CN104160435A - 基于离心机的飞行模拟器 - Google Patents

Abstract

一些实现方式包括一种以若干不同模式的至少之一操作基于离心机的飞行模拟器的方法：加强G力模式；正常G力模式；和所述加强G力模式和正常G力模式之间的过渡模式(即，斜升或斜降模式)。在所述正常G力模式期间，所述模拟器完全停止行星运动，或者充分降低旋转，以复制在所述模拟器运行期间，在所述受训人身上物理地施加的不大于约一(1)G的G力的多个飞行状态。减小行星运动，同时保持适合所经历的虚拟飞行状态的实际运动和力感知，允许所述受训人有实际飞行模拟经历，并且降低恒定行星运动的负面影响。

Description

基于离心机的飞行模拟器

技术领域

背景技术

飞行模拟器被军队和民航领域用作对实际飞行时间的低成本替换方式，允许飞行员获得宝贵的飞行经验。

虽然在飞行模拟中使用许多装置，但是所有这些装置都能够被分为无运动和运动训练机。

在运动训练机的范畴内，最普遍已知的装置被称为斯图尔特平台(Stewart Platform)、六自由度(DoF)平台(“DoF”，在本领域中发音为“doff”，意思是“自由度”)、或六足(hexapod)平台。六个自由度是俯仰、滚转、偏航、垂荡、横移和纵移。这种平台是一种运动提示装置，因为这种平台给予飞行员最初的爬升或俯冲效果，但是由于限制，不能复制完整的飞行包线。

另一种运动训练机是连续G装置(CGD)，该装置通常具有俯仰、滚转和偏航自由度以及行星运动，因此称为连续G装置。CGD本质上是基于离心机的模拟器。

近年来，六自由度平台已经变为标准，并且是下列民航管理机构的所谓D水平飞行模拟器标准必需的，诸如美国联邦航空管理局(FAA)和欧洲航空安全局(EASA)。这种基于平台的固定训练机以高分辨率、宽视野视觉显示的飞行场景，向受训人提供处于飞机驾驶舱内的经验。这些模拟器也试图通过使用位于模拟器平台之下的活塞驱动运动系统，复制运动提示。活塞将模拟器的平台定位为不同角度，该不同角度通常被限制在运动范围内。例如，这些模拟器不能使它们自身的角度超过+/-45度俯仰，或者+/-45度滚转。它们也不具有产生正或负G力，以使受训人颠倒，或者在受训人身上施加生理应力的能力。

因此，这种基于六自由度平台的固定模拟器的主要缺点在于，它们不能复制完全360度的飞行运动范围，也不能在飞行员身上施加重(G)力。

不幸的是，民航中失去对飞机的控制导致的大多数事故——有时称为飞机“失控”，都涉及处于正常飞行包线之外的飞机状态，诸如超过25度升起的俯仰姿态；超过10度俯冲的俯仰姿态；超过45度的倾斜角；以及在机组成员身上施加的更大G力。正是与更大重力结合的这些飞机运动，其通常在真实世界的飞行状态期间，导致飞行员前庭定向力障碍和有触觉应力。

因而，即使飞行员学习了从失控情况，诸如从飞机的失控状态恢复的正确程序，仅在基于六自由度平台的固定模拟器上训练的飞行员也可能不能在现实世界中的飞机上正确地执行控制，因为他或她未准备在遇到飞行员在实际飞行中通常经历的生理应力、外部力和定向力障碍影响时正确地响应；在正常飞行包线外的飞行状态下尤其如此。

另一方面，基于离心机的模拟器通常能够向受训人提供基于六自由度平台的固定模拟器的所有益处，并且也能够通过使用行星运动，复制与实际提升G力结合的全多轴运动(对于俯仰、滚转或偏航)。因而，基于离心机的模拟器能够解决基于平台的固定模拟器不能复制的不足，诸如在飞行员身上布置提升G力，以及生理应力，同时允许飞行员也经历结合实际飞行的不受约束的多轴运动。这允许飞行员受训练，以应对日常飞行期间，以及正常飞行包线外的飞行状态下的生理应力。

