CN104616560A - 一种悬浮体验模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种悬浮体验模拟装置，包括人体保护组件、保护床支架组件以及模拟风扇组件。体验者趴在保护衣垫上，保护衣垫腰部通过上部柔性缓冲衣垫以及回束装置与升降中座相连。通过基底座动力风扇向上提供的风量使保护衣垫上产生向上的升力，前风量模拟风扇给体验者带来更真实风的感觉，实现使用者室内进行模拟翼装飞行。本发明悬浮体验模拟装置，主要通过风力的操控，在一定程度上能够右控制手柄飞行的效果，同时又不失安全性以及给予较大的自由度，让体验者逼真的体验效果。

Description

一种悬浮体验模拟装置

技术领域

本发明涉及一种模拟体验装置，尤其涉及一种悬浮体验模拟装置。

背景技术

如今，越来越多的人开始尝试或从事极限运动，体验极限运动的刺激感，然而极限运动往往伴随着巨大的危险性，翼装飞行便是其中的一项运动。我们的目的是为了将翼装飞行这项极限运动能够融入到平常人的生活中，通过借助机械力等，足不出户便可体验到翼装飞行的乐趣。

现在的市面上，主要有类似于风洞的装置可以模拟翼装飞行。是能人工产生和控制气流，以模拟飞行器或物体周围气体的流动，并可量度气流对物体的作用以及观察物理现象的一种管道状实验设备。然而风洞装置有尺寸限制要求，其无法在一个风洞中同时模拟所有的相似参数，无法在一般室内进行放置，其主要用于实验室进行实验数据的采集，而翼装飞行又有第一危险性，因此，研制一种模拟装置来模拟翼装飞行运动是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种悬浮体验模拟装置，在一定程度上能够模拟翼装飞行的效果，同时又不失安全性以及给予较大的自由度。

为了解决上述问题，本发明涉及了一种悬浮体验模拟装置，包括人体保护组件、保护床支架组件以及模拟风扇组件，其中：

所述人体保护组件至少包括保护衣垫、设置在保护衣垫上的前部支架刚性杆、后部支撑刚性杆、约束带以及用于约束翼装两侧长度的绳体；

所述保护床支架组件包括保护床以及设置在所述保护衣垫腰部下方的升降中座组件，所述升降中座组件包括从上到下依次连接的上部柔性缓冲衣垫、回束装置、下部柔性缓冲中座以及千斤顶，所述回束装置固定连接所述下部柔性缓冲中座，且所述回束装置中引出的回束绳的一端连接所述上部柔性缓冲装置，所述保护衣垫连接所述上部柔性缓冲衣垫以及所述回束绳；所述保护床支架组件还包括双支撑柔性保护支架，所述双支撑柔性保护支架支撑在所述保护床的上表面，且所述双支撑柔性保护支架连接所述千斤顶，使所述保护衣垫下落到所述下部柔性缓冲中座高度时，所述双支撑柔性保护支架支撑所述后部支撑刚性杆；

所述模拟风扇组件包括设置在所述保护衣垫下方的基底座动力风扇以及设置在所述保护床支架组件前方的前部风量模拟风扇。

较佳地，在所述保护衣垫上还设置有舵控制手柄组件、线闸装置以及保护衣垫舵组件，所述保护衣垫舵组件包括固定部以及舵中轴，所述舵中轴通过所述固定部固定设置在所述保护衣垫与所述上部柔性缓冲衣垫的连接处，所述舵控制手柄组件通过所述线闸装置旋转所述舵中轴改变所述保护衣垫舵的角度。

较佳地，所述回束装置内包括回束绳、绕线长轴以及扭矩弹簧，所述回束绳的一端缠绕在所述绕线长轴上，另一端引出连接所述上部柔性缓冲衣垫，所述绕线长轴通过一同心轴与扭矩弹簧连接，扭矩弹簧提供扭力矩，使回束绳产生回束拉力从而限制保护衣垫的位置。

较佳地，所述线闸装置包括连接所述舵中轴与所述舵控制手柄组件的传动线以及用于卡紧所述传动线的回复弹簧，所述传动线长度的改变拉动所述舵中轴转动。

较佳地，所述舵控制手柄组件包括依次连接的手臂固定带、刚性杆、控制手柄控制舵按钮以及按钮复位弹簧，所述控制手柄内设置有传动线固定部以及与所述刚性杆可旋转连接的手柄旋转轴，所述传动线的一端固定于所述传动线固定部上，按下控制舵按钮后，解除对所述手柄旋转轴的限位，可旋转所述控制手柄使传动线绕于手柄旋转轴上。

