CN108961916A - 四自由度直升机动态飞行模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了四自由度直升机动态飞行模拟器，可在离心场下同时实现空间偏航、滚转与俯仰三个姿态的模拟，同时实现过载模拟；转臂上的安装部件采用集中布置的方式，其中采用平衡设计方法，根据配平原则设计配重单元，并安装在转臂上，使动态飞行模拟器的质心位于回转轴线上，降低模拟器因不平衡造成的振动；采用非对称式转臂结构减少动态飞行模拟器的转动惯量，使动态飞行模拟器的能耗降低；传动单元的采用，避免主减速电机的振动直接传递至转臂造成整个动态飞行模拟器振动过大，并且转臂及转臂安装部件的不平衡力通过传动单元传递给土建部分，增强了主减速电机运行稳定性。

Description

四自由度直升机动态飞行模拟器

技术领域

本发明属于直升机动态飞行模拟技术领域，具体涉及四自由度直升机动态飞行模拟器。

背景技术

四自由度直升机动态飞行模拟器是一种基于离心机的模拟运动平台，通过不同自由度的运动合成以模拟飞行员空间姿态的变化，在地面环境下模拟直升机空间异常飞行姿态，实现飞行员空间定向障碍的视觉、前庭与本体的感受，使飞行员具备良好的空间定向能力。

针对模拟器结构方面，目前离心模拟装置转臂与主电机相连，转臂直接安装在主电机轴上，由于主电机与转臂串联，主电机振动直接传递至转臂及座舱结构中，造成座舱振动过大，并且转臂与座舱形成的不平衡载荷反作用于主电机轴上，降低电机的稳定性。

针对模拟器实现功能方面，目前公开的飞行模拟器为三自由模拟装置，可在离心场环境下为试件或训练人员提供滚转与俯仰运动，但该类装置不能提供偏航运动；对于可为试件或训练人员提供滚转、俯仰与偏航运动的模拟装置，该装置不能提供实现离心运动的自由度，只能在非离心场下运动。

为了解决以上问题我方研发出了一种四自由度直升机动态飞行模拟器。

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四自由度直升机动态飞行模拟器。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

四自由度直升机动态飞行模拟器，包括：

用于载人的座舱；

用于座舱做俯仰动作的俯仰驱动系统；

用于座舱做滚转动作的滚转单元；滚转单元包括滚转驱动系统和滚转框，座舱通过俯仰驱动系统连接后在滚转框内做俯仰运动；

用于座舱做偏航动作的偏航单元；偏航单元包括偏航驱动系统和偏航框，滚转单元通过偏航驱动系统连接后在偏航框内做偏航运动；

用于为座舱提供离心力并使座舱做离心动作的离心单元；偏航单元与离心单元的作用端连接；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座舱的转动平面和滚转框的转动平面垂直。

四自由度直升机动态飞行模拟器由座舱、离心单元、滚转单元、偏航单元与俯仰驱动系统组成，其中离心单元驱动其上安装的座舱、滚转单元、偏航单元与俯仰驱动系统，使座舱、滚转单元、偏航单元与俯仰驱动系统在其转动平面内转动，此为第一自由度；偏航单元中，在其偏航驱动系统驱动偏航框及安装在偏航框上的座舱、滚转单元与俯仰驱动系统的转动，此为第二自由度；滚转单元中，在其滚转驱动系统驱动滚转框及安装在滚转框上的座舱与俯仰驱动系统的转动，此为第三自由度；俯仰驱动系统驱动座舱在滚转框内做转店铺哪个，此为第四自由度；四自由度直升机动态飞行模拟器具有四自由度运动，可在离心场下同时实现空间偏航、滚转与俯仰三个姿态的模拟，同时实现过载模拟。

具体地，离心单元包括：

主减速电机；

传动单元；

转臂；主减速电机的动力输出端与传动单元的动力输入端连接，传动单元的动力输出端与转臂的第一端固定连接；

配重单元；

仪器舱；配重单元和仪器舱均安装在转臂的第一端上部，偏航框安装在转臂的第二端上部。

其中主减速电机通过传动单元驱动转臂做旋转运动，离心运动传递至转臂及转臂安装部件；偏航单元通过偏航框与离心机转臂连接，实现离心运动传递至偏航单元；转臂上的安装部件采用集中布置的方式，其中采用平衡设计方法，根据配平原则设计配重单元，并安装在转臂上，使动态飞行模拟器的质心位于回转轴线上，降低模拟器因不平衡造成的振动；采用非对称式转臂结构减少动态飞行模拟器的转动惯量，使动态飞行模拟器的能耗降低。