发明内容

虽然基于离心机的模拟器优于活塞驱动的固定模拟器，因为它们允许复制现实G力和全运动自由度，但是传统的离心机模拟器保持行星运动的恒定常态，在模拟器的整个运行期间持续旋转。

基于离心机的模拟器中的行星运动的恒定常态能够在受训人体内产生飞行员在实际飞行中将不经历的生理挑战和人为现象。这些挑战能够包括运动不适、疲劳、定向力障碍、视觉干扰和其它负面的运动错觉。换句话说，传统离心机模拟器的恒定行星运动能够导致对受训人产生负面生理影响，该负面生理影响超过了实际飞行导致的预期的实际影响。

本文所述的各种实施例解决了传统的基于离心机的模拟器中的恒定行星运动导致的挑战。

在一个示例中，用于控制模拟器的控制器以若干不同模式中的至少一种运行：加强G力模式；正常G力模式；和加强G力模式与正常G力模式之间的过渡模式(即斜升和斜降模式)。

当以加强G力模式运行时，控制器指令模拟器通过使模拟器以多个旋转速度旋转，复制多个第一飞行状态，在模拟器的运行期间，该多个旋转速度在受训人身上物理地施加大于约一(1)G的G力。

当以正常G力模式运行时，控制器指令模拟器通过完全停止模拟器的旋转，或者使模拟器以第二、较小旋转速度旋转，复制第二飞行状态，在模拟器的运行期间，该第二、较小旋转速度在受训人身上物理地施加不大于约一(1)G的G力。

并且当以过渡运行模式(即，斜升或斜降模式)运行时，飞行模拟器在加强G力运行模式和正常G力运行模式之间过渡，反之亦然。

例如，假设模拟器中的受训人操作的虚拟飞机的飞行状态从起飞(即，加强G力飞行状态)过渡至水平飞行(即，约1G)。控制器就可指令模拟器解除激活行星运动，并且可允许模拟器将其旋转速度朝着零速度减速。模拟器可达到下列固定姿态，其中模拟器不旋转，或者以如此慢的速度旋转，以致仅在受训人身上施加正常G力(即，约一(1)G的力)。

在另一示例中，假设模拟器中的受训人操作的虚拟飞机的飞行状态从水平飞行(即，约1G的力)过渡至着陆(即，加强G力飞行状态)。控制器就可指令模拟器开始行星运动，并且允许模拟器将其旋转速度从非常低的或者零速度加速为一定的行星速度，该行星速度将允许在受训人身上快速施加加强G力。

在又一示例中，当处于过渡模式时，使飞行模拟器的旋转加速或减速都以通常低于人类察觉的可感知阈值的速度发生。所以，在模拟器中操作虚拟飞机的受训人不必觉察模拟器的行星运动速度的变化，——并且不必觉察是否存在行星运动，——因此不体验加强G力。

在又另一示例中，控制器也在虚拟飞机的驾驶舱中产生虚拟场景，该虚拟场景代表模拟器复制的实际预定飞机。控制器监控虚拟飞机相对于预定虚拟边界的位置，并且至少部分地基于虚拟飞机相对于虚拟边界的位置，触发模拟器在加强和正常G力模式之间过渡。

因而，本文所述的是用于操作基于离心机的飞行模拟器的方法和系统，以便最小化恒定行星运动对受训人的负面生理影响，同时保持对该受训人遇到的实际飞行状态、运动和力的实际模拟。

提供本发明内容是为了以简化形式提供对下文进一步描述的概念的选择。本发明内容不必有意确定所要求的主题的关键特征或本质特征，也不必有意被用于帮助确定所要求的主题的范围。

