一种360度全向过载飞行仿真模拟器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种360度全向过载飞行仿真模拟器，受训人的重心与真实的飞行过程一样，在飞机重心的前部。该飞行仿真模拟器包括上下升降系统，第一运动系统，第二运动系统，飞行座舱系统四部分。通过智能控制系统分别控制前后俯仰电机和左右旋转电机，受训人的重心与真实的飞行过程一样在飞机重心的前部，飞行员会同时感受到平移和旋转。智能控制系统将视景的各种旋转过载运动转化为电信号，控制步进电机在X、Y、Z轴的同步运动。实施本发明既可降低训练成本，保证训练效果，又能减少飞行学员等受训人员的驾机培训时间。
【专利说明】—种360度全向过载飞行仿真模拟器
【技术领域】
[0001]本发明涉及飞行模拟训练设施【技术领域】，具体涉及一种360度全向过载飞行仿真模拟器。
【背景技术】
[0002]飞行模拟训练就是要给飞行员构建一个虚拟的“真实”飞行环境。这里的环境主要指两部分:一方面是机器环境，即飞机座舱、设备等；另一方面是外部环境，主要指自然条件、地理条件等。在机器环境方面，对飞机运动、动感(如加速度、座椅抖振等)的模拟是比较关键的技术；对飞机座舱中的仪表、操作设备和综合显示系统的模拟也比较重要，对飞行员来说，座舱必须要有真实感和现场感。在我国，人们对飞行模拟器在航空领域的重要作用的认识在不断提高，航空科技及航空工业得到迅猛发展，“十二五”以来，随着国家开放低空领域步伐的加快，国家对航空工业扶持的力度加大，国内飞行仿真模拟器也越来越多。飞行仿真模拟器有助于提高训练的安全性，有助于降低飞行训练的成本花费，有助于缩短受训人员的飞行训练时间、提升飞行技巧，是国内外培训飞行人员的必要技术手段。
[0003]现有的飞行模拟器中受训人的重心设置在模拟器俯仰、横滚、偏航飞行姿态轴线的交点上，这与飞机飞行时飞行员重心位置的实际情况不相符合。实际情况是当飞机飞行时，飞行员重心通常在飞机的前端，故当飞机进行翻滚、横滚、旋摆时，飞行员会同时感受到平移和旋转。同时，现有飞行模拟器飞行座舱只能在一个平面内模拟完成小幅度倾斜、小幅度旋摆等仿真动作，例如现有六自由度飞行模拟器飞行座舱一般采用Stewart平台结构，Stewart平台结构只能在一个平面内模拟完成翻滚、横滚、大幅度旋摆等仿真动作，无法实现360度全向过载和特种危险等复杂动作，难以保证训练效果。现有的飞行模拟器系统视景主要通过投影方式产生，投影仪将空战目标、飞行过程中飞行员所视舱外实际景物实时投影到飞行模拟器的球幕上，现有模拟器的翻滚、横滚、旋摆等运动在一个平面内，运动范围小，在模拟翻滚和大幅度旋摆时，屏幕会随着飞行座舱一起旋转，虽然满足了视觉训练效果的需要，但缺乏真实飞行体验，视景画面仿真沉浸性不高，逼真度不好，模拟训练和实际飞行脱节。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术中Stewart平台结构飞行模拟器受训人重心与飞机飞行时重心位置实际情况不符的缺陷，本发明提供了一种360度全向过载飞行仿真模拟器，受训人重心与真实的飞行过程一样，在飞机重心的前部。该飞行仿真模拟器主要包括上下升降系统、第一运动系统、第二运动系统、飞行座舱系统四部分。
[0005]本发明所采用的技术方案:
[0006]一种360度全向过载飞行仿真模拟器，其特征在于:包括