较佳地，所述保护衣垫的两侧分别设置有用于控制保护衣垫向左摆动的左舵控制手柄组件以及用于控制保护衣垫向右摆动的右舵控制手柄组件。

较佳地，所述基底座动力风扇包括设置在保护衣垫的下方设置有用于提供均衡升力的第一基底座动力风扇。

较佳地，在所述保护衣垫的中后部以及两侧下方设置有三个第一基底座动力风扇，所述第一基底座动力风扇为功率大于272W且半径大于550mm的风扇。

较佳地，所述保护衣垫的下方设置有第二基底座动力风扇以及电机组件，所述电机组件控制所述第二基底座动力风扇360度全方位调节转头来产生不稳定的升力气流，且所述第二基底座动力风扇的直径小于所述第一基底座动力风扇的直径。

较佳地，所述保护床的中部设置有第一凹槽或第一空缺，所述升降中座组件嵌入所述第一凹槽或第一空缺中，并可相对所述保护床的床面上下升降；所述保护床上还设置有第二凹槽或第二空缺，所述基底座动力风扇嵌入所述第二凹槽或第二空缺中。

本发明由于采用以上技术方案，与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

本发主要通过模拟风扇组件的风力操控，在一定程度上能够模拟翼装飞行的效果，同时又不失安全性以及给予较大的自由度，使体验者通过旋转控制手柄来改变翼装迎风面积，从而达到保护衣垫左右摆动的效果，更接近真实操纵的感觉，进行实际样机模拟后，由于外部动力影响少可以产生量化数据，可更精准的调整各数据效果。

附图说明

图1为本发明一种悬浮体验模拟装置整体示意图；

图2为本发明中保护床支架及升降中座示意图；

图3a为本发明中前部风量模拟风扇示意图；

图3b为本发明中基底座动力风扇示意图；

图4a为本发明中升降中座的结构示意图；

图4b为本发明千斤顶的结构示意图；

图5为本发明中回束装置的结构示意图；

图6a为本发明中保护衣垫舵以及线闸装置的外部结构示意图；

图6b为本发明中保护衣垫舵以及线闸装置的内部结构示意图；

图7a为本发明中舵控制手柄的结构示意图；

图7b为本发明中舵控制手柄的截面图；

图8a为本发明中保护衣垫的正面示意图；

图8b为本发明中保护衣垫的反面示意图。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。

如附图1-8所示的一种悬浮体验模拟装置，包括人体保护组件、保护床支架组件以及模拟风扇组件。

人体保护组件至少包括保护衣垫810、设置在保护衣垫上的两个前部支架刚性杆850、后部支撑刚性杆840、约束带组件以及用于约束翼装两侧长度的呢绒绳830。保护衣垫810由呢绒材料制成，便于体验者能够调整姿势。两个前部支架刚性杆850约束保护衣垫宽度，使保护衣垫产生能够聚集升力的风囊提供保护衣垫的升力。其中前部支架刚性杆850、后部支撑刚性杆840、两侧呢绒绳830构成一个模拟翼装的框架。约束带组件包括两条约束带820、约束带松紧扣822以及两条弹性带821，弹性带821均连接约束带与保护衣垫用来进一步固定脚部；两条约束带均为一端固定在后部支撑刚性杆上，另一端固定于保护衣垫前部；约束带松紧扣连接两条约束带，在进行翼装飞行模拟时务必将约束带松紧扣822扣紧。

保护床支架组件包括保护床以及设置在保护衣垫腰部的下方的升降中座组件，保护床的中部设置有第一空缺，升降中座组件嵌入第一空缺中，并可相对保护床的床面上下升降。升降中座组件包括从上到下依次连接的上部柔性缓冲衣垫440、回束装置420、下部柔性缓冲中座430以及千斤顶411，回束装置420固定连接下部柔性缓冲中座，且回束装置中引出的回束绳510的一端连接上部柔性缓冲装置，上部柔性缓冲衣垫440连接保护衣垫以及回束绳，使人体保护组件位于保护床支架组件的正上方；回束装置内包括回束绳510、绕线长轴520以及扭矩弹簧540，回束绳510的一端缠绕在绕线长轴520上，另一端连接上部柔性缓冲衣垫440，绕线长轴520通过一同心轴530与扭矩弹簧540连接，扭矩弹簧提供扭力矩，使回束绳产生回束拉力从而限制保护衣垫的位置，又可以通过回束绳510根据自动升力调节长度范围，使保护衣垫有很大自由度的控制。