附图说明

参考附图描述详细说明。在附图中，标识符的最左侧的一个或多个数字确定其中该标识符首次出现的图。在不同的图中，相同标识符指示类似或相同物品。

图1A和1B示出示例基于离心机的模拟器。

图1C示出虚拟飞机的驾驶舱中的飞行员。

图2是例示用于控制基于离心机的模拟器的计算机系统的方框图。

图3示出示例可配置虚拟边界区域。

图4示出用于控制根据各种实施例的基于离心机的模拟器的例示过程。

具体实施方式

图1A和1B示出示例基于离心机的模拟器100，在例示示例中，模拟器100包括驾驶舱单元102、运动单元104和臂108。参考图1A和1B，驾驶舱单元102是被连接至离心机臂108的隔间。驾驶舱单元102被配置成，绕模拟器100的中心部分106旋转，提供行星运动，并且在驾驶舱单元102内部的飞行员/受训人身上施加加强重力(G)。在受训人身上施加的实际G力取决于臂108的长度、驾驶舱单元102离中心部分106的距离以及驾驶舱单元102绕中心部分106旋转的速度(即，行星速度)。驾驶舱单元102也被配置成绕独立轴线110旋转，以复制在偏航、俯仰和滚转轴线中的±360度运动。

图1C示出驾驶舱单元102内部的飞行员的示例视图。如图1C中例示的，驾驶舱单元102的内部可包括复制预定飞机的实际驾驶舱的座椅和飞行控制/仪器布局的物理布局112。另外，当坐在驾驶舱单元102内部时，交互式显示器114可填充驾驶舱的模拟窗，显示代表飞行的所有方面的虚拟或叠加视频，包括基于实时的起飞、降落和飞行中飞行视觉形象。因而，能够将模拟飞机飞行环境的所有方面都在驾驶舱单元102中复制为“虚拟飞机”，包括G力，以及偏航、俯仰和滚转轴线中的±360度运动。

通常，当进入驾驶舱单元102内部时，受训人不具有对外部的视觉提示，并且必须完全依靠在驾驶舱单元102中显示的视觉提示和仪器。因而，受训人能够驾驶虚拟飞机，并且物理体验基本匹配模拟器102模拟的实际预定飞机的飞行中状况。

在例示示例中，图1A中的模拟器为GL4000^TM，并且图1B中的模拟器为ATFS-400^TM，两者都来自美国的Environment TectonicsCorporation。虽然在本文中为了例示示出示例GL4000^TM和ATFS-400^TM，但是本文所述的任何系统、方法和原理都不限于任何具体的基于离心机的模拟器，并且通常可应用于其它模拟器品牌和型号。

示例计算机系统(控制器)

图2是例示用于控制基于离心机的模拟器202(诸如图1中所示的模拟器100)的计算机系统200的方框图。计算机系统200可为模拟器202的组件。

计算机系统200可代表任何适当的一个或多个计算装置，该计算装置具有一个或多个处理器204，并且具有访问计算机可读介质206的能力。一个或多个处理器204与计算机可读介质206相互作用，以执行下列指令，即控制模拟器202的物理运动，以及促进符合复制具体实际飞机的模拟器202的物理运动的虚拟飞行环境。

一个或多个处理器204可分布在超过一个计算机系统中，并且可分布在网络(未示出)上。计算机系统200的示例可包括，但不限于服务器、个人计算机、专用计算机、分布计算机系统，或其它具有对一个或多个处理器和计算机可读介质的接入的计算装置。此外，虽然未示出，但是本领域技术人员应明白，可在计算机系统200中包括任何数目的系统总线、通信和外围接口、输入/输出装置和其它装置。

计算机可读介质206可包括任何适当的计算机存储介质，包括易失性和非易失性存储器，以及其任何组合。例如，计算机存储介质包括以用于存储信息的任何方法或技术实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质，该信息诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据。计算机存储介质还可包括，但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其它存储器装置、CD-ROM、数字多用途光盘(DVD)或其它光学存储器、磁带盒、磁带、磁盘存储器或其它磁性存储装置，或其它任何能够用于存储信息，以由计算装置访问的非暂时性或非传输介质。

在其它示例中，计算机可读介质206可包括下列通信介质，该通信介质可通过调制数据信号，诸如载波或其它传输机制，具体实施为计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据。如本文定义的，计算机存储介质不包括通信介质。

此外，计算机可读介质206可能处于计算机系统200本地和/或处于其远处。例如，可从计算机系统200本地和/或处于其远程的计算机存储介质，诸如从被连接至网络的存储介质访问被存储在计算机可读介质206中的一部分或更多部分的所有数据或代码。

在计算机可读介质206中可存在一个或多个操作系统(未示出)，以及计算机可执行指令和/或逻辑指令形式的任何数目的其它程序应用或模块，在一个或多个处理器204上执行这些指令和/或逻辑指令，以使得能够处理数据，或能够实现其它功能性。