[0007]上下升降系统，用于模拟飞机的上下升降运动；
[0008]第一运动系统，用于模拟飞机的前后360度俯仰运动；所述上下升降系统通过俯仰轴承和第一运动系统相连；所述第一运动系统在俯仰驱动电机的驱动下带动所述仿真模拟器完成如后360度俯仰运动；
[0009]第二运动系统，用于模拟飞机的向左或向右360度范围内旋转运动；所述第一运动系统通过横滚轴承与所述第二运动系统相连；
[0010]飞行座舱系统，所述飞行座舱系统的机头飞行座舱固定在所述第二运动系统中的横滚支撑杆的前端，所述飞行座舱系统内部集成有自动配重平衡系统和内置视景系统。
[0011]所述上下升降系统包括支撑平台，升降电动支撑杆，斜支撑电动杆，斜支撑电动杆链接装置和升降电动支撑杆链接装置；所述支撑平台作为整个飞行仿真模拟器的底座，所述升降电动支撑杆的底部连接于所述升降电动支撑杆链接装置，所述升降电动支撑杆链接装置固定于所述支撑平台上，所述斜支撑电动杆一端连接于所述升降电动支撑杆，另一端连接于斜支撑电动杆链接装置，所述斜支撑电动杆链接装置固定于所述支撑平台上。
[0012]所述上下升降系统还包括限位杆，所述限位杆固定于所述支撑平台上，所述限位杆与所述斜支撑电动杆分立于所述升降电动支撑杆两侧。
[0013]所述第一运动系统包括俯仰驱动电机，俯仰轴承和俯仰支撑杆；所述俯仰支撑杆通过俯仰轴承与升降电动支撑杆相连；所述俯仰驱动电机通过自身的轴套固定在所述俯仰支撑杆的两端。
[0014]所述第二运动系统包括俯仰支撑杆链接装置，机尾配重舱，横滚驱动电机和横滚支撑杆；所述横滚支撑杆通过俯仰支撑杆链接装置装配在俯仰支撑杆上，所述横滚支撑杆与所述俯仰支撑杆呈交叉状态；所述机尾配重舱与所述横滚支撑杆相连；所述机尾配重舱内置有尾舱自动配重平衡系统。
[0015]所述尾舱自动配重平衡系统通过传感器感知飞行员或受训人体重信息，根据飞行员体重信息自适应调节机尾配重舱在横滚支撑杆上的位置，调节完毕后横滚支撑杆立即进入自锁死状态，定位座舱，避免座舱倾斜坠落。
[0016]所述飞行座舱系统内部还设置有姿态操纵杆和油门操纵杆，所述姿态操纵杆控制仿真模拟器做俯仰运动和/或横滚运动。
[0017]所述内置视景系统接收有关舱体姿态信息，控制面向飞行员的屏幕画面始终和地面保持正向垂直。
[0018]本发明技术效果:
[0019]本发明提出了一种360度全向过载飞行仿真模拟器，该飞行仿真模拟器通过位于舱内的智能控制系统(也可以是控制平台服务器)分别控制前后俯仰电机和左右旋转电机，实现了对真实飞机在飞行过程中进行翻滚、横滚、旋摆等动作的仿真模拟，即360度全向过载飞行仿真模拟。使用本发明所述飞行仿真模拟器，受训人的重心与真实的飞行过程一样，在飞机重心的前部，因此受训人会同时感受到平移和旋转。同时，智能控制系统将视景的各种旋转过载运动转化为电信号，控制步进电机在X、Y、Z轴的同步运动，实现高沉浸性视景画面与360度全向任意复合运动的同步。360度全向运动包括X、Y、Z三轴运动、沿X、Y、Z三轴的旋转运动和任意复合运动，以及360旋转运动及过载和特种危险运动，能够为参训人员提供多种飞行条件下较为逼真的飞行视觉和临场感觉，既可降低训练成本，保证训练效果，且能减少飞行学员等受训人员的驾机培训时间。【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明360度全向过载飞行仿真模拟器结构示意图。
