CN108766101B - 用于直升机动态飞行模拟器的三自由度转框系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于直升机动态飞行模拟器的三自由度转框系统，滚转框与载人座舱可转动连接实现载人座舱的俯仰运动，偏航框与滚转框可转动连接实现载人座舱的滚转运动，偏航框与离心机转臂末端通过轴承连接实现载人座舱的偏航运动，因而实现载人座舱在离心场中的三自由度转动；通过胀套分别连接滚转框与载人座舱、滚转框与偏航框，且动力系统安装在轴套上，轴套安装在轴孔中，这样的结构配合比较容易安装和拆卸；销轴上的圆台结构与轴孔内锥面的设计，使得在销轴安装时候，可自动导向定中，配合精度高。

Description

用于直升机动态飞行模拟器的三自由度转框系统

技术领域

本发明属于直升机动态飞行模拟技术领域，具体涉及用于直升机动态飞行模拟器的三自由度转框系统。

背景技术

直升机动态飞行模拟器三自由度转框系统，安装在离心机平台转臂末端，可在持续过载环境下实现空间任意姿态变化，用于飞行模拟训练，特别是飞行错觉训练。飞行错觉，即飞行员不能正确感知飞机或自身的位置、运动和姿态，容易引起错误操作导致飞行事故。为了减少飞行错觉，一种有效的方法是通过地面模拟器模拟，以提高飞行员的认知，达到在真实飞行中克服飞行错觉的目的。

目前已经公开一种具有持续性过载模拟能力的摇臂式飞行模拟器(申请号为201510083519.5)，其通过摇臂内部设置的电机驱动U形中框实现回转运动，又通过U形中框支臂上的电机驱动吊篮，实现飞行员高过载训练。其中的U形中框及其附属的驱动连接结构，实质是离心场中二自由度转框系统。

目前公布的三轴全向飞行模拟器(申请号为201620835979.9)也采用了万向架结构(由环形框架和U形支架组成)，但是其用于非离心场环境，结构强度、刚度设计并没有考虑离心场环境。类似的结构还有三轴转台结构，其主要考虑旋转精度问题，用于非离心场环境，也没有针对离心场环境设计。

现有技术中的用于直升机动态飞行模拟器的三自由度转框系统存在以下问题：

1、由于离心场中二自由度转框系统只能实现持续过载环境下二维姿态变化，只能模拟部分飞行错觉，其主要用途是实现高过载训练。因此，为了实现持续过载环境下三维空间姿态变化，模拟更多的飞行错觉，需要设计离心场中三自由度转框系统。

2、在离心场环境中，现有技术的转框并不能克服离心场下承受的巨大的倾覆力、离心力，以及克服电机驱动力矩有限的问题。

3、现有技术中，多自由度的转框系统拆装困难。

4、现有技术中，轴系连接同轴困难、还存在过定位问题。

5、现有技术中，转框存在静平衡问题。

为了解决以上问题我方研发出了一种用于直升机动态飞行模拟器的三自由度转框系统。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种用于直升机动态飞行模拟器的三自由度转框系统。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

用于直升机动态飞行模拟器的三自由度转框系统，包括：

滚转框；载人座舱可转动安装在滚转框上；

偏航框；滚转框可转动安装在偏航框上，偏航框可转动安装在离心机平台转臂上；载人座舱的转动平面与滚转框的转动平面垂直，偏航框的转动平面分别与载人座舱的转动平面和滚转框的转动平面垂直。

滚转框与载人座舱可转动连接实现载人座舱的俯仰运动，偏航框与滚转框可转动连接实现载人座舱的滚转运动，偏航框与离心机转臂末端通过轴承连接实现载人座舱的偏航运动，因而实现载人座舱在离心场中的三自由度转动。