示例行星速度控制模块

计算机系统200配置有被保持在计算机可读介质206中的行星速度控制模块208。在一个示例中，行星速度控制模块208可被实施为在一个或多个处理器204上执行的，计算机可读指令形式的代码。为了例示的目的，在本文中将程序和其它可执行程序模块例示为离散的方框，但是应明白，这些程序和组件可在任何时间处于不同的存储组件中。此外，该代码可被实施为一个或多个应用程序或模块，或者可在单一应用程序内集成为组件。被存储在计算机可读介质206中的这种代码可分布在云计算环境中的一个或多个服务器中、本地装置上，或者两者的组合上。下文讨论不将计算机可读介质206中存储的代码实施限制于任何具体装置或环境。

行星速度控制模块208可包括计算机可读介质206中所含的组件。在一个示例中，行星速度控制模块208包括：加强G力模块210；正常G力模块212；和过渡模块214。

示例加强G力模块210促进下列模拟器202的运行模式，其中行星速度超过用于在驾驶舱单元102(诸如图1中所示)中的受训人身上施加加强G力的最小阈值，同时在模拟器202中操作虚拟飞机。特别地，加强G力模块210指令模拟器202使其驾驶舱单元绕其中心，以下列旋转速度旋转，在模拟器200运行期间，该旋转速度在驾驶舱单元102中的受训人身上物理地施加约大于一(1)G力的G力。

通常以几个重力或几个“G”测量负载系数。例如，如果飞机正在产生其重量两倍大的升力，就将体验为2的负载系数，或者以2G拉动。

当处于加强G力运行模式时，加强G力模块210也可导致模拟器200复制下列多种飞行状态，其中飞行员可体验更大的负载系数。这些飞行状态可包括起飞、降落、倾斜、遭遇极端天气、遭遇尾流乱流、经历飞行故障，或飞行员可能导致的一些其它状态，如果在现实世界中发生这些状态，就将导致在驾驶实际飞机的飞行员身上施加超过一G的力。

当处于加强G力运行模式时，除了驾驶舱单元102的行星运动之外，模拟器200还可在偏航、俯仰和滚转轴线中以±360度的运动继续运动。

当处于正常G力运行模式时，示例正常G力模块212指令模拟器200复制多个状态，同时完全停止模拟器的旋转，或者使模拟器以下列旋转速度旋转，该旋转速度在模拟器运行期间，在受训人身上物理地施加约为1G力的G力。

例如，在其中为直线水平飞行的飞行状态期间，负载系数约为1G。其它近似1G力的飞行状态可包括大半径转弯，以及各种不转弯上升或下降，等等。当处于正常运行模式时，正常G力模块212指令模拟器202不以行星方式移动其驾驶舱单元(即，保持处于固定位置，无圆形运动)。当处于正常运行模式时，正常G力模块212也可指令模拟器以足够慢的旋转速度旋转其驾驶舱单元，以便在受训人身上施加约1G的力。

在一个示例中，可在位置和高度两方面限定可配置虚拟边界区域，或者可作为虚拟飞机的速度或运动的结果，动态产生该可配置虚拟边界区域。取决于试图复制的飞行环境和状态，可自动或手动地引导处于加强和正常G力之间的其它适当的过渡。

当处于正常G力运行模式时，模拟器200可在偏航、俯仰和滚转轴线中以±360度的运动继续运动。

当处于过渡运行模式时，示例过渡模块214指令模拟器200斜降或斜升其旋转速度。特别地，过渡模块214指令飞行模拟器在加强G力运行模式和正常G力运行模式之间过渡，反之亦然。

例如，假设模拟器中的受训人操作的虚拟飞机的飞行状态从起飞(即，加强G力飞行状态)变为水平飞行(即，约为1G力)。过渡模块214就指令模拟器202解除激活行星运动，因而导致旋转的驾驶舱单元将其旋转速度朝着零减速，并且达到正常G力运行模式。

