模型的数值模拟计算以及虚拟现实环境下机场飞机火灾消防的视景仿真和人机交互界面的设计。(1)基于人工神经网络建立机场消防车消防泵模型,简化消防泵模型,通过预测消防泵的流量,经过伯努利方程计算出灭火剂轨迹。其中传统的BP神经网络收敛速度缓慢、容易陷入局部极小值、难以确定隐藏层个数和隐藏层节点个数,通过在反向传播参数调整算法中加入较小的随机扰动,改进BP神经网络,实验预测表明,改进的BP神经网络在消防泵特性曲线上有更高的拟合度,该模型同时满足逼真度和实时性的要求。(2)针对飞机发动机火灾燃烧,利用火灾动力学软件(FDS),基于大涡模拟的方法对飞机发动机火灾燃烧进行了数值模拟计算。在燃烧的物理结构建模方法上,依据飞机发动机三维机械结构模型,划分三个单元体,分别建立燃烧的物理模型。划分网格、创建燃烧场景,在飞机发动机横向方向放置切片及探测器,记录火灾燃烧的动力学数据,根据云图阵列和曲线图,分析飞机发动机火灾燃烧在横向和纵向变化规律。(3)以粒子系统为基础建立消防灭火剂视景仿真模型和发动机火灾视景仿真模型,基于MFC程序框架,建立人机交互界面,在虚拟现实开发软件Vega Prime中配置对象、场景等基本文件,利用Vega Prime的API接口,调用函数库,编写控制算法,实时控制视景仿真进程,建立起以虚拟现实为平台的机场消防火灾消防的视景仿真系统。
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