CN102157089B - 一种飞机飞行模拟器驾驶盘模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种飞机飞行模拟器驾驶盘模拟装置，该装置主要由驾驶盘面，传动机构，角位移传感器，机械结构和串行总线（USB）人机接口设备（HID）等组成。该装置通过操纵驾驶盘纵向位移和绕纵轴旋转位移，控制飞行模拟器升降舵和副翼状态，从而控制飞行姿态，通过弹簧和结构摩擦力模拟飞机操纵力。本发明结构简单，仿真度高，采用副翼角位移传感器和升降舵角位移传感器直接测量驾驶盘位移值，避免间接测量的机械传递误差，测量精度高。采用通用接口，无须在主机计算机上安装驱动程序，可用于不同机型飞行模拟器。
Description
【技术领域】
本发明涉及飞行模拟仿真技术领域，特别是一种结构简单的、可以模拟操纵负荷的飞机飞行模拟器驾驶盘模拟装置。
【背景技术】
飞机飞行模拟器是典型的人在回路的仿真系统。是一种模拟飞机执行飞行任务时的飞行状态、飞行环境和飞行条件，并给飞行员提供相似的操纵负荷、视觉、听觉、运动感觉的试验和训练装置。在飞行模拟器上，飞行员在地面就可以操纵驾驶盘、脚蹬等操纵负荷，其方法与在实际飞机上完全一样，并能体验到飞机在空中飞行时各种感觉。利用飞行模拟器进行飞行训练，具有提高训练效率，节省训练经费，保证飞行安全，减少环境污染等优点。
飞机驾驶盘是操纵飞机飞行的主要部件，飞行员向后拉驾驶盘，升降舵上偏，机头上仰；前推驾驶盘，则升降舵下偏，机头下俯。向左旋转驾驶盘，左边副翼上偏，右边副翼下偏，飞机向左滚转；反之，向右旋转驾驶盘右副翼上偏，左副翼下偏，飞机向右滚转。通过操纵驾驶盘，飞行员可以保持飞机姿态，控制爬升和下降的坡度和速度等。作用在升降舵和副翼上的力通过传动机构传到驾驶盘上，当飞行员松开驾驶盘，驾驶盘返回中立位。
串行总线（USB）人机接口设备（HID）具有即插即用和自动检测的功能，扩展性好，传输速率高。人机接口设备（HID）不需要用户开发驱动程序，插入Windows操作系统即可使用。
现有飞机飞行模拟器驾驶盘模拟装置多采用模拟计算机与电液伺服控制的方法或者全数字式仿真方法。这两种方法精度高，但是结构复杂，成本高，而且需要建立各种工作模式下的数学模型，力感尤其是摩擦力不易控制，需要专用接口或服务器才能完成通讯。使得飞机飞行模拟器驾驶盘模拟装置使用的灵活性和兼容性受到了很大的限制。
急需一种具有通用接口，结构简单的飞行模拟器操纵负荷模拟装置来弥补技术缺陷。
【发明内容】
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种飞机飞行模拟器驾驶盘模拟装置.该装置具有通用接口, 采用弹簧引导架和滑条直接连接升降舵角位移传感器和副翼角位移传感器，其结构简单,成本低廉。
本发明为解决上述问题所采用的方案是设计一种飞机飞行模拟器驾驶盘模拟装置。它包括驾驶盘面，支架，传动机构，角位移传感器和计算机接口。其特征在于，所述驾驶盘面（1）连接传动机构并通过传动机构与支架（4）连接成一体；所述支架呈框形，在支架一个面的外侧的对称中心处还固连一个支架臂（3）；所述传动机构主要由连杆（2），套装在连杆底端孔内的相对连杆可沿其轴线移动、并限制其转动的滑条（10），以及连接在连杆底端两侧的弹簧组成；所述传动机构中，连杆的顶端与驾驶盘面连接，连杆的中段贯穿安装在支架臂与支架之中做沿轴线往复运动和旋转运动，套装在连杆底端的滑条通过副翼角位移传感器（12）固定在支架内的底面，连杆底端两侧的弹簧连接在支架的两侧，且两侧弹簧中有一侧是通过升降舵角位移传感器（9）连接在支架上；所述计算机接口是通过航空插头（11）连接副翼角位移传感器、升降舵角位移传感器，信号经过主控芯片处理之后经过USB接口模块，传输到计算机。
