專利名稱：具有持續(xù)性過載模擬能力的飛行模擬器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地面飛行模擬系統(tǒng)，更特別地說，是指一種能夠模擬實際飛行 時產(chǎn)生的三個軸向持續(xù)性過載的地面飛行模擬系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代高性能飛機在機動時會產(chǎn)生非常大的過載，對人體生理有非常大的影響。 這種過載的特點是峰值較大，最大過載可達9g(g為重力加速度常數(shù)，9.81m/s2)；過載加 載快，增長率可達6g/S;過載的持續(xù)時間也較長，可持續(xù)數(shù)秒并可能反復(fù)出現(xiàn)。這種持 續(xù)時間較長的較大過載嚴重影響飛行員在空戰(zhàn)機動時的空間感和形勢判斷能力，飛行員 可能出現(xiàn)短暫黑視、空間定位錯覺甚至意識喪失，造成機毀人亡的嚴重飛行事故。這里 所說的過載是指作用于飛行器或飛行員身體上的除重力以外的力產(chǎn)生的加速度與重力加 速度常數(shù)之比。航空醫(yī)學研究表明，如果能對飛行員進行反復(fù)的高過載情況下的飛行訓練，則 可明顯提高飛行員的過載耐受能力。但采用真實的飛機進行高過載科目的訓練，不僅消 耗飛機有限的結(jié)構(gòu)壽命，還可能危及飛行安全。因此最好是能在地面模擬器上為飛行員 提供各種機動下的過載體驗。地面飛行模擬器是在地面模擬飛行器空中飛行和地面運動的設(shè)備，按照其基座 是否能運動可分為固定基座飛行模擬器和運動基座飛行模擬器。固定基座飛行模擬器因其平臺固定，對模擬器的體積和重量限制較少，其視景 仿真和座艙仿真(座艙布局、音效等)可達到較高的逼真度，同時成本可以控制的較低， 但其不具備過載模擬能力，受訓飛行員(受訓練者)沒有運動輸入，飛行模擬的真實感較差。運動基座飛行模擬器目前一般采用Stewart六自由度機構(gòu)(參見Stewart D.Aplatform with six degree~of-freedom.Proceedings of the Institute forMechanical Engineering. 1965, 180 : 371-386)作為其運動平臺，既有視景仿真又有有限的瞬時過載 模擬能力(約為O.lg 1.9g，g為重力加速度常數(shù)，9.81m/s2)，目前已廣泛應(yīng)用于民航 客機等低機動飛機的飛行訓練，但應(yīng)用于高機動飛機的飛行訓練時受其運動平臺工作范 圍的限制，只能模擬飛機有限的位移變化及微量的角加速度變化，且沒有持續(xù)載荷模擬 功能，模擬器的逼真度不高，飛行訓練效果較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有持續(xù)性過載模擬能力的飛行模擬系統(tǒng)，該飛行模 擬系統(tǒng)通過在地面模擬實際飛行時產(chǎn)生的三個軸向(胸-背向、左-右向、頭-足向)持 續(xù)性過載，并結(jié)合視景仿真為受訓練者提供盡可能接近實際飛行的模擬飛行環(huán)境，以在 地面進行安全可控的高機動飛行訓練，提高受訓練者的抗過載能力，熟練掌握高過載飛 行機動。
本發(fā)明的一種具有持續(xù)性過載模擬能力的飛行模擬器系統(tǒng)，該飛行模擬器系統(tǒng) 借助飛機座艙輸出的飛行參數(shù)作為過載分量的輸入信息；所述飛行參數(shù)經(jīng)過載分量模型 Gxc = Gt cos O0-G1 sin φ0 sin θ0 - Gv cos φ0 sin θα
權(quán)利要求
1.一種具有持續(xù)性過載模擬能力的飛行模擬器系統(tǒng)，該飛行模擬器系統(tǒng)借助飛機座艙 輸出的飛行參數(shù)作為過載分量的輸入信息；其特征在于所述飛行參數(shù)經(jīng)過載分量模型Gxc = Gt cos Oc -Gr sin φα sin θ0 - Gv cos sin 6C Gyc = -Gr cos ψ0 + Gv sin 武·Gzc = G1 sin θ0 + Gr sin φ0 cos ^c + Gv cos ^c cos 0C整合得到需要加載到受訓練者IA身上的過載Gxc、Gyc和Gzc0