[0021]图2是本发明360度全向过载飞行仿真模拟器驾驶舱及座舱内视景系统示意图。
[0022]图3是本发明360度全向过载飞行仿真模拟器座舱内视景系统结构原理示意图。
[0023]图4a，图4b是普通平面六自由度飞行模拟器结构示意图。
[0024]图5是头盔内置视景系统示意图，是即可单独使用也可和座舱内视景系统配套，是座舱内视景系统的升级版。
[0025]附图标记如下:1_支撑平台，2-升降电动支撑杆，3-斜支撑电动杆，4-斜支撑电动杆链接装置，5-限位杆，6-升降电动支撑杆链接装置，7-俯仰驱动电机，8-俯仰轴承，9-俯仰支撑杆，10-俯仰支撑杆链接装置，11-机尾配重舱，12-横滚驱动电机，13-横滚支撑杆，14-机头飞行座舱。
【具体实施方式】
[0026]现有的飞行模拟器受训人的重心在模拟器俯仰、横滚、偏航飞行姿态轴线的交点上，飞行员(即受训人)在模拟受训时难以同时感受到平移和旋转。而实际情况是当飞机飞行时，飞行员重心通常在飞机的前端，故当飞机进行翻滚、横滚、旋摆时，飞行员(或受训者)会同时感受到平移和旋转。本发明所解决的技术问题在于，通过提供一种360度全向过载飞行仿真模拟器，实现对真实飞机在飞行过程中进行翻滚、横滚、旋摆等动作的仿真模拟，即360度全向过载飞行仿真模拟。为受训人提供同时感受到平移和旋转的飞行体验；同时，实现高沉浸性视景画面与360度全向任意复合运动的同步。
[0027]下面结合附图对本发明的实施例做进一步的说明。
[0028]图4a，图4b是普通平面六自由度飞行模拟器结构示意图，可以参考图4a，图4b 了解目前常见的主流飞行模拟器Stewart平台结构。Stewart平台结构虽然具有对称性结构，具有六个自由度，结构简单，适合模块化生产。但受训人员的重心与Stewart飞行模拟器的重心重合，与实际飞行过程中的飞行员重心在飞机重心前面的实际情况不符，而且Stewart平台结构飞行模拟器只能在一个平面内模拟完成翻滚、横滚、大幅度旋摆等仿真动作，更无法实现360度全向过载和特种危险复杂动作和特种危险情况的仿真模拟。因此，当模拟飞机进行翻滚、横滚、旋摆时，受训人员感受不到真实飞行过程中的平移和旋转等实际飞行身体验。
[0029]图1是本发明360度全向过载飞行仿真模拟器结构示意图。图2是本发明360度全向过载飞行仿真模拟器驾驶舱及座舱内视景系统示意图。
[0030]本发明公开了一种具有360度全向过载模拟能力的飞行仿真模拟器，该飞行仿真模拟器主要包括上下升降系统、第一运动系统、第二运动系统和飞行座舱系统四部分。上下升降系统通过俯仰轴承和第一运动系统相连，第一运动系统通过横滚轴承与第二运动系统相连，飞行座舱系统集成了自动配重平衡系统和内置视景系统，自动配重平衡系统根据飞行员(即受训人)体重自适应调节配重机尾配重舱(可以是个配重块)的位置，内置视景系统可通过舱内控制系统将内置视景系统飞行场景的俯冲、盘旋、爬高、横滚等过载或非过载飞行转化为控制电信号，控制电信号精确控制前后俯仰电机、左右旋转电机，实现飞行模拟器的全向360度过载飞行训练。本发明所述360度全向运动包括X、Y、Z三轴运动、沿X、Y、Z三轴的旋转运动和任意复合运动，以及360度旋转运动及过载和特种危险运动。本发明所述过载是指作用于飞行器或飞行员身体上的除重力以外的力产生的加速度与重力加速度常数之比。