本发明的有益效果是：本发明采用弹簧引导架（15）和滑条（10）直接连接升降舵角位移传感器（9）和副翼角位移传感器（12），直接测量驾驶盘位移值，避免间接测量的不必要的机械传递误差。通过弹簧和摩擦力的合力模拟飞机驾驶盘操纵力的力反馈，结构简单，对类似机型驾驶盘只需要更换不同弹性系数的弹簧和驾驶盘面即可模拟。本发明采用通用USB人机接口设备（HID）接口，无需在主机计算机上安装驱动程序即可直接使用，并可用于不同机型飞行模拟器。本发明具有结构简单，仿真度高，成本低，测量精度高，接口通用性好的优点。
【附图说明】
图1为本发明的电路示意图；
图2为本发明的整体外观图示意图；
图3为本发明的滑条安装示意图；
图4为本发明的升降舵角位移传感器安装示意图；
图5为本发明的弹簧引导架示意图。
图中：1－驾驶盘面、2－连杆、3－支架臂、4－支架、5－卡位销钉、6－尼龙套筒、7－左弹簧、8－滑条拖架、9－升降舵角位移传感器、10－滑条、11－航空插头、12－副翼角位移传感器、13－传感器上拖架、14－传感器下拖架、15－弹簧引导架、16－套环、17－右弹簧。
以下结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。
【具体实施方式】
本发明飞机飞行模拟器驾驶盘模拟装置由驾驶盘面，支架，传动机构，传感器和计算机接口等组成。所述驾驶盘面（1）连接传动机构并通过传动机构与支架（4）连接成一体。
所述支架呈框形，在支架一个面的外侧的对称中心处还固连一个支架臂（3）。所述支架臂的上端设有连杆孔，支架臂的后端固定在支架外侧，支架臂体的底部呈槽形。连杆从支架臂上端的连杆孔和支架臂下端的支架上的连杆孔中穿过。所述支架臂和支架上的连杆孔中还安装有尼龙套筒（6）。
所述传动机构由连杆（2），滑条（10），弹簧，及副翼角位移传感器（12）与升降舵角位移传感器（9）等组成。其中套装在连杆底端孔内的滑条（10）相对连杆可沿其轴线移动，但限制其相对连杆转动。所述传动机构中：
所述连杆的顶端与驾驶盘面连接，连杆的中段贯穿安装在支架臂与支架之中做沿轴线往复运动和旋转运动。所述连杆在副翼角位移传感器和升降舵角位移传感器为0位移位置时，位于支架臂内段的连杆在1/2处固定有一挡体；所述挡体约束连杆在支架臂前端和支架之间有相同的往复移动距离，所述挡体同时约束连杆相对支架臂槽形体的两侧上沿各有90°以内旋转角度。所述挡体可以是一个套环（16），用凸起的卡位销钉（5）固定在连杆上；其中：所述套环沿轴向的两侧用来做连杆的轴向位移限位，所述卡位销钉用来做连杆的旋转位移限位。套装在连杆底端的滑条通过副翼角位移传感器（12）固定在支架内的底面。它可以是，所述连杆底端固定有一个带翼板的“ 
”形滑条拖架（8）；所述“
”形滑条拖架的槽形底面位于连杆底端部，槽形底面上开有一个与滑条截面相对应的非圆形孔；所述“”形滑条拖架的两侧翼板连接传动机构的弹簧。所述滑条截面及“
