CN103136979A - 一种飞机综合程序训练装置以及油门杆装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种飞机综合程序训练装置，包括以下部分：教员台装置，用于输入所述综合训练的教学计划；人机界面装置，用于根据飞机的工作逻辑来模拟所述飞机驾驶舱内面板和设备，其中所述人机界面装置具有油门杆装置；仿真装置，用于模拟所述飞机飞行的外部环境以及所述飞机的内部系统；视景装置，用于根据所述飞机的动态数据实时地渲染座舱外的场景；动态原理图装置，用于动态显示所述飞机的各个系统的原理图和框图。飞行员在训练中通过飞机综合程序训练装置的视景装置能真实的感觉到飞机姿态、跑道情况、外界气象条件等，加强了飞行员的直观感受。

Description

一种飞机综合程序训练装置以及油门杆装置

技术领域

本发明涉及航天领域，具体地，涉及一种飞机综合程序训练装置以及用于飞机综合程序训练装置的油门杆装置。

背景技术

飞行训练器(Flight Training Device，FTD)，从广义上来说，就是用来模拟飞行器飞行的且用于飞行训练的机器。如模拟飞机、航天飞机、宇宙飞船等飞行的装置，用来训练飞行员、航天员、宇航员。从狭义上来说，这是一种结构比较简单、功能较少的小型飞行模拟装置，是飞行模拟器中比较低档的一类，可用来进行某些系统的专门训练和一般的飞行训练。例如，仅能够模拟仪表飞行的模拟装置，称为仪表飞行训练器；能够模拟轰炸机领航轰炸的模拟装置，称为领航轰炸训练器。

飞机综合程序训练器(Integrated Procedure Trainer，IPT)，是用于飞行员进行飞行程序训练的飞行训练设备。通过对飞机驾驶舱的必要设备进行充分的仿真(例如包括遮光罩、主仪表板、中央操纵台等)，安装正确的飞机驾驶舱空间布局和比例，将驾驶舱各个面板分配到多个例如触摸屏或者其他形式的模拟装置上。在飞行训练中，IPT是必不可少的飞行训练设备，其仿真度较高，并且相对于FTD和全动模拟机(FFS)，其研发制造成本较低，并且硬件、配件的要求低，所占空间小、维护简单。同时，飞行员通过IPT训练后，能够熟悉飞机驾驶舱的布局和各个系统面板的功能，熟练掌握飞机的正常操作程序，培养飞行员处理非正常情况的意识，从而减少在FFS上这方面的训练时间，极大的减少了飞行员的训练成本。

发明内容

根据本发明的第一方面，提出了一种飞机综合程序训练装置，包括以下部分：教员台装置，用于输入所述综合训练的教学计划；人机界面装置，用于根据飞机的工作逻辑来模拟所述飞机驾驶舱内面板和设备，其中所述人机界面装置具有油门杆装置；仿真装置，用于模拟所述飞机飞行的外部环境以及所述飞机的内部系统；视景装置，用于根据所述飞机的动态数据实时地渲染座舱外的场景；动态原理图装置，用于动态显示所述飞机的各个系统的原理图和框图。

其中，所述飞机综合程序训练装置具有视景装置，其优点在于，飞行员在训练中通过视景装置能真实的感觉到飞机姿态、跑道情况、外界气象条件等，加强了飞行员的直观感受。另外，所述飞机综合程序训练装置不仅可以用于飞行机组的训练，且可用于机务培训。机务人员可以使用所述飞机综合程序训练装置进行飞机各系统的排除故障训练，从而节约机务学员的训练时间和成本，提高训练效率。

根据本发明的第二方面，提出了一种用于飞机综合程序训练装置的油门杆装置，包括：油门手柄，用于输入油门操作命令；信号发生装置，用于将所述输入的油门操作命令转换为模拟电信号；模拟/数字转换装置，用于将所述模拟信号转换为数字信号；信号处理装置，用于处理所述数字信号；信号输出装置，用于将所述信号处理装置处理后的信号输出。油门杆在飞机的起飞和着陆过程中频繁使用，在飞机综合程序训练装置的应用中，业界普遍做法是通过软件模拟进行操作，训练效果不是很理想。为此，用于飞机综合程序训练装置的油门杆装置的优点在于，提高了飞机综合程序训练装置的操作性，增强了飞行训练的效果。

附图说明

根据以下结合附图对本发明非限制实施例的详细描述，本发明的以上和其他目的、特征和优点将变得更加清楚，其中：

图1示出了根据本发明实施例的用于ARJ21-700型飞机的综合程序训练装置框图；

图2示出了根据本发明实施例的用于ARJ21-700型飞机综合程序训练装置的油门杆装置框图；

附图中相同或者相似的附图标识代表相同或者相似的部件。

具体实施方式

尽管下面的文本阐述了本发明的各种不同实施方式的详细描述，但是应当理解到，本发明的法律范围由本专利所附的权利要求的文字来界定。详细描述应当被解释为仅是示范性的，并非描述本发明的每种可能的实施方式，因为描述每种可能的实施方式，即使有可能，也是不切实际的。利用当前技术或在本专利申请日之后研发的技术，能够实现各种可替换的实施方式，这仍将落入界定本发明的权利要求的范围内。