[0031]如图1所示，上下升降系统包括支撑平台1、升降电动支撑杆2、斜支撑电动杆3、斜支撑电动杆链接装置4、限位杆5和升降电动支撑杆链接装置6。支撑平台I是整个飞行仿真模拟器的底座，升降电动支撑杆(2)通过位于升降电动支撑杆(2)底部、支撑平台I台面上的升降电动支撑杆链接装置6与支撑平台I相连，支撑平台I上固定有上下升降驱动电机，安装在支撑平台I上的上下升降驱动电机用于带动升降电动支撑杆2、斜支撑电动杆3共同运动。斜支撑电动杆3通过斜支撑电动杆链接装置4与支撑平I相连；限位杆5固定于所述支撑平台I上，与所述斜支撑电动杆3分立于所述升降电动支撑杆两侧。限位杆5通过螺母固定在支撑平台I上，起到限制升降电动支撑杆2过仰的作用。上下升降驱动电机和升降电动支撑杆2是一体的，位于升降电动支撑杆2的下端，整个升降电动支撑杆2在不运动的时候是自锁死系统，进入自锁死状态，防止驱动杆滑落，致使座舱坠落。可见，本发明360度全向过载飞行仿真模拟器的上下升降系统实现了飞行仿真模拟器的上下升降运动。
[0032]第一运动系统包括俯仰驱动电机7、俯仰轴承8和俯仰支撑杆9。俯仰支撑杆9通过俯仰轴承8与升降电动支撑杆2相连，也就是说，第一运动系统通过俯仰轴承8与第一运动系统相连；俯仰驱动电机7通过自身的轴套固定在俯仰支撑杆9的两端；俯仰驱动电机7可围绕俯仰支撑杆9实现360度旋转运动。第一运动系统在俯仰驱动电机7的驱动下，带动本发明所述飞行仿真模拟器完成前后360度俯仰运动。
[0033]第二运动系统包括俯仰支撑杆链接装置10、机尾配重舱11、横滚驱动电机12和横滚支撑杆13。横滚支撑杆13通过俯仰支撑杆链接装置10装配在俯仰支撑杆9上，以此实现了第二运动系统和第一运动系统的互联。机尾配重舱11与横滚支撑杆13相连，机尾配重舱11内置有尾舱自动配重平衡系统，该尾舱自动配重平衡系统通过传感器感知乘员(即受训者)重量，然后可根据乘员(即受训者)体重自动调节机尾配重舱11在横滚支撑杆13上的位置，是本发明360度全向过载飞行仿真模拟器的平衡装置。
[0034]飞行座舱系统包括机头飞行座舱14及内置视景系统。机头飞行座舱14固定在横滚支撑杆13的前端，内置视景系统可通过飞行座舱14的舱内控制系统将内置视景系统飞行场景的俯冲、盘旋、爬高、横滚等过载或非过载飞行转化为控制电信号，控制信号精确控制前后俯仰电机、左右旋转电机，使之带动本发明所述飞行模拟器完成前后俯仰、左右旋转等动作。所述第二运动系统和所述飞行座舱系统共同作用，实现飞行模拟器的全向360度过载飞行训练。
[0035]图5是头盔内置视景系统示意图，是即可单独使用也可和座舱内视景系统配套，是座舱内视景系统的升级版。头盔内置视景系统也称内置视景系统。但是，根据实际体验着的试戴，其分辨率无法满足使用要求，原因就是易造成受训人眩晕。通常，受训人在接收飞行模拟训练时需要佩戴类似图5所示的头盔，里面设置有头盔内置视景系统。
[0036]本发明所采用的内置视景系统可以再现真实环境中的自然地形地貌(山川、河流、森林、海洋、天空等)和人文景观(城镇建筑物、桥梁、公路、铁路、机场等)，同时提供雨、雪等多种气象条件下的昼夜景象，创造一种险象环生、无论座舱怎么翻转，画面始终和地面保持正向垂直状态，几近真实的立体飞行环境。[0037]由图1可知，一方面表明本发明360度全向过载飞行仿真模拟器既可以上下升降运动，也可以做360度横滚运动。本发明模拟器的横滚支撑杆13通过10俯仰支撑杆链接装置装配在9俯仰支撑杆上，实现了第二运动系统和第一运动系统的互联，绕升降电动支撑杆2所在的柱体360度旋转。