进一步地，传动单元包括：

主轴；主减速电机输出轴与主轴的一端连接；

轴承系；

机座；机座固定在地面上，主轴的两端侧壁与轴承系的转动部分连接，轴承系的非转动部分固定在机座上；主轴的另一端与转臂的第一端固定连接。

传动单元的采用，避免主减速电机的振动直接传递至转臂造成整个动态飞行模拟器振动过大，并且转臂及转臂安装部件的不平衡力通过传动单元传递给土建部分，增强了主减速电机运行稳定性。

具体地，转臂的第二端内部安装有一轴承，偏航驱动系统安装在转臂的第二端，偏航驱动系统的动力输出轴穿过轴承的内圈后与偏航框的底部固定连接。

通过偏航驱动系统为偏航框及其上的部件提供转动动力，让座舱进行偏航运动。

具体地，偏航框上设置有为滚转驱动系统提供的安装平台与接口，滚转驱动系统安装在安装平台上，并通过接口驱动滚转框转动。

通过滚转驱动系统为滚转框及其上的部件提供转动动力，让座舱进行滚转运动。

具体地，滚转框上设置有为俯仰驱动系统提供的安装平台与接口，俯仰驱动系统安装在安装平台上，并通过接口驱动座舱转动。

通过俯仰驱动系统为座舱提供转动动力，让座舱进行俯仰运动。

本发明的有益效果在于：

本发明的四自由度直升机动态飞行模拟器：

1、四自由度直升机动态飞行模拟器由座舱、离心单元、滚转单元、偏航单元与俯仰驱动系统组成，其中离心单元驱动其上安装的座舱、滚转单元、偏航单元与俯仰驱动系统，使座舱、滚转单元、偏航单元与俯仰驱动系统在其转动平面内转动，此为第一自由度；偏航单元中，在其偏航驱动系统驱动偏航框及安装在偏航框上的座舱、滚转单元与俯仰驱动系统的转动，此为第二自由度；滚转单元中，在其滚转驱动系统驱动滚转框及安装在滚转框上的座舱与俯仰驱动系统的转动，此为第三自由度；俯仰驱动系统驱动座舱在滚转框内做转店铺哪个，此为第四自由度；四自由度直升机动态飞行模拟器具有四自由度运动，可在离心场下同时实现空间偏航、滚转与俯仰三个姿态的模拟，同时实现过载模拟。

2、其中主减速电机通过传动单元驱动转臂做旋转运动，离心运动传递至转臂及转臂安装部件；偏航单元通过偏航框与离心机转臂连接，实现离心运动传递至偏航单元；转臂上的安装部件采用集中布置的方式，其中采用平衡设计方法，根据配平原则设计配重单元，并安装在转臂上，使动态飞行模拟器的质心位于回转轴线上，降低模拟器因不平衡造成的振动；采用非对称式转臂结构减少动态飞行模拟器的转动惯量，使动态飞行模拟器的能耗降低。

3、传动单元的采用，避免主减速电机的振动直接传递至转臂造成整个动态飞行模拟器振动过大，并且转臂及转臂安装部件的不平衡力通过传动单元传递给土建部分，增强了主减速电机运行稳定性。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明中偏航单元的结构详图；

图3为本发明中转臂和偏航单元的连接结构示意图；

图4为本发明中传动单元的剖面结构示意图。

图中：1、主减速电机；2、传动单元；21、主轴；22、机座；23、轴承系；3、转臂；4、配重单元；5、仪器舱；6、偏航单元；61、偏航驱动系统；62、偏航框；7、滚转单元；71、滚转驱动系统；72、滚转框；8、座舱。

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、图2和图3所示：

四自由度直升机动态飞行模拟器，包括：

用于载人的座舱8；座舱8作为承载飞行员的部件；

用于座舱8做俯仰动作的俯仰驱动系统；

用于座舱8做滚转动作的滚转单元7；滚转单元7包括滚转驱动系统71和滚转框72，座舱8通过俯仰驱动系统连接后在滚转框72内做俯仰运动；

用于座舱8做偏航动作的偏航单元6；偏航单元6包括偏航驱动系统61和偏航框62，滚转单元7通过偏航驱动系统61连接后在偏航框62内做偏航运动；

用于为座舱8提供离心力并使座舱8做离心动作的离心单元；偏航单元6与离心单元的作用端连接；座舱8的转动平面与滚转框72的转动平面垂直，偏航框62的转动平面分别与座舱8的转动平面和滚转框72的转动平面垂直。