图1示出了根据本发明实施例的用于ARJ21-700型飞机的综合程序训练装置10的框图。如图所示，该综合程序训练装置10包括：教员台装置101，用于输入ARJ21-700型飞机的综合训练的教学计划；人机界面装置102，用于根据ARJ21-700型飞机的工作逻辑来模拟该飞机驾驶舱内面板和设备，其中该人机界面装置102具有油门杆装置；仿真装置103，用于模拟ARJ21-700型飞机的飞机飞行的外部环境以及该飞机的内部系统；视景装置，用于根据ARJ21-700型飞机的动态数据实时地渲染座舱外的场景；动态原理图装置，用于动态显示该ARJ21-700型飞机的各个系统的原理图和框图。

具体地，教员台装置101实现了对该综合程序训练装置10进行各种设置的人机接口，教员可以用它设置教学过程中所需要的飞行状态或飞行阶段，包括设置状态和参数、故障设置、显示状态和参数、图形显示、飞行状态和参数的冻结等功能。具体来说，比如冻结功能可以分为五类：位置冻结，本功能可以冻结飞机的水平位置(经度/纬度)，而飞机的高度、速度、航向等其他功能并不受影响；高度冻结，本功能将冻结飞机的高度，而飞机的位置、速度、航向等其他功能并不受影响；燃油冻结，本功能将冻结飞机的燃油，即油量不再消耗，飞机和燃油总重量不再减少，而其他功能并不受影响；飞行冻结，本功能将冻结飞机的飞行，即冻结飞机的位置(经度/纬度)、高度、速度、航向将被冻结，但飞机燃油仍在消耗，而其他功能并不受影响；以及总冻结，本功能能够在任何情况下将飞机操控冻结，而此时不能进行任何的操作，除非冻结解除。

通过教员台装置101所进行的飞机状态设置比如包括如下飞机状态参数的设置，例如各邮箱中的燃油数量、燃油总重量、零燃油重量、飞机总重量、重心等等。外部环境设置例如包括风速、世界协调时(UTC)，温度、海平面气压(QNH)、场压(QFE)。还可以包括故障设置，诸如包括故障列表，通过选择列表中的故障进行设置，还包括触发状态的选择，可以设置故障触发的条件，即立即触发、在设定的空速触发、在设定的压力高度触发、在设定的飞行阶段触发等等。当然，还有很多教学计划中所包括的设定，不一一赘述。

根据本实施例的人机界面装置102根据ARJ21-700飞机真实驾驶舱内各面板和设备的工作逻辑，实现驾驶舱效应的输入控制和输出显示。具体地，人机界面装置102的各个部件对ARJ21-700飞机的驾驶舱部分进行了充分的仿真，其与真实的ARJ21-700飞机的驾驶舱部分一致，具有正确的驾驶舱效应。该人机界面装置102主要包括头顶板、遮光罩、主仪表板和中央操作台。其中油门杆的功能由仿真件实现，这些仿真件备份有触摸式的二维图形形式，以备仿真件失效。在根据本实施例的人机界面装置102中涉及到通信系统、气象雷达、氧气系统、以及飞行数据记录仪、驾驶舱照明驾驶舱呼叫等都不进行功能仿真，而只是用图片显示器位置和形状，而驾驶盘和脚蹬则用二维图形实现其基本的操纵检查功能。

根据本实施例的仿真装置103根据ARJ21-700飞机系统手册和工程数据包，实现了大气模型、空气动力学模型、空调系统、自动飞行系统、电源系统、防火系统、飞行控制系统、燃油系统、液压系统、防冰系统、指示记录系统、起落架系统、照明系统、导航系统、气源系统、中央维护系统、APU系统、舱门系统、发动机系统的仿真。

根据本实施例的视景装置104根据飞机的动态数据实时快速的渲染座舱外的场景，真实地再现机场情况和周围的环境，同时模拟不同训练条件下的飞行气象环境。其中，其渲染的场景包括飞机姿态、跑道情况以及外界气象情况。视景装置104通过接收部分接收飞机视点位置和姿态信息，实时生成视景图像，通过显示部分为飞行提供逼真的舱外模拟景象，以判断飞机的姿态、位置、气象条件、地面及空中目标等情况，并可判断飞行的真实高度和空速。在本实施例中，主要包括北京和昆明两个机场的视景。

根据本实施例的动态原理图装置105实现了ARJ21-700飞机各个系统原理图和框图的动态显示，展示系统工作特性，为学员提供一种直观生动的了解飞机系统实际工作的方式，以加深对飞机运行和操纵的理解。