[0038]升降电动支撑杆2控制飞行仿真模拟器完成上下升降运动，运动速度和加速度可调，假设运动块质量为m，要求的加速度计为a，则要求的升降电动支撑杆2所产生的液压/电磁升降力为:
[0039]F=ma
[0040]要求功率为:
[0041 ]
【权利要求】
1.一种360度全向过载飞行仿真模拟器,其特征在于:包括 上下升降系统，用于模拟飞机的上下升降运动； 第一运动系统，用于模拟飞机的前后360度俯仰运动；所述上下升降系统通过俯仰轴承和第一运动系统相连；所述第一运动系统在俯仰驱动电机的驱动下带动所述仿真模拟器完成前后360度俯仰运动； 第二运动系统，用于模拟飞机的向左或向右360度范围内旋转运动；所述第一运动系统通过横滚轴承与所述第二运动系统相连； 飞行座舱系统，所述飞行座舱系统的机头飞行座舱固定在所述第二运动系统中的横滚支撑杆的前端，所述飞行座舱系统内部集成有自动配重平衡系统和内置视景系统。
2.根据权利要求1所述的360度全向过载飞行仿真模拟器，其特征在于:所述上下升降系统包括支撑平台，升降电动支撑杆，斜支撑电动杆，斜支撑电动杆链接装置和升降电动支撑杆链接装置；所述支撑平台作为整个飞行仿真模拟器的底座，所述升降电动支撑杆的底部连接于所述升降电动支撑杆链接装置，所述升降电动支撑杆链接装置固定于所述支撑平台上，所述斜支撑电动杆一端连接于所述升降电动支撑杆，另一端连接于斜支撑电动杆链接装置，所述斜支撑电动杆链接装置固定于所述支撑平台上。
3.根据权利要求2所述的360度全向过载飞行仿真模拟器，其特征在于:所述上下升降系统还包括限位杆，所述限位杆固定于所述支撑平台上，所述限位杆与所述斜支撑电动杆分立于所述升降电动支撑杆两侧。
4.根据权利要求1所述的360度全向过载飞行仿真模拟器，其特征在于:所述第一运动系统包括俯仰驱动电机，俯仰轴承和俯仰支撑杆；所述俯仰支撑杆通过俯仰轴承与升降电动支撑杆相连；所述俯仰驱动电机通过自身的轴套固定在所述俯仰支撑杆的两端。
5.根据权利要求1所述的360度全向过载飞行仿真模拟器，其特征在于:所述第二运动系统包括俯仰支撑杆链接装置，机尾配重舱，横滚驱动电机和横滚支撑杆；所述横滚支撑杆通过俯仰支撑杆链接装置装配在俯仰支撑杆上，所述横滚支撑杆与所述俯仰支撑杆呈交叉状态；所述机尾配重舱与所述横滚支撑杆相连；所述机尾配重舱内置有尾舱自动配重平衡系统。
6.根据权利要求5所述的360度全向过载飞行仿真模拟器，其特征在于:所述尾舱自动配重平衡系统通过传感器感知飞行员或受训者体重信息，根据飞行员体重信息自适应调节机尾配重舱在横滚支撑杆上的位置，调节完毕后横滚支撑杆立即进入自锁死状态，定位座舱，避免座舱倾斜坠落。
7.根据权利要求6所述的360度全向过载飞行仿真模拟器，其特征在于:所述飞行座舱系统内部还设置有姿态操纵杆和油门操纵杆，所述姿态操纵杆控制仿真模拟器做俯仰运动和/或横滚运动。
8.根据权利要求7所述的360度全向过载飞行仿真模拟器，其特征在于:所述内置视景系统接收有关舱体姿态信息，控制面向飞行员的屏幕画面始终和地面保持正向垂直。
【文档编号】G09B9/08GK103886782SQ201410140754
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月9日 优先权日:2014年4月9日
【发明者】陈京波 申请人:陈京波