CN104616563B - 一种具有持续性过载模拟能力的摇臂式飞行模拟器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有持续性过载模拟能力的摇臂式飞行模拟器，其特征在于：它包括一固定于下层地面的主轴电机，主轴电机的输出轴通过第一联轴器连接一固定于下层地面的减速器的输入轴；减速器的输出轴通过第二联轴器与一主轴连接；主轴上端竖直向上延伸至上层地面，主轴上端套设有一底部搭设在轴肩上的摇臂；摇臂通过胀套与主轴紧固连接；在摇臂内部固定设置一驱动电机，驱动电机的输出轴通过第三联轴器与中框传动轴一端连接；中框传动轴另一端延伸出摇臂并通过另一胀套与一呈“U”形的中框的底板紧固连接；中框的两支臂之间转动设置一封闭的吊篮。本发明由于将驱动中框所需的电机放置于摇臂内部，并仅靠该单个电机实现中框回转驱动，因此避免了双电机同步驱动控制在实际应用中产生的较大误差和较大的末端负载问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种地面飞行模拟器，特别是关于一种具有持续性过载模拟能力的摇臂式飞行模拟器。
背景技术
随着飞机研发领域在理论和技术两个方面的不断发展，现代高性能飞机在机动时可产生高达9g的过载，过载变化率最大可达6g/s，过载的持续时间和反复次数均较大。这种飞行条件容易导致飞行员在做出较大的机动动作时出现黑视、空间定位错觉甚至意识丧失等情形，极易造成严重后果。上述提到的过载是指作用于飞行器或飞行员本身的除重力加速度以外的全部加速度与重力加速度常数g之比，其中g＝9.81m/s2。
航空医学研究表明，对飞行员进行反复的高过载训练，可以有效提高其耐过载能力。采用真机训练固然会有最好的效果，但是该方法不仅损耗飞机的使用寿命，成本巨大，而且存在较大的安全隐患。因此，研发在地面上运行且能够真实模拟飞机过载情形的飞行模拟器成为该领域的一个重要方向。
现有的地面飞行模拟器装置分为两种，一种是基于Stewart六自由度并联机构的飞行模拟器，另一种是具有三转动自由度的摇臂式飞行模拟器。其中，具有六自由度并联机构的飞行模拟器是将飞行模拟器座椅和视景系统固定于Stewart机构的动平台上，利用该机构六轴的协调控制可以实现一定范围的瞬时过载模拟(0.1g～1.9g)。Stewart机构结构紧凑，刚度质量比大，机动性能好，但是由于其运动空间非常有限，因此限制了其最大过载能力，也限制了其能够保持过载的时间。所以，具有六自由度并联机构的飞行模拟器主要应用于民航客机等对机动性能要求不高的飞行训练场合。而另一种具有三转动自由度的摇臂式飞行模拟器拥有足够的工作空间，可以较好地保证最大过载和过载保持时间，能够实现持续性的过载模拟，因此较为广泛地应用于战斗机等高机动飞机的飞行训练中。但是，此类飞行模拟器的摇臂末端均呈分叉式结构，并在摇臂分叉口中间悬挂中框，以实现在滚转方向上的回转自由度；同时为了保证末端的对称平衡，此类设计常在分叉口两侧布置双电机，用以同步驱动中框回转。由于中框采用双电机驱动，所以必然会引入同步驱动控制在实际应用中产生的较大误差问题；此外，分叉式摇臂结构和双电机驱动都会带来较大的末端负载，为了保持回转部件整体平衡和摇臂的强度足够，需相应地在摇臂另一侧增加配重体，并对摇臂结构进行加强，而这些变化都必然会带来转动部件相对于回转轴的整体转动惯量的显著增加，进而加剧整个飞行模拟器在制造过程中的材耗和运转过程中的能耗，严重的影响了系统的动态性能。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够有效减小转动惯量、降低能耗且具有持续性过载模拟能力的摇臂式飞行模拟器。