”形滑条拖架的槽形底面上开有的孔，为相对应的矩形、半圆形孔。
所述与升降舵角位移传感器（9）端连接的弹簧，先钩挂在一个水平放置的叉形弹簧引导架（15）中，弹簧引导架的端部再水平铰接在固定于支架内壁的传感器上、下拖架（13、14）之中；且所述弹簧引导架的铰接孔与升降舵角位移传感器轴之间为约束相对转动的半圆轴或键连接。连接在连杆底端两侧的弹簧的另一端分别连接在支架的两侧。
附图1-5为本发明装置的一个实施例。
如图1所示：主控芯片内置有HID设备描述符，主控芯片接收升降舵角位移传感器（9）和副翼角位移传感器（12）的位移信号，通过USB接口模块与计算机通讯连接。
图2-图5所示：飞机飞行模拟器驾驶盘模拟装置由驾驶盘面（1）、连杆（2）、支架臂（3）、支架（4）、卡位销钉（5）、尼龙套筒（6）、左弹簧（7）、滑条拖架（8）、升降舵角位移传感器（9）、滑条（10）、航空插头（11）、副翼角位移传感器（12）、传感器上拖架（13）、传感器下拖架（14）、弹簧引导架（15）、套环（16）、右弹簧（17）等组成。
驾驶盘面（1）固定在连杆（2）上，支架臂（3）与支架（4）固连。
卡位销钉（5）通过套环（16）固定安装在连杆（2）上，卡位销钉（5）长度不能通过支架臂（3）上沿，安装时卡位销钉（5）垂直于支架（4），自然状态下使卡位销钉（5）处于支架臂中间位置。
尼龙套筒（6）固定安装在支架臂（3）和支架（4）上，使连杆（2）沿纵轴直线运动和绕轴旋转，并提供操纵摩擦力。
滑条拖架（8）固定安装在连杆（2）上。如图3所示，连杆（2）为圆管，滑条（10）与滑条拖架（8）上的方孔之间的间隙小于0.3mm，并且滑条拖架（8）在运动时顺畅，无明显卡阻。
升降舵角位移传感器（9）固定安装在传感器下拖架（14）上，传感器下拖架（14）安装在支架（4）上，传感器上拖架（13）安装在支架（4）上，弹簧引导架（15）通过升降舵角位移传感器（9）的旋转轴，并处在传感器上拖架（13）和传感器下拖架（14）之间。升降舵角位移传感器（9）的旋转轴为半圆型，与弹簧引导架（15）紧密配合，弹簧引导架（15）能带动升降舵角位移传感器（9）的旋转轴转动，无明显卡阻。如图4所示。
副翼角位移传感器（12）固定安装在支架（4）上，滑条（10）安装在副翼角位移传感器（12）旋转轴上，滑条（10）另一端通过滑条拖架（8）的方孔。
左弹簧（7）与滑条拖架（8）和弹簧引导架（15）连接，右弹簧（17）与滑条拖架（8）和支架（4）连接。升降舵角位移传感器（9）旋转轴穿过弹簧引导架（15）左侧半圆孔，右侧半圆孔连接左弹簧（7），左弹簧（7）与弹簧引导架（15）两侧间隙小于0.2mm，并且左弹簧（7）在拉伸运动时顺畅，无明显卡阻。如图5所示。
升降舵角位移传感器（9）和副翼角位移传感器（12）采用10K旋转式合成炭膜电位器，旋转角度0-300度。
通过航空插头（11）连接升降舵角位移传感器（9）、副翼角位移传感器（12）与USB人机接口设备（HID），信号经过主控芯片处理之后经过USB接口模块，传输到计算机。
工作时, 通过操纵驾驶盘面（1）纵向位移和绕纵轴旋转位移带动连杆（2）；连杆（2）绕纵轴旋转，通过滑条拖架（8）带动滑条（10）转动，滑条（10）带动副翼角位移传感器（12）转动，输出角位移信号；连杆（2）纵向位移，通过滑条拖架（8）带动左弹簧（7）和右弹簧（17）摆动，左弹簧（7）则带动弹簧引导架（15）旋转，弹簧引导架（15）带动升降舵角位移传感器（9）旋转轴转动，输出角位移信号。