在另一示例中，假设模拟器中的受训人操作的虚拟飞机的飞行状态从水平飞行(即，约为1G力)变为降落(即，加强G力飞行状态)。过渡模块214就可指令模拟器202开始行星运动，并且允许模拟器将其旋转速度从零(或一定的其它慢旋转速度)加速为一定速度，该速度允许在受训人身上快速施加G力。

在又一示例中，飞行模拟器的旋转加速或减速都以通常低于人类察觉的可感知阈值的速度发生。例如，当触发过渡运行模式时，过渡模块214就指令模拟器在离心运行期间，以亚阈值(最大1-2°/sec²)速度，以行星方式旋转其驾驶舱单元，该速度使受训人减速为零行星速度(参见Groen,J.J.,Jongkees,L.B.W."The threshold of angularacceleration perception,"J.Physiol107,1-71948)(通过引用并入本文)。由于该减速低于人类察觉的阈值(即，“亚阈值”)，所以受训人/飞行员通常察觉不到他或她不再旋转。

由于受训人不需要G力，所以他或她保持实际上陷入模拟中(同时处于正常G力模式运行)，不积累不必要的行星运动效果。

然后，当在剖面(profile)期间期望G力时，能够完成相反动作。这种灵活性使得能够无限次地在加强G力和正常G力运行模式之间过渡。另外，引入或停止行星旋转的速度完全可配置。本领域技术人员应明白，在获得本公开的利益之后，在多种运行模式之间实现不可觉察过渡的加速、减速和过渡速度将在每个模拟器，以及其它因素，诸如飞行状态中变化。

所以，在模拟器内操作虚拟飞机的受训人不必在加强和正常G力操作模式之间过渡时，感觉是否存在模拟器的行星运动。也就是说，通过以渐变方式在加强G力和正常G力之间过渡，受训人能够更舒适地顺应和适应不间断的行星运动环境，并且延长他们在基于离心机的模拟器中的时间，而不产生运动疾病。当协调了行星运动时(部分或无运动模式)，就消除了半规管和视觉系统之间的感觉冲突，并且运动疾病的快速和斜慢产生组件都将开始快速衰减。在该时间段期间，受训人也能够进行正常的操作和头部运动，无科里奥利交联刺激。当无行星运动的分段事件已经终止时，能够通过协调(即，操作模式之间的过渡)过程，使受训人不知不觉地进入完全运动。这种完全运动中的过渡速度也在亚阈值下实现，以便保持期望的沉浸操作效果。也就是说，飞行模拟器旋转的加速或减速通常都以下列速度发生，如本文所述的，该速度通常低于人类察觉的可感知阈值。

例如，可在不同飞行阶段执行对操作的加强G力、正常G力和过渡(即，部分)模式的协调。例如，假设战斗机飞行员正在进行下列模拟器对话，其中为了完成任务，需要低和高G。任务的初始部分不需要加强G力，所以飞行员能够以部分或无运动模式(即，起飞至目标区域)操作。任务的第二阶段包括高G力，以便行星速度控制模块208通过协调或者在上述不同操作模式之间过渡，激活行星运动。该特殊任务的第三阶段包括空中加油以及之后在所升空的飞机场着陆。由于那些事件不需要加强G，所以视需要，飞行员离开完全行星模式，并且进入部分或无运动模式。

在另一示例中，可通过监控(即，跟踪)虚拟飞机相对于虚拟边界的位置，触发在加强G力运行模式和正常G力运行模式之间的过渡，反之亦然。具体地，位置监控模块214监控虚拟飞机相对于预定虚拟边界的位置，并且至少部分地基于虚拟飞机相对于虚拟边界的位置，触发(即，指令过渡模块212)对模拟器旋转的加速和减速。

可在虚拟飞行模拟之前，预先限定多个可配置虚拟边界区域。图3示出在虚拟三维空间中示出的例证性可配置虚拟边界区域302、304和306(图3不按比例绘制)。

参考图3的示例，第一虚拟边界区域302可被限定为包括跑道的起飞部分，并且延伸至空中几千英尺，其中受训人在驾驶在基于离心机的模拟器中起飞和爬升的虚拟飞机时，可体验加强G力。也就是说，当虚拟飞机在虚拟边界区域302内起飞和爬升时，模拟器200(图2)在驾驶舱单元102中的受训人身上施加加强G力(图1A和1B)。根据沿飞行轨迹308的虚拟飞机的相同时间和行为位置，这些加强G力有意基本匹配飞行员在驾驶预定飞机时可能经历的实际G力。