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有持續(xù)性過載模擬能力的飛行模擬器系統(tǒng)，其特征在于 飛行模擬器系統(tǒng)中的飛行模擬器包括有吊艙(1)、滾轉(zhuǎn)架(2)、旋臂(3)、配重塊(4)、基 座組件(5)、第一驅(qū)動組件(6)、第二驅(qū)動組件、第三驅(qū)動組件和第四驅(qū)動組件；其中， 旋臂(3)、吊艙(1)和滾轉(zhuǎn)架(2)構(gòu)成運動載人離心平臺；第一驅(qū)動組件(6)包括有A直流力矩電機(61)、A聯(lián)軸器(62)、第一轉(zhuǎn)軸(63)、A 滾珠軸承(64)、B滾珠軸承(65)和A電機支架(66)，凸字形A電機支架(66)的兩端固 定在滾轉(zhuǎn)架(2)的第一邊梁(21)上，A電機支架(66)的中間面板上安裝有A直流力矩 電機(61)，A直流力矩電機(61)的輸出軸穿過A電機支架(66)的中間面板上的通孔后 連接在A聯(lián)軸器(62)的一端，A聯(lián)軸器(62)的另一端連接在第一轉(zhuǎn)軸(63)的一端上， 第一轉(zhuǎn)軸(63)的另一端順次穿過A滾珠軸承(64)、B滾珠軸承(65)后連接在吊艙(1) 的B半球殼(IB)的安裝孔(IC)內(nèi)，A滾珠軸承(64)和B滾珠軸承(65)安裝在滾轉(zhuǎn)架 (2)的第一邊梁(21)的A通孔(211)內(nèi)；第二驅(qū)動組件包括有B直流力矩電機、B聯(lián)軸器、第二轉(zhuǎn)軸(63B)、C滾珠軸承、D 滾珠軸承和B電機支架，凸字形B電機支架的兩端固定在B支臂(34)的外側(cè)，B電機支 架的中間面板上安裝有B直流力矩電機，B直流力矩電機的輸出軸穿過B電機支架的中 間面板上的通孔后連接在B聯(lián)軸器的一端，B聯(lián)軸器的另一端連接在第二轉(zhuǎn)軸(63B)的 一端上，第二轉(zhuǎn)軸(63B)的另一端順次穿過C滾珠軸承、D滾珠軸承后連接在滾轉(zhuǎn)架(2) 的第二邊梁(22)的B通孔(221)內(nèi)；C滾珠軸承和D滾珠軸承安裝在B支臂(34)的C 軸孔(36)內(nèi)；第三驅(qū)動組件包括有C直流力矩電機、C聯(lián)軸器、第三轉(zhuǎn)軸(63C)、E滾珠軸承、 F滾珠軸承和C電機支架，凸字形C電機支架的兩端固定在滾轉(zhuǎn)架(2)的第三邊梁(23) 上，C電機支架的中間面板上安裝有C直流力矩電機，C直流力矩電機的輸出軸穿過C電 機支架的中間面板上的通孔后連接在C聯(lián)軸器的一端，C聯(lián)軸器的另一端連接在第三轉(zhuǎn)軸 (63C)的一端上，第三轉(zhuǎn)軸(63C)的另一端順次穿過E滾珠軸承、F滾珠軸承后連接在吊 艙(1)的A半球殼(IA)的安裝孔內(nèi)；E滾珠軸承和F滾珠軸承安裝在滾轉(zhuǎn)架(2)的第三 邊梁(23)的C通孔(231)內(nèi)；第四驅(qū)動組件包括有D直流力矩電機、D聯(lián)軸器、第四轉(zhuǎn)軸(63D)、G滾珠軸承、H 滾珠軸承和D電機支架，凸字形D電機支架的兩端固定在A支臂(33)的外側(cè)，D電機支 架的中間面板上安裝有D直流力矩電機，D直流力矩電機的輸出軸穿過D電機支架的中 間面板上的通孔后連接在D聯(lián)軸器的一端，D聯(lián)軸器的另一端連接在第四轉(zhuǎn)軸(63D)的 一端上，第四轉(zhuǎn)軸(63D)的另一端順次穿過G滾珠軸承、H滾珠軸承后連接在滾轉(zhuǎn)架(2) 的第四邊梁(24)的D通孔(241)內(nèi)；G滾珠軸承和H滾珠軸承安裝在A支臂(33)的B軸孔(35)內(nèi)。吊艙⑴包括有第一半球殼(IA)、第二半球殼(IB)、模擬飛行座椅(IOB)、支撐板 (IOC)、球幕投影顯示器(IOD)、平視顯示器(IOE)、儀表顯示面板(IOF)。第一半球殼(IA)與第二半球殼(IB)固定連接后形成一個球體殼，為了方便受訓練 者(IOA)的進出，并在球體殼的下方開了一個窗口，該窗口上安裝有一個門。支撐板(IOC)安裝在球體殼內(nèi)的底部，模擬飛行座椅(IOB)安裝在支撐板(IOC)的 中心位置上；當打開門時，受訓練者(IOA)的腳能夠蹬踏在所述支撐板(IOC)上，方便 受訓練者(IOA)進入球體殼內(nèi)完成高機動飛行訓練。滾轉(zhuǎn)架(2)為四邊形框架結(jié)構(gòu)，在滾轉(zhuǎn)架(2)的第一邊梁(21)的中心位置開有A通 孔(211)，第二邊梁(22)的中心位置開有B通孔(221)，第三邊梁(23)的中心位置開有 C通孔(231)，第四邊梁(24)的中心位置開有D通孔(241)。所述A通孔(211)用于放置第一驅(qū)動組件(6)的A滾珠軸承(64)和B滾珠軸承 (65)。所述B通孔(221)用于放置第二驅(qū)動組件的C滾珠軸承和D滾珠軸承。 所述C通孔(231)用于放置第三驅(qū)動組件的E滾珠軸承和F滾珠軸承。 所述D通孔(241)用于放置第四驅(qū)動組件的G滾珠軸承和H滾珠軸承。 