滚转框为长方形框体结构，滚转框包括：

矩形内圈板；

矩形外圈板；外圈板装在内圈板外部；

两个盖板；两个盖板分别设置在内圈板和外圈板组合后的上下部，并围成矩形中空结构，矩形中空结构每个侧边上均设置一个轴孔，相对侧边上的两个轴孔同轴心线。

滚转框的矩形中空结构设计，使得滚转框减轻了质量及转动惯量；且滚转框的独特结构设计再配合安装配重块后保证质心位于载人座舱中心线处。

滚转框还包括有：

多个肋板；多个肋板间隔均匀的竖向安装在矩形中空结构内部，且每个肋板的四边分别固定连接内圈板、外圈板和两个盖板；

多个筋板；筋板安装在轴孔两侧的矩形中空结构内部，筋板的四边分别固定连接内圈板、外圈板、一个肋板和轴孔壁。

肋板和筋板的设计，只是增加了较小的重量即增加了滚转框的结构强度与刚度，同时增加结构整体性与可靠性。

在轴孔的上方和下方，且位于内圈板和外圈板上的位置安装有加强板。

轴孔附近是滚转框上刚度较低的地方，将加强板焊接在四个轴孔附近的滚转框表面，增强整个滚转框的刚度。

在偏航框上设置有一对轴孔，在偏航框上的一对轴孔和滚转框上的一对轴孔内均安装有转动连接件，转动连接件包括：

配合固定安装在轴孔中的轴套；动力系统固定安装在轴套上；

安装在轴套内的圆锥滚子轴承；

销轴；圆锥滚子轴承套装在销轴的中部，销轴的第一端穿过轴套后通过胀套与载人座舱或滚转框固定传动连接，销轴的第二端与减速器的动力输出端连接。

通过销轴与偏航框、滚转框上的轴孔配合安装，实现了转动定位；通过胀套分别连接滚转框与载人座舱、滚转框与偏航框，且动力系统安装在轴套上，轴套安装在轴孔中，这样的结构配合比较容易安装和拆卸。

销轴上的一段为圆台结构，轴孔内的一段为锥面，销轴上的圆台结构段与轴孔内的锥面定位配合安装。

销轴上的圆台结构与轴孔内锥面的设计，使得在销轴安装时候，可自动导向定中，配合精度高。

动力系统通过螺钉固定安装在轴套上，在螺钉的头部与轴套之间设置有调整垫片。

通过调整垫片的厚度调整，解决销轴分别与载人座舱、动力系统的同时连接带来的过定位问题。

在轴套内部靠近圆锥滚子轴承的一端设置有挡脂盘。

偏航框为U型中空结构，在偏航框的开口两端均设置有一轴孔，偏航框底端可转动安装在离心机平台转臂上。

偏航框的独特结构设计，减少了重量及转动惯量；采用等强度梁设计思想，减少底部应力集中，提高偏航框刚度。

滚转框和载人座舱均由动力系统驱动，动力系统包括电机、减速器。

本发明的有益效果在于：

本发明的用于直升机动态飞行模拟器的三自由度转框系统：

1、滚转框与载人座舱可转动连接实现载人座舱的俯仰运动，偏航框与滚转框可转动连接实现载人座舱的滚转运动，偏航框与离心机转臂末端通过轴承连接实现载人座舱的偏航运动，因而实现载人座舱在离心场中的三自由度转动。

2、滚转框的矩形中空结构设计，使得滚转框减轻了质量及转动惯量；且滚转框的独特结构设计再配合安装配重块后保证质心位于载人座舱中心线处。

3、肋板和筋板的设计，只是增加了较小的重量即增加了滚转框的结构强度与刚度，同时增加结构整体性与可靠性。

4、轴孔附近是滚转框上刚度较低的地方，将加强板焊接在四个轴孔附近的滚转框表面，增强整个滚转框的刚度。

5、通过销轴与偏航框、滚转框上的轴孔配合安装，实现了转动定位；通过胀套分别连接滚转框与载人座舱、滚转框与偏航框，且动力系统安装在轴套上，轴套安装在轴孔中，这样的结构配合比较容易安装和拆卸。

6、销轴上的圆台结构与轴孔内锥面的设计，使得在销轴安装时候，可自动导向定中，配合精度高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中滚转框的结构示意图；

图3为本发明中转动连接件的结构示意图。

图中：1、滚转框；11、内圈板；12、盖板；13、外圈板；14、肋板；15、筋板；16、轴孔；17、加强板；2、转动连接件；21、胀套；22、销轴；23、圆锥滚子轴承；24、轴套；25、调整垫片；26、挡脂盘；3、偏航框。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例1，如图1所示：