图2示出了根据本发明实施例的用于ARJ21-700型飞机综合程序训练装置的油门杆装置20的框图。如图所示，该油门杆装置20包括油门手柄201、信号发生装置202、模拟/数字转换装置203、信号处理装置204以及信号输出装置205。其中，油门手柄201用于由训练学员输入油门操作命令；信号发生装置202用于将所述输入的油门操作命令转换为模拟电信号；模拟/数字转换装置203用于将所述模拟信号转换为数字信号；信号处理装置204用于处理所述数字信号；信号输出装置205用于将所述信号处理装置处理后的信号输出。

具体地，该油门杆装置20属于机械电子一体化装置，其首先包括机械部分，即油门手柄201，其具有一系列的机械传动结构和弹性负荷，用于模拟飞机油门手柄的功能，即通过油门操作命令产生机械信号。其中，在本实施例中，油门手柄201的外部轮廓尺寸、基本动作过程和力矩参数等均根据ARJ21-700飞机油门杆的数据资料确定。依据实际要求，在机械结构中，采用导槽结构来限制手柄的运动轨迹，采用齿轮盘结构来实现手柄与信号发生装置202的联动，采用阻尼盒结构来提供手柄运动过程中必要的阻尼力矩要求，采用弹簧结构来实现反推解锁手柄的提起和滑落，以实现最大反推位-最小反推位的自动回弹。

其次，油门杆装置20也具有电气部分，即信号发生装置202、模拟/数字转换装置203、信号处理装置204以及信号输出装置205，用于实现油门杆装置20的数据采集及处理。

具体地，根据油门杆装置20的数据采集需要，采用高精度的旋转电位器作为信号发生装置202，同时采用可靠的防脱落接头作为电气接口。油门手柄201的轴与作为信号发生装置202的旋转电位器的轴之间通过齿轮盘结构进行无间隙连接，通过设置齿轮盘的减速比使电位器的旋转角度保持在270°左右，这样就可以保证旋转电位器的输出范围最大，从而提高采集数据量。

在操作过程中，由油门手柄所产生的机械信号通过旋转电位器转换为模拟信号，需要转换为数字信号才能够进行处理。通过旋转电位器所转换出的模拟信号通过电气接口进入模拟/数字转换装置203，并在此转换为数字信号。随后，该数字信号进入信号处理装置，其将模数转换完毕的信号进行处理，即比较、整合。

最后，处理后的数字信号进入信号输出装置205。在此，规范了数据的输出格式，同时操作CAN总线进行数据交互。

油门杆20的数据是通过信号输出装置205经由CAN总线输出到相关的上位处理装置进行处理的。由于使用的模拟/数字转换装置203，即A/D转换芯片速率高，程序处理环节短，使得油门杆的信号从产生到传输给相关上位处理装置只需要0.6ms左右的周期，极大的减少了相关上位处理获取信号的延迟时间，保证了设备的可靠运行。

尽管在附图和前述的描述中详细阐明和描述了本发明，应认为该阐明和描述是说明性的和示例性的，而不是限制性的；本发明不限于所上述实施方式。

那些本技术领域的一般技术人员可以通过研究说明书、公开的内容及附图和所附的权利要求书，理解和实施对披露的实施方式的其他改变。在权利要求中，措词“包括”不排除其他的元素和步骤，并且措辞“一”、“一个”不排除复数。在发明的实际应用中，一个零件可能执行权利要求中所引用的多个技术特征的功能。权利要求中的任何附图标记不应理解为对范围的限制。

Claims (10)

1.一种飞机综合程序训练装置，包括以下部分：

-教员台装置，用于输入所述综合训练的教学计划；

-人机界面装置，用于根据飞机的工作逻辑来模拟所述飞机驾驶舱内面板和设备，其中所述人机界面装置具有油门杆装置；

-仿真装置，用于模拟所述飞机飞行的外部环境以及所述飞机的内部系统；

-视景装置，用于根据所述飞机的动态数据实时地渲染座舱外的场景；

-动态原理图装置，用于动态显示所述飞机的各个系统的原理图和框图。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述输入所述综合训练的教学计划包括设置所述飞机的状态和参数、设置故障、显示状态和参数、显示图形、冻结飞行状态和参数。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述视景装置所渲染的所述座舱外的场景包括所述飞机姿态、跑道情况以及外界气象情况。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述仿真装置所模拟的所述外部环境包括大气模型和空气动力学模型。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述视景装置接收所述飞机的视点位置和姿态信息，实时地生成视景图像。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述飞机为ARJ21-700型飞机。

7.一种用于飞机综合程序训练装置的油门杆装置，包括：

-油门手柄，用于输入油门操作命令；

-信号发生装置，用于将所述输入的油门操作命令转换为模拟电信号；

-模拟/数字转换装置，用于将所述模拟信号转换为数字信号；

-信号处理装置，用于处理所述数字信号；

-信号输出装置，用于将所述信号处理装置处理后的信号输出。

8.根据权利要求6所述的油门杆装置，其特征在于，所述信号发生装置为旋转电位器。

9.根据权利要求6所述的油门杆装置，其特征在于，采用齿轮盘结构实现所述手柄与所述信号发生器的联动。

10.根据权利要求6所述的油门杆装置，其特征在于，所述飞机为ARJ21-700型飞机。

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