随着虚拟飞机在位置A附近离开虚拟边界302，就触发过渡运行模式，并且在预期进入其中存在水平飞行的虚拟边界区域304时，过渡模块214可指令模拟器202将模拟器202的行星旋转朝着零速度减速。在该部分飞行轨迹308期间，不需要G力，所以如上所述，受训人能够以正常G运行模式操作。

在位置B周围处，在进入之前，虚拟飞机进入虚拟边界306，其中虚拟飞机的飞行状态从水平飞行(即，约1G力)过渡为着陆(即，加强G力飞行状态)。这里，过渡模块214可指令模拟器202开始行星运动，并且允许模拟器将其旋转速度从零速度(或者一些其它低旋转速度)加速为一定的行星速度，该行星速度将允许模拟器在位置C处或其周围(诸如在飞机降落在航空母舰或跑道上之前，其中可经历加强G力)，在受训人身上快速施加G力。

通常以通常低于人类察觉的可感知阈值的速度，执行通过使飞行模拟器的旋转加速或减速，在正常G和加强G力事件之间的过渡，反之亦然；假设在每个加强G力或无G力事件发生之间存在足够大的间隔。

本领域技术人员应明白，对运动提示更敏感的特定个体可能察觉到驾驶舱单元102(图1A和1B)加速或减速的部分或轻微感知。另外，旋转速度可稍微超过上文定义的可接受加速或减速阈值。这些旋转速度——虽然最多部分超过，或稍微超过人类觉察的阈值，也可能被认为处于下列区域内，在一些情况下，该区域通常低于人类察觉的可感知阈值。

获得本公开利益的本领域技术人员应明白，参考图3的上述示例仅为其中可通过相应的G力实施/触发的不同操作模式和多种可配置飞行状态的许多不同方式中的一种；所有方式都有意匹配在相同飞行状态期间，在预定飞机中发生的实际G力。

系统200(图2)系统性地采用加强G力与无加强G力的协调及其之间的过渡，以最小化不间断G行星运动对那些特别有益并且需要连续G力的事件的暴露时间。

示例例示过程

图4示出用于控制根据各种实施例的基于离心机的模拟器的例示过程400。可参考图1A、1B和1C、2和3描述过程400。

过程400被例示为逻辑流程图的方框组合，该流程图代表能够以硬件、软件或其组合实施的操作顺序。在软件的情况下，方框代表当由一个或多个处理器执行时，计算机可执行指令执行所列的操作。大体上，计算机可执行指令包括执行具体功能，或实施具体抽象数据类型的例行程序、程序、对象、组件、数据结构等等。不应将其中描述操作的顺序解释为限制，并且能够以任何顺序和/或平行地组合任何数目的所述方框，以实施该过程。同样地，可省略一个或多个所述方框，而不偏离本公开的范围。

在402，模拟器通过以物理地施加加强G力(即，约大于1G力)的旋转速度旋转模拟器，模拟多个第一飞行状态。并且在模拟至少一个多个第一飞行状态后，过程400继续至404。

在404，假设模拟器然后将模拟多个第二飞行状态中的其中一个，模拟器的行星速度就在一定时间段内降低至接近零速度。以下列速度执行至少一部分模拟器旋转的减速，该速度通常低于正在操作模拟器的受训人的人类察觉的可感知阈值。

在406，模拟器通过使模拟器停止旋转，或者使模拟器停止以低旋转速度旋转，模拟多个第二飞行状态，以便在模拟器运行期间，在受训人身上物理地施加约1G力。并且在模拟多个第二飞行状态中的至少一个之后，过程400继续至408。

在408，假定模拟器然后将模拟多个第一飞行状态中的其中一个，即使模拟器的行星速度加速。以下列速度执行至少一部分模拟器旋转的加速(即，斜升)，该速度通常低于正在操作模拟器的受训人的人类察觉的可感知阈值(通常以人类觉察的亚阈值水平执行模拟器的运动)。