保护床支架组件还包括双支撑柔性保护支架230，保护床包括支撑在保护支架床面210以及支架220，保护床支架床面210采用柔性缓冲材料，支架220采用支撑钢材，双支撑柔性保护支架230支撑在保护床的上表面，即支撑在保护支架床面210上，且双支撑柔性保护支架连接千斤顶，采用柔性杠杆，为双内弯型，可增加缓冲距离，当发生紧急故障支撑起保护衣垫后部支撑刚性杆，在上部柔性缓冲衣垫与下部柔性缓冲中座贴合时，双支撑柔性保护支架支撑后部支撑刚性杆。

模拟风扇组件包括设置在保护衣垫下方的基底座动力风扇以及设置在保护床支架组件前方的前部风量模拟风扇。前部风量模拟风扇310出风模拟飞行环境风速效果,其功率以实际模拟人体感受数据为准。基底座动力风扇均嵌入到保护床上的空缺或凹槽中，方便了对风扇提供均衡的升力又安全可靠，保护床支架床面210在故障时保证了使用者的安全。基底座动力风扇包括设置在保护衣垫的中后部以及两侧翼展下方的三个第一基底座动力风扇以及设置在保护衣垫下方的第二基底座动力风扇，第一基底座动力风扇为功率大于272W且半径大于550mm的风扇。通过第一基底座风扇的风力使保护衣垫产生升力从而达到飞行模拟的效果，其中第二基底座动力风扇330用于产生不稳定升力气流，从而可以产生飞行模拟效果的多样化。基底座动力风扇330通过两对小电机331、332进行360度全方位调节，第二基底座动力风扇的直径小于第一基底座动力风扇的直径。

当开始悬浮模拟初，在升降中座410内部通过千斤顶411顶起升降中座，升降中座通过回束装置420(详细结构参见附图5)将上部柔性缓冲衣垫连接部分440与下部柔性缓冲中座连接部分430通过回束绳510连接，上下连接部分有缓冲保护效果，预防悬浮模拟过程中的突然停电等，与双支撑柔性保护杆230相互行成保护效果，当体验者悬浮模拟过程中，仅通过回束绳510效果约束人体保护衣垫810的大致位置，通过调节回束绳510最大长度，来调整人体保护衣垫810的最大飞行自由度，回束装置的具体工作原理在附图5中具体解释。当体验者结束模拟悬浮体验时，前部风量模拟风扇310首先完全停止，基底座动力风扇330、340缓慢减速至停止，上部柔性缓冲衣垫连接部分440与下部柔性缓冲中座连接部分420完全贴合，保护杆230支撑到保护衣垫后部支撑刚性杆840后，千斤顶411降下中座至人体保护衣垫平伏在保护床支架床面210。

较佳地，为了增加悬浮体验过程中的操控感，还在保护衣垫的两侧分别设置有用于控制保护衣垫向左摆动的左舵控制手柄组件以及用于控制保护衣垫向右摆动的右舵控制手柄组件，舵控制手柄组件连接线闸装置改变保护衣垫舵的角度，保护衣垫舵组件包括固定部以及舵中轴620，舵中轴通过固定部固定设置在保护衣垫与上部柔性缓冲衣垫的连接处，即设置在保护衣垫的中轴处，舵控制手柄组件通过线闸装置旋转舵中轴，从而改变保护衣垫舵角度。线闸装置630括连接舵中轴与舵控制手柄组件的传动线612以及用于卡紧传动线的回复弹簧732，传动线长度的改变拉动舵中轴转动。在保护衣垫上还设置有线管860，为线闸装置630的固定线管860。