工作时, 左弹簧（7）和右弹簧（17）作用在滑条拖架（8）上的纵向力和扭矩通过连杆（2）传输到驾驶盘面（1），尼龙套筒（6）的摩擦力通过连杆（2）传输到驾驶盘面（1），二力的合力形成模拟飞机驾驶盘操纵力的力反馈；松开驾驶盘面（1），驾驶盘面（1）返回中立位。
工作时, 卡位销钉（5）不能通过支架臂（3）上沿，限定驾驶盘面（1）绕纵轴旋转最大角位移左右各90度；套环（16）限定驾驶盘面（1）沿纵轴前后最大位移为二分之一支架臂（3）长度, 行程与真实飞机驾驶盘相同。
Claims (4)
1.一种飞机飞行模拟器驾驶盘模拟装置，包括驾驶盘面，支架，传动机构，角位移传感器和计算机接口，其特征在于，所述驾驶盘面（1）连接传动机构并通过传动机构与支架（4）连接成一体；所述支架呈框形，在支架一个面的外侧的对称中心处还固连一个支架臂（3）；所述传动机构主要由连杆（2），套装在连杆底端孔内的相对连杆可沿其轴线移动、并限制其转动的滑条（10），以及连接在连杆底端两侧的弹簧组成；所述传动机构中，连杆的顶端与驾驶盘面连接，连杆的中段贯穿安装在支架臂与支架之中做沿轴线往复运动和旋转运动，套装在连杆底端的滑条通过角位移传感器之副翼角位移传感器（12）固定在支架内的底面，连杆底端两侧的弹簧连接在支架的两侧，且两侧弹簧中有一侧是通过角位移传感器之升降舵角位移传感器（9）连接在支架上；所述计算机接口是通过航空插头（11）连接副翼角位移传感器、升降舵角位移传感器，信号经过主控芯片处理之后经过USB接口模块，传输到计算机；
所述支架臂的上端设有连杆孔，支架臂的后端固定在支架外侧，支架臂体的底部呈槽形；连杆从支架臂上端的连杆孔和支架臂下端的支架上的连杆孔中穿过；
所述连杆在副翼角位移传感器和升降舵角位移传感器为0位移位置时，位于支架臂内段的连杆在1/2处固定有一挡体；所述挡体约束连杆在支架臂前端和支架之间有相同的往复移动距离，所述挡体同时约束连杆相对支架臂槽形体的两侧上沿各有90°以内旋转角度；
所述连杆底端固定有一个带翼板的形滑条拖架（8）；所述
形滑条拖架的槽形底面位于连杆底端部，槽形底面上开有一个与滑条截面相对应的非圆形孔；所述
形滑条拖架的两侧翼板连接传动机构的弹簧；
所述与升降舵角位移传感器（9）端连接的弹簧，先钩挂在一个水平放置的叉形弹簧引导架（15）中，弹簧引导架的端部再水平铰接在固定于支架内壁的传感器上、下拖架（13、14）之中；且所述弹簧引导架的铰接孔与升降舵角位移传感器轴之间为约束相对转动的半圆轴或键连接。
2.根据权利要求1所述的飞机飞行模拟器驾驶盘模拟装置，其特征在于所述支架臂和支架上的连杆孔中安装有尼龙套筒（6）。
3.根据权利要求1或2所述的飞机飞行模拟器驾驶盘模拟装置，其特征在于所述挡体是一个套环（16），用凸起的卡位销钉（5）固定在连杆上；其中：所述套环沿轴向的两侧用来做连杆的轴向位移限位，所述卡位销钉用来做连杆的旋转位移限位。
4.根据权利要求1或2所述的飞机飞行模拟器驾驶盘模拟装置，其特征在于所述滑条截面及
形滑条拖架的槽形底面上开有的孔，为相对应的矩形、半圆形孔。
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