旋臂(3)的一端開有A軸孔(31)，旋臂(3)的另一端為U形叉(32)結(jié)構(gòu)，U形叉 (32)的A支臂(33)上開有B軸孔(35)，U形叉(32)的B支臂(34)上開有C軸孔(36)； 旋臂(3)上開減重孔(37)。A軸孔(31)內(nèi)安裝有J滾珠軸承(55)和K滾珠軸承(56)。 B軸孔(35)內(nèi)安裝有G滾珠軸承和H滾珠軸承。 C軸孔(36)內(nèi)安裝有C滾珠軸承和D滾珠軸承。基座組件(5)的底盤(52)的底部安裝有帶有減速器的交流電機(53)，交流電機(53) 的輸出軸連接在E聯(lián)軸器(57)的一端，E聯(lián)軸器(57)的另一端連接有旋轉(zhuǎn)軸(51)的一 端，旋轉(zhuǎn)軸(51)的另一端順次穿過I滾珠軸承(54)、J滾珠軸承(55)、K滾珠軸承(56) 后與A軸孔(31)的上部固定。I滾珠軸承(54)安裝在底盤(52)的中心通孔內(nèi)。J滾珠 軸承(55)和K滾珠軸承(56)安裝在旋臂(3)的A軸孔(31)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有持續(xù)性過載模擬能力的飛行模擬器系統(tǒng)，其特征在于飛 行模擬器的三自由度運動為第一自由度是指旋臂(3)繞旋轉(zhuǎn)軸(51)的轉(zhuǎn)動，此轉(zhuǎn)動稱為飛行模擬器的離心運動；第二自由度是指滾轉(zhuǎn)架(2)繞第一轉(zhuǎn)軸(63)和第三轉(zhuǎn)軸(63C)的轉(zhuǎn)動，此轉(zhuǎn)動稱 為飛行模擬器的滾轉(zhuǎn)運動；由于吊艙(1)安裝在滾轉(zhuǎn)架(2)的框內(nèi)，第一轉(zhuǎn)軸(63)的 軸心線與第三轉(zhuǎn)軸(63C)的軸心線是重合的，故吊艙滾轉(zhuǎn)軸與第一轉(zhuǎn)軸(63)、第三轉(zhuǎn)軸 (63C)三者的軸心線重合；第三自由度是指球體殼繞第二轉(zhuǎn)軸(63B)和第四轉(zhuǎn)軸(63D)的轉(zhuǎn)動，此轉(zhuǎn)動稱為飛 行模擬器的俯仰運動；由于吊艙(1)安裝在滾轉(zhuǎn)架(2)的框內(nèi)，第二轉(zhuǎn)軸(63B)的軸心線 與第四轉(zhuǎn)軸(63D)的軸心線是重合的，故吊艙俯仰軸與第二轉(zhuǎn)軸(63B)、第四轉(zhuǎn)軸(63D) 三者的軸心線重合。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有持續(xù)性過載模擬能力的飛行模擬器系統(tǒng)，其特征在于 基座組件(5)提供給旋臂(3)的離心角速度為
5.運動載人離心平臺受基座組件(5)中的電機驅(qū)動、以及第一驅(qū)動組件(6)、第二驅(qū) 動組件、第三驅(qū)動組件和第四驅(qū)動組件的驅(qū)動實現(xiàn)持續(xù)性的、而非瞬時的過載。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有持續(xù)性過載模擬能力的飛行模擬器系統(tǒng)，其特征在于 飛行模擬器能夠產(chǎn)生的最大過載可達10g。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有持續(xù)性過載模擬能力的飛行模擬系統(tǒng)，該飛行模擬系統(tǒng)包括有飛行模擬器和過載分量模型。過載分量模型存儲在一PC機中。飛行模擬器包括有吊艙、滾轉(zhuǎn)架、旋臂、配重塊、基座組件、第一驅(qū)動組件、第二驅(qū)動組件、第三驅(qū)動組件和第四驅(qū)動組件；其中，旋臂、吊艙和滾轉(zhuǎn)架構(gòu)成運動載人離心平臺；運動載人離心平臺受基座組件中的電機驅(qū)動、以及第一驅(qū)動組件、第二驅(qū)動組件、第三驅(qū)動組件和第四驅(qū)動組件的驅(qū)動實現(xiàn)持續(xù)性的、而非瞬時的過載。對本發(fā)明的飛行模擬系統(tǒng)的控制通過受訓練者操縱飛機座艙中各設(shè)備輸出的飛行參數(shù)，然后由過載分量模型對飛行參數(shù)的處理，從而得到三軸過載所需的控制參數(shù)，最后通過控制旋臂的角速度和吊艙的滾轉(zhuǎn)、俯仰角度，實現(xiàn)了對受訓練者三軸持續(xù)性過載的精確模擬。
文檔編號G09B9/08GK102013187SQ20101052476
公開日2011年4月13日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者潘文俊, 王立新 申請人:北京航空航天大學