如附图7a，7b所示，舵控制手柄组件均包括依次连接的手臂固定带710、刚性杆720、控制手柄730，控制舵按钮731以及按钮复位弹簧732。通过手臂固定带710绑定在体验者手臂上，调整到合适位置使体验者可以握紧舵控制手柄730，刚性杆720为连接杆，其长度必须使体验者绑定手臂位置到手握位置吻合，且模拟飞行过程中不可伸长或改变位置。控制手柄内设置有传动线固定端杆731以及与刚性杆可旋转连接的手柄旋转轴733(注：附图7a，7b圈注处连接为可活动的滑动连接部分)，传动线的一端固定于传动线固定端杆731上，从而使得传动线621绕于手柄旋转轴733上，达到改变线闸长度的效果，手柄旋转轴上体验者手握舵控制手柄730，拇指按住控制舵按钮731后解除对手柄旋转轴的限位，方可旋转手柄，按钮复位弹簧732为回复控制舵按钮731提供回复力。旋转手柄通过手柄旋转轴733带动传动线621，从而达到改变线闸长度的效果。

如附图6a，6b所示，是本发明中保护衣垫舵控制细部示意图。保护衣垫舵连接在上部柔性缓冲衣垫连接部分440内，同时通过铁质扣610固定在保护衣垫810上，即保护衣垫舵的舵中轴固定设置在保护衣垫与上部柔性缓冲衣垫的连接处，通过体验者旋转保护衣垫舵的控制手柄，改变传动线621的长度，当长度改变后会拉动舵轴传动线固定杆623，即固定杆转向绳长改变的一侧，达成舵轴转动的要求，从而达到改变保护衣垫舵640角度的效果，即改变迎风面，从而使保护衣垫产生左右旋转摆动的效果。保护衣垫舵的舵控制手柄组件通过线闸装置630，改变传动线621的长度，从而达到旋转舵中轴620，进一步同轴改变保护衣垫舵640角度的效果。其控制左右相对各一，右手控制向右旋转，反之亦反。具体手部控制方式参见附图7a，7b。回复弹簧622用于使保护衣垫舵640回到平衡位置的效果。注意，左右两手不可同时操作线闸，只可一个方向操作，即右转只能右手控制右控制手柄，控制时，左手不能旋转左控制手柄。使用者通过操作旋转左右控制手柄730可以操纵保护衣垫舵640,改变受风面积来达到模拟翼装左右摆动的效果。另外，当体验者熟练操作后可通过改变翼装面积即调整姿势从而达到同样的模拟翼装左右摆动的效果，从而达到更加真实模拟的翼装飞行效果。

综上，体验者趴在保护衣垫上，保护衣垫腰部通过上部柔性缓冲衣垫以及回束装置与升降中座相连。通过基底座动力风扇向上提供的风量使保护衣垫上产生向上的升力，前风量模拟风扇给体验者带来更真实风的感觉，实现使用者在室内进行模拟翼装飞行。本发明悬浮体验模拟装置，主要通过风力的操控，在一定程度上能够右控制手柄飞行的效果，同时又不失安全性以及给予较大的自由度，让体验者有逼真的体验效果。

可见，本发明具备以下有益效果：

1、通过模拟悬浮体验，在室内的场地进行模拟悬浮，避免真实翼装飞行的危险性，实现节约能源的，接近真实悬浮感受的室内模拟悬浮。

2、整体采用风力，结合柔性约束，使体验者更接近真实操纵的感觉。

3、当体验者熟练操作后可通过改变保护衣垫面积来调整姿势，实时控制左右摆动姿态。实现接近真实的悬浮体验。

以下提供本发明技术方案的参考数据：

人体保护衣垫迎风面积：2102048mm2(1612mm*1304mm)

头部(密闭头盔)迎风面积：0.087cm2

头部(密闭头盔)阻力(最大值)：3.14KN

人体保护衣垫+体验者(参考68.9kg)净重：12kg+68.9kg

注：按人体工程学男体重68.9kg计算.