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种具有持续性过载模拟能力的摇臂式飞行模拟器，其特征在于：它包括一固定于下层地面的主轴电机，所述主轴电机的输出轴通过第一联轴器水平连接一固定于所述下层地面的减速器的输入轴；所述减速器的输出轴为竖直方向设置，其通过第二联轴器与一主轴连接；所述主轴上端竖直向上延伸至上层地面，所述主轴上端套设有一底部搭设在轴肩上的摇臂；所述摇臂通过胀套与所述主轴紧固连接；在所述摇臂内部固定设置一驱动电机，所述驱动电机的输出轴通过第三联轴器与中框传动轴一端连接；所述中框传动轴另一端延伸出所述摇臂并通过另一胀套与一呈“U”形的中框的底板紧固连接，所述中框传动轴沿所述摇臂长度方向设置；所述中框的两支臂之间转动设置一封闭的吊篮，所述吊篮的左右两侧面的中心分别与设置于两所述支臂上的电机的输出轴紧固连接。
所述摇臂内竖直设置有多个垂直于所述摇臂轴向的筋板，所述中框传动轴依次穿过各所述筋板并通过轴承与各所述筋板转动连接。
所述吊篮的前后两侧面分别为一曲面整流罩。
在所述摇臂末端设置一配重块。
在所述主轴上套设一支撑架，所述支撑架底部与所述上层地面紧固连接，在所述支撑架上部紧固连接一套设在所述主轴上的支撑座。
所述摇臂内部设置的所述驱动电机采用伺服电机直接驱动，所述支臂上设置的所述电机采用无框力矩电机直接驱动。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明装置可以模拟实际飞行时三个轴向的持续过载体感，并结合视景仿真系统为受训飞行员提供真实、持久、安全的模拟飞行环境。2、本发明由于将驱动中框所需的大功率电机放置于摇臂内部，并且仅靠该单个电机实现中框回转驱动，因此有效避免了双电机同步驱动控制在实际应用中产生的较大误差和较大的末端负载问题。3、本发明由于将驱动中框所需的电机设置于靠近主轴的位置，因此有效降低了摇臂相对于主轴的整体转动惯量和装置运转过程中的能耗。4、本发明装置在运行过程中能够产生的最大过载可达10g。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的整体剖视示意图；
图3为本发明的中框和吊篮的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1、图2所示，本发明包括一固定于下层地面的主轴电机1，主轴电机1的输出轴通过联轴器2水平连接一固定于同一地面的减速器3的输入轴，减速器3的输出轴为竖直方向设置，其通过联轴器4与一主轴5连接。主轴5上端竖直向上延伸至上层地面，主轴5上端套设有一底部搭设在轴肩51上的摇臂6，摇臂6通过胀套7与主轴5紧固连接，使主轴5能够带动摇臂6做圆周运动。在摇臂6内部固定设置一驱动电机8，驱动电机8的输出轴通过联轴器9与中框传动轴10一端连接。中框传动轴10另一端延伸出摇臂6并通过胀套11与一呈“U”形的中框12的底板121紧固连接，使中框传动轴10能够带动中框12相对于摇臂6做滚转转动。其中，中框传动轴10沿摇臂6长度方向设置。中框12的两支臂122之间转动设置一封闭的吊篮13(如图3所示)，吊篮13的左右两侧面的中心分别与设置于两支臂122上的电机14的输出轴紧固连接，电机14的输出轴能够驱动吊篮13相对中框12做俯仰转动。
上述实施例中，摇臂6内竖直设置有多个垂直于其轴向的筋板61，中框传动轴10依次穿过各筋板61并通过轴承与各筋板61转动连接。
上述实施例中，吊篮13的前后两侧面分别为一曲面整流罩15，用于降低吊篮13及其内部结构在转动过程中的风阻。
上述实施例中，在摇臂6末端设置一配重块16，用于使摇臂6在运行过程中保持平衡。
上述实施例中，在主轴5上套设一支撑架18，支撑架18底部与上层地面紧固连接，在支撑架18上部紧固连接一套设在主轴5上的支撑座17，用于对上部的摇臂起到承重和支撑作用。