结论

在基于离心机的模拟器中模拟解决了逼真度的所有元素：现实驾驶舱或模块，高分辨率的宽视域“窗外”(OTW)视觉显示器，代表性飞机模型，运动提示，以及用于以下列方式对受训人施加应力的任务，即类似于他或她将在操作现实航空交通工具时将经历的方式。这些逼真度方面有助于使受训人沉浸，以最大化模拟经历。相对其它运动平台，包括六自由度平台，离心机模拟的关键差别在于维持G力的能力。然而，这种能力能够产生感觉冲突，导致疲劳，或其它负面运动假象。

为了解决一些离心负面影响，上述公开介绍了下列基于离心机的模拟器，该模拟器具有可获得的三种运动运行状态。这些模式是加强G力运动、过渡运动(通常是过渡运行模式)和无加强G力模式。所有操作模式都允许完全三个自由度(俯仰、滚转和偏航)。过渡运行模式可消除或引入装置的行星运动，并且有时以亚阈值可感觉水平消除或引入装置的行星运动。不使受训人知道地在这些运行模式之间协调的能力引入了一种能够完全沉浸飞行模拟的能力，同时最小化或消除行星旋转运动的负面影响。

因而，在一些示例中，加强G运行模式是下列运行阶段，其中仅通过下列方式，将通过模拟飞行产生的G力复制为这样的程度，即能够通过加速臂，以产生离心力，并且对飞行员定向，以在驾驶舱单元中的对象上将该离心力分配为其适当的x、y和z分量，从而复制真实飞机的驾驶舱中的飞行员将经历的力和感觉。

另外，正常G运行模式是下列运行阶段，其中代替持续G力，强调运动提示。这通过下列方式实现，即使臂减慢至不被受训人感觉到的水平，或者通过停止臂，然后视需要，命令对驾驶舱单元的，对应于飞机的旋转加速度的适当俯仰、滚转和偏航姿态。这些命令随着时间消失，以保持驾驶舱单元中立。

本文中关于术语1G提及的“约”或“近似”的意思是位于地球表面上的人通常体验的G力，但是取决于基于离心力的模拟器的臂的位置和/或轻微运动，可能稍微大于或小于1G。

本文涉及的“示例”、“实施例”或类似表达的意思是，在本说明书中的至少一种实施中，包括结合该示例描述的具体部件、结构、操作或特征。因而，本文中的这些短语或表达的出现不必都涉及相同示例。此外，可通过任何适当的方式，或在更多示例中组合各种具体部件、结构、操作或特征。

虽然已经以特定于结构特征和/或方法动作描述了主题，但是应理解，所附权利要求书中限定的主题不必限于所述的特定特征或动作。相反，特定特征和动作被公开为实现权利要求的例示性形式。

Claims (14)

1.一种用于控制基于离心机的飞行模拟器的方法，包括：

以多个旋转速度旋转所述模拟器，所述多个旋转速度在所述模拟器运行期间，在受训人身上物理地施加大于约一(1)G的G力，以复制导致所述受训人经历加强G力的多个第一飞行状态；和

停止旋转，或者以第二、较小旋转速度旋转，所述旋转速度在所述模拟器运行期间，在所述受训人身上物理地施加不大于约一(1)G的G力，以模拟导致所述受训人经历约无加强G力的多个第二飞行状态；

以低于所述受训人的通常人类察觉的可感知阈值的速度，使所述飞行模拟器的旋转减速，同时在所述模拟器中操作虚拟飞机，以从所述多个第一飞行状态中的一个或多个状态过渡为所述多个第二飞行状态中的一个或多个状态；和

以低于通常人类察觉的可感知阈值的速度，使所述飞行模拟器的旋转加速，以从所述多个第二飞行状态中的一个或多个状态过渡为所述多个第一飞行状态中的一个或多个状态。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在虚拟飞机的驾驶舱单元中产生虚拟场景，所述虚拟场景代表所述模拟器复制的实际预定飞机，其中所述驾驶舱单元位于所述模拟器的臂的远端处；

监控所述虚拟飞机相对于预定虚拟边界的位置；和

至少部分基于所述虚拟飞机相对于所述虚拟边界的位置，执行对所述模拟器的旋转的加速和减速至少其中之一。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述G力基本匹配在预定飞机中，在与所模拟的第一和第二飞行状态相同的飞行状态期间发生的实际G力。