用于直升机动态飞行模拟器的三自由度转框系统，包括：

滚转框1；载人座舱(图中未示出)可转动安装在滚转框1上；

偏航框3；滚转框1可转动安装在偏航框3上，偏航框3可转动安装在离心机平台转臂上；载人座舱的转动平面与滚转框1的转动平面垂直，偏航框3的转动平面分别与载人座舱的转动平面和滚转框1的转动平面垂直。

滚转框1与载人座舱可转动连接实现载人座舱的俯仰运动，偏航框3与滚转框1可转动连接实现载人座舱的滚转运动，偏航框3与离心机转臂末端通过轴承连接实现载人座舱的偏航运动，因而实现载人座舱在离心场中的三自由度转动。

实施例2，如图1和图2所示：

本实施例与实施例1的区别在于：滚转框1为长方形框体结构，滚转框1包括：

矩形内圈板11；

矩形外圈板13；外圈板13装在内圈板11外部；

两个盖板12；两个盖板12分别设置在内圈板11和外圈板13组合后的上下部，并围成矩形中空结构，矩形中空结构每个侧边上均设置一个轴孔16，相对侧边上的两个轴孔16同轴心线。矩形中空结构每个侧边上的轴孔16均位于每个侧边上的中心位置。优选在滚转框1上，设置轴孔16的位置处，内圈板11和外圈板13分别向上和向下有凸起，位于上方的盖板12往上设置有凸起，位于下方的盖板12往下设置有凸起，这种独特结构的改变是为了更好的配合轴孔16大小设置。

滚转框1的矩形中空结构设计，使得滚转框1减轻了质量及转动惯量；且滚转框1的独特结构设计再配合安装配重块后保证质心位于载人座舱中心线处。

实施例3，如图2所示：

本实施例与实施例2的区别在于：滚转框1还包括有：

多个肋板14；多个肋板14间隔均匀的竖向安装在矩形中空结构内部，且每个肋板14的四边分别固定连接内圈板11、外圈板13和两个盖板12；

多个筋板15；筋板15安装在轴孔16两侧的矩形中空结构内部，筋板15的四边分别固定连接内圈板11、外圈板13、一个肋板14和轴孔16壁。

肋板14和筋板15的设计，只是增加了较小的重量即增加了滚转框1的结构强度与刚度，同时增加结构整体性与可靠性。筋板15的设计增加了滚转框1轴孔16处的结构强度。

实施例4，如图2所示：

本实施例与实施例3的区别在于：滚转框1还包括有：

在轴孔16的上方和下方，且位于内圈板11和外圈板13上的位置安装有加强板17。位于加强板17的形状优选与实施例2中的矩形内圈板11和矩形外圈板13相匹配，且还需要与轴孔16的形状相互匹配，想成包围状的结构。

轴孔16附近是滚转框1上刚度较低的地方，将加强板17焊接在四个轴孔16附近的滚转框1表面，增强整个滚转框1的刚度。

实施例5，如图1和图3所示：

本实施例与实施例2、实施例3和实施例4的任一项的区别在于：滚转框1还包括有：

在偏航框3上设置有一对轴孔16，在偏航框3上的一对轴孔16和滚转框1上的一对轴孔16内均安装有转动连接件2，转动连接件2包括：

配合固定安装在轴孔16中的轴套24；动力系统固定安装在轴套24上，优选通过螺钉；

安装在轴套24内的圆锥滚子轴承23；

销轴22；圆锥滚子轴承23套装在销轴22的中部，销轴22的第一端穿过轴套24后通过胀套21与载人座舱或滚转框1固定传动连接，销轴22的第二端与减速器的动力输出端连接。

通过销轴22与偏航框3、滚转框1上的轴孔16配合安装，实现了转动定位；通过胀套21分别连接滚转框1与载人座舱、滚转框1与偏航框3，且动力系统安装在轴套24上，轴套24安装在轴孔16中，这样的结构配合比较容易安装和拆卸。