上述实施例中，摇臂6内部设置的驱动电机8可采用伺服电机直接驱动，支臂122上设置的电机14可采用无框力矩电机直接驱动。
上述实施例中，在吊篮13内紧固连接一座椅131，在座椅131左右两侧设置有用于控制整个飞行模拟器运转的操纵装置132。在座椅131前方设置有显示器133。在座椅131后方的吊篮13下部转动设置有一楼梯门134。
本发明采用的装置利用摇臂6围绕主轴5回转过程中产生的离心力来实现持续高过载的产生，同时利用中框12和吊篮13的有限、低速转动对飞行员实际所需的体感进行实时调整，因此本发明装置可以实现持续性的、高度逼真的过载飞行模拟。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (10)
1.一种具有持续性过载模拟能力的摇臂式飞行模拟器，其特征在于：它包括一固定于下层地面的主轴电机，所述主轴电机的输出轴通过第一联轴器水平连接一固定于所述下层地面的减速器的输入轴；所述减速器的输出轴为竖直方向设置，其通过第二联轴器与一主轴连接；所述主轴上端竖直向上延伸至上层地面，所述主轴上端套设有一底部搭设在轴肩上的摇臂；所述摇臂通过胀套与所述主轴紧固连接；在所述摇臂内部固定设置一驱动电机，所述驱动电机的输出轴通过第三联轴器与中框传动轴一端连接；所述中框传动轴另一端延伸出所述摇臂并通过另一胀套与一呈“U”形的中框的底板紧固连接，所述中框传动轴沿所述摇臂长度方向设置；所述中框的两支臂之间转动设置一封闭的吊篮，所述吊篮的左右两侧面的中心分别与设置于两所述支臂上的电机的输出轴紧固连接。
2.如权利要求1所述的一种具有持续性过载模拟能力的摇臂式飞行模拟器，其特征在于：所述摇臂内竖直设置有多个垂直于所述摇臂轴向的筋板，所述中框传动轴依次穿过各所述筋板并通过轴承与各所述筋板转动连接。
3.如权利要求1所述的一种具有持续性过载模拟能力的摇臂式飞行模拟器，其特征在于：所述吊篮的前后两侧面分别为一曲面整流罩。
4.如权利要求2所述的一种具有持续性过载模拟能力的摇臂式飞行模拟器，其特征在于：所述吊篮的前后两侧面分别为一曲面整流罩。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种具有持续性过载模拟能力的摇臂式飞行模拟器，其特征在于：在所述摇臂末端设置一配重块。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种具有持续性过载模拟能力的摇臂式飞行模拟器，其特征在于：在所述主轴上套设一支撑架，所述支撑架底部与所述上层地面紧固连接，在所述支撑架上部紧固连接一套设在所述主轴上的支撑座。
7.如权利要求5所述的一种具有持续性过载模拟能力的摇臂式飞行模拟器，其特征在于：在所述主轴上套设一支撑架，所述支撑架底部与所述上层地面紧固连接，在所述支撑架上部紧固连接一套设在所述主轴上的支撑座。
8.如权利要求1或2或3或4或7所述的一种具有持续性过载模拟能力的摇臂式飞行模拟器，其特征在于：所述摇臂内部设置的所述驱动电机采用伺服电机直接驱动，所述支臂上设置的所述电机采用无框力矩电机直接驱动。
9.如权利要求5所述的一种具有持续性过载模拟能力的摇臂式飞行模拟器，其特征在于：所述摇臂内部设置的所述驱动电机采用伺服电机直接驱动，所述支臂上设置的所述电机采用无框力矩电机直接驱动。
10.如权利要求6所述的一种具有持续性过载模拟能力的摇臂式飞行模拟器，其特征在于：所述摇臂内部设置的所述驱动电机采用伺服电机直接驱动，所述支臂上设置的所述电机采用无框力矩电机直接驱动。
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