4.一种用于控制基于离心机的飞行模拟器的方法，包括：

通过以多个旋转速度旋转所述模拟器，模拟多个第一飞行状态，所述多个旋转速度在所述模拟器运行期间，在受训人身上物理地施加大于约一(1)G的G力；和

通过停止旋转所述模拟器，或者以第二、较小旋转速度旋转所述模拟器，模拟多个第二飞行状态，所述旋转速度在所述模拟器运行期间，在所述受训人身上物理地施加不大于约一(1)G的G力。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括：

在虚拟飞机的驾驶舱单元中产生虚拟场景，所述虚拟场景代表所述模拟器复制的实际预定飞机；

监控所述虚拟飞机相对于预定虚拟边界的位置；和

至少部分基于所述虚拟飞机相对于所述虚拟边界的位置，在所述多个第一飞行状态中的一个或多个状态和所述多个第二飞行状态中的一个或多个状态之间过渡。

6.根据权利要求4所述的方法，还包括通过以低于所述受训人的通常人类察觉的可感知阈值的速度，使所述飞行模拟器的旋转减速，同时在所述模拟器中操作虚拟飞机，从所述多个第一飞行状态中的一个或多个状态过渡为所述多个第二飞行状态中的一个或多个状态。

7.根据权利要求4所述的方法，还包括通过以低于通常人类察觉的可感知阈值的速度，使所述飞行模拟器的旋转加速，从所述多个第二飞行状态中的一个或多个状态过渡为所述多个第一飞行状态中的一个或多个状态。

8.根据权利要求4所述的方法，还包括在所述模拟器模拟所述多个第一飞行状态或所述多个第二飞行状态时，允许对应于虚拟飞机的俯仰、滚转和偏航的所述模拟器的全部三个运动自由度。

9.根据权利要求4所述的方法，其中所述G力基本匹配在与所模拟的第一和第二飞行状态相同的飞行状态期间，在预定飞机中发生的实际G力。

10.一种操作基于离心机的飞行模拟器的系统，包括：

一个或多个处理器，以及能够通信地联接至所述一个或多个处理器，共同形成控制器的计算机可读介质，所述控制器能够以下列模式之一运行：

加强G力模式，其中所述控制器指令所述模拟器通过使所述模拟器以多个旋转速度旋转，复制多个第一飞行状态，所述多个旋转速度在所述模拟器运行期间，在受训人身上物理地施加大于约一(1)G的G力；

正常G力模式，其中所述控制器指令所述模拟器通过使所述模拟器停止旋转，或者以第二、较小旋转速度旋转，复制多个第二飞行状态，所述旋转速度在所述模拟器运行期间，在所述受训人身上物理地施加不大于约一(1)G的G力。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述控制器还能够以斜降模式运行，其中所述控制器指令所述模拟器，通过在所述模拟器中操作虚拟飞机的同时，以低于所述受训人的通常人类察觉的可感知阈值的速度，使所述飞行模拟器的旋转减速，从所述多个第一飞行状态中的一个或多个状态过渡为所述多个第二飞行状态中的一个或多个状态。

12.根据权利要求10所述的系统，其中所述控制器还能够以斜降模式运行，其中所述控制器指令所述模拟器，通过以低于通常人类察觉的可感知阈值的速度，使所述飞行模拟器的旋转加速，从所述多个第二飞行状态中的一个或多个状态过渡为所述多个第一飞行状态中的一个或多个状态。

13.根据权利要求10所述的系统，其中所述控制器还能够运行，以：

在虚拟飞机的驾驶舱中产生虚拟场景，所述虚拟场景代表所述模拟器复制的实际预定飞机；

监控所述虚拟飞机相对于预定虚拟边界的位置；和

至少部分基于所述虚拟飞机相对于所述虚拟边界的位置，在所述加强和正常G力模式之间过渡。

14.根据权利要求10所述的系统，其中所述控制器还能够运行，以在执行俯仰、滚转和偏航至少其中之一时，指令所述模拟器移动，以复制物理飞机的运动。