风扇功率基本计算公式：F升＝G总＝792.82N；P＝F风扇/S风扇＝(F升/3)/S风扇＝(792.82/3)/0.974676＝271.14W

气动损失估算系数：1.2

单个基底座动力风扇(大)功率大小预估值：271.14W

单个基底座动力风扇(大)出风口面积：974676mm2(r＝557mm)

空气密度ρ＝1.297kg。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种悬浮体验模拟装置，其特征在于，包括人体保护组件、保护床支架组件以及模拟风扇组件，其中：

所述人体保护组件至少包括保护衣垫、设置在保护衣垫上的前部支架刚性杆、后部支撑刚性杆、约束带以及用于约束翼装两侧长度的绳体；

所述保护床支架组件包括保护床以及设置在所述保护衣垫腰部下方的升降中座组件，所述升降中座组件包括从上到下依次连接的上部柔性缓冲衣垫、回束装置、下部柔性缓冲中座以及千斤顶，所述回束装置固定连接所述下部柔性缓冲中座，且所述回束装置中引出的回束绳的一端连接所述上部柔性缓冲装置，所述保护衣垫连接所述上部柔性缓冲衣垫以及所述回束绳；所述保护床支架组件还包括双支撑柔性保护支架，所述双支撑柔性保护支架支撑在所述保护床的上表面，且所述双支撑柔性保护支架连接所述千斤顶，使所述保护衣垫下落到所述下部柔性缓冲中座高度时，所述双支撑柔性保护支架支撑所述后部支撑刚性杆；

所述模拟风扇组件包括设置在所述保护衣垫下方的基底座动力风扇以及设置在所述保护床支架组件前方的前部风量模拟风扇。

2.如权利要求1所述的一种悬浮体验模拟装置，其特征在于，在所述保护衣垫上还设置有舵控制手柄组件、线闸装置以及保护衣垫舵组件，所述保护衣垫舵组件包括固定部以及舵中轴，所述舵中轴通过所述固定部固定设置在所述保护衣垫与所述上部柔性缓冲衣垫的连接处，所述舵控制手柄组件通过所述线闸装置旋转所述舵中轴改变所述保护衣垫舵的角度。

3.如权利要求1述的一种悬浮体验模拟装置，其特征在于，所述回束装置内包括回束绳、绕线长轴以及扭矩弹簧，所述回束绳的一端缠绕在所述绕线长轴上，另一端引出连接所述上部柔性缓冲衣垫，所述绕线长轴通过一同心轴与扭矩弹簧连接，扭矩弹簧提供扭力矩，使回束绳产生回束拉力从而限制保护衣垫的位置。

4.如权利要求2所述的一种悬浮体验模拟装置，其特征在于，所述线闸装置包括连接所述舵中轴与所述舵控制手柄组件的传动线以及用于卡紧所述传动线的回复弹簧，所述传动线长度的改变拉动所述舵中轴转动。

5.如权利要求4所述的一种悬浮体验模拟装置，其特征在于，所述舵控制手柄组件包括依次连接的手臂固定带、刚性杆、控制手柄控制舵按钮以及按钮复位弹簧，所述控制手柄内设置有传动线固定部以及与所述刚性杆可旋转连接的手柄旋转轴，所述传动线的一端固定于所述传动线固定部上，按下控制舵按钮后，解除对所述手柄旋转轴的限位，可旋转所述控制手柄使传动线绕于手柄旋转轴上。

6.如权利要求4或5所述的一种悬浮体验模拟装置，其特征在于，所述保护衣垫的两侧分别设置有用于控制保护衣垫向左摆动的左舵控制手柄组件以及用于控制保护衣垫向右摆动的右舵控制手柄组件。

7.如权利要求1所述的一种悬浮体验模拟装置，其特征在于，所述基底座动力风扇包括设置在保护衣垫的下方设置有用于提供均衡升力的第一基底座动力风扇。

8.如权利要求1或7所述的一种悬浮体验模拟装置，其特征在于，在所述保护衣垫的中后部以及两侧下方设置有三个第一基底座动力风扇，所述第一基底座动力风扇为功率大于272W且半径大于550mm的风扇。

9.如权利要求7所述的一种悬浮体验模拟装置，其特征在于，所述保护衣垫的下方设置有第二基底座动力风扇以及电机组件，所述电机组件控制所述第二基底座动力风扇360度全方位调节转头来产生不稳定的升力气流，且所述第二基底座动力风扇的直径小于所述第一基底座动力风扇的直径。

10.如权利要求1所述的一种悬浮体验模拟装置，其特征在于，所述保护床的中部设置有第一凹槽或第一空缺，所述升降中座组件嵌入所述第一凹槽或第一空缺中，并可相对所述保护床的床面上下升降；所述保护床上还设置有第二凹槽或第二空缺，所述基底座动力风扇嵌入所述第二凹槽或第二空缺中。