实施例6，如图3所示：

本实施例与实施例5的区别在于：销轴22上的一段为圆台结构，轴孔16内的一段为锥面，销轴22上的圆台结构段与轴孔16内的锥面定位配合安装。

销轴22上的圆台结构与轴孔16内锥面的设计，使得在销轴22安装时候，可自动导向定中，配合精度高。

实施例7，如图3所示：

本实施例与实施例5的区别在于：动力系统通过螺钉固定安装在轴套24上，在螺钉的头部与轴套24之间设置有调整垫片25。

通过调整垫片25的厚度调整(增加减少垫片/切换垫片的型号)，解决销轴22分别与载人座舱、动力系统的同时连接带来的过定位问题。

实施例8，如图3所示：

本实施例与实施例5的区别在于：在轴套24内部靠近圆锥滚子轴承23的一端设置有挡脂盘26。

实施例9，如图1所示：

本实施例与实施例1的区别在于：偏航框3为U型中空结构，在偏航框3的开口两端均设置有一轴孔16，偏航框3底端可转动安装在离心机平台转臂上。

偏航框3的独特结构设计，减少了重量及转动惯量；采用等强度梁设计思想，减少底部应力集中，提高偏航框3刚度。

实施例10，如图1所示：

本实施例与实施例1的区别在于：滚转框1和载人座舱均由动力系统驱动，动力系统包括电机、减速器。电机、减速器相对整个转框系统可单独拆装。

实施例11：

本实施例与以上实施例的区别在于：还包括集流环，集流环经由轴套24中对应的孔通过螺钉连接固定在偏航框3或滚转框1中。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (8)

1.用于直升机动态飞行模拟器的三自由度转框系统，其特征在于，包括：

滚转框；载人座舱可转动安装在滚转框上；

偏航框；滚转框可转动安装在偏航框上，偏航框可转动安装在离心机平台转臂上；载人座舱的转动平面与滚转框的转动平面垂直，偏航框的转动平面分别与载人座舱的转动平面和滚转框的转动平面垂直；

滚转框为长方形框体结构，滚转框包括：

矩形内圈板；

矩形外圈板；外圈板装在内圈板外部；

两个盖板；两个盖板分别设置在内圈板和外圈板组合后的上下部，并围成矩形中空结构，矩形中空结构每个侧边上均设置一个轴孔，相对侧边上的两个轴孔同轴心线；

在偏航框上设置有一对轴孔，在偏航框上的一对轴孔和滚转框上的一对轴孔内均安装有转动连接件，转动连接件包括：

配合固定安装在轴孔中的轴套；动力系统固定安装在轴套上；

安装在轴套内的圆锥滚子轴承；

销轴；圆锥滚子轴承套装在销轴的中部，销轴的第一端穿过轴套后通过胀套与载人座舱或滚转框固定传动连接，销轴的第二端与减速器的动力输出端连接。

2.根据权利要求1所述的用于直升机动态飞行模拟器的三自由度转框系统，其特征在于，滚转框还包括有：

多个肋板；多个肋板间隔均匀的竖向安装在矩形中空结构内部，且每个肋板的四边分别固定连接内圈板、外圈板和两个盖板；

多个筋板；筋板安装在轴孔两侧的矩形中空结构内部，筋板的四边分别固定连接内圈板、外圈板、一个肋板和轴孔壁。

3.根据权利要求2所述的用于直升机动态飞行模拟器的三自由度转框系统，其特征在于：在轴孔的上方和下方，且位于内圈板和外圈板上的位置安装有加强板。

4.根据权利要求1所述的用于直升机动态飞行模拟器的三自由度转框系统，其特征在于：销轴上的一段为圆台结构，轴孔内的一段为锥面，销轴上的圆台结构段与轴孔内的锥面定位配合安装。

5.根据权利要求1所述的用于直升机动态飞行模拟器的三自由度转框系统，其特征在于：动力系统通过螺钉固定安装在轴套上，在螺钉的头部与轴套之间设置有调整垫片。

6.根据权利要求1所述的用于直升机动态飞行模拟器的三自由度转框系统，其特征在于：在轴套内部靠近圆锥滚子轴承的一端设置有挡脂盘。

7.根据权利要求1所述的用于直升机动态飞行模拟器的三自由度转框系统，其特征在于：偏航框为U型中空结构，在偏航框的开口两端均设置有一轴孔，偏航框底端可转动安装在离心机平台转臂上。

8.根据权利要求1所述的用于直升机动态飞行模拟器的三自由度转框系统，其特征在于：滚转框和载人座舱均由动力系统驱动，动力系统包括电机、减速器。

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