四自由度直升机动态飞行模拟器由座舱8、离心单元、滚转单元7、偏航单元6与俯仰驱动系统组成，其中离心单元驱动其上安装的座舱8、滚转单元7、偏航单元6与俯仰驱动系统，使座舱8、滚转单元7、偏航单元6与俯仰驱动系统在其转动平面内转动，此为第一自由度；偏航单元6中，在其偏航驱动系统61驱动偏航框62及安装在偏航框62上的座舱8、滚转单元7与俯仰驱动系统的转动，此为第二自由度；滚转单元7中，在其滚转驱动系统71驱动滚转框72及安装在滚转框72上的座舱8与俯仰驱动系统的转动，此为第三自由度；俯仰驱动系统驱动座舱8在滚转框72内做转店铺哪个，此为第四自由度；四自由度直升机动态飞行模拟器具有四自由度运动，可在离心场下同时实现空间偏航、滚转与俯仰三个姿态的模拟，同时实现过载模拟。

四自由度直升机动态飞行模拟器可在离心场环境下为飞行员三维空间任意合成姿态，提高飞行员空间定向能力；

实施例2，如图1所示：

本实施例与实施例1的区别在于：离心单元包括：

主减速电机1；

传动单元2；

转臂3；主减速电机1的动力输出端与传动单元2的动力输入端连接，传动单元2的动力输出端与转臂3的第一端固定连接；

配重单元4；

仪器舱5；配重单元4和仪器舱5均安装在转臂3的第一端上部，偏航框62安装在转臂3的第二端上部。

其中主减速电机1通过传动单元2驱动转臂3做旋转运动，离心运动传递至转臂3及转臂3安装部件；偏航单元6通过偏航框62与离心机转臂3连接，实现离心运动传递至偏航单元6；转臂3上的安装部件采用集中布置的方式，其中采用平衡设计方法，根据配平原则设计配重单元4，并安装在转臂3上，使动态飞行模拟器的质心位于回转轴线上，降低模拟器因不平衡造成的振动；采用非对称式转臂3结构减少动态飞行模拟器的转动惯量，使动态飞行模拟器的能耗降低。

实施例3，如图1和图4所示：

本实施例与实施例2的区别在于：传动单元2包括：

主轴21；主减速电机1输出轴与主轴21的一端连接，以传递扭矩；

轴承系23；

机座22；机座22固定在地面上，主轴21的两端侧壁与轴承系23的转动部分连接，轴承系23的非转动部分固定在机座22上；主轴21的另一端与转臂3的第一端固定连接。

传动单元2的采用，避免主减速电机1的振动直接传递至转臂3造成整个动态飞行模拟器振动过大，并且转臂3及转臂3安装部件的不平衡力通过传动单元2传递给土建部分，增强了主减速电机1运行稳定性。

主轴21与主减速电机1输出轴连接实现电机扭矩的传递，使主轴21做旋转运动；机座22固定在地面上，并通过轴承系23与主轴21连接，再固定轴承系23的非转动部分，机座22支承转臂3及转臂3上安装部件的重力，起承载作用；轴承系23安装于机座22与主轴21之间，实现转臂3定位，保证转臂3在离心力产生的不平衡力矩作用下平稳运行，并使主减速电机1产生的扭矩传递至转臂3，保证转臂3做离心旋转运动，使动态飞行模拟器整体实现离心场环境。

实施例4，如图1所示：

本实施例与实施例2的区别在于：

转臂3的第二端内部安装有一轴承，偏航驱动系统61安装在转臂3的第二端，偏航驱动系统61的动力输出轴穿过轴承的内圈后与偏航框62的底部固定连接。

通过偏航驱动系统61为偏航框62及其上的部件提供转动动力，让座舱8进行偏航运动。

实施例5，如图1和图2所示：

本实施例与实施例1的区别在于：偏航框62上设置有为滚转驱动系统71提供的安装平台与接口，滚转驱动系统71安装在安装平台上，并通过接口驱动滚转框72转动。

通过滚转驱动系统71为滚转框72及其上的部件提供转动动力，让座舱8进行滚转运动。

实施例6，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72上设置有为俯仰驱动系统提供的安装平台与接口，俯仰驱动系统安装在安装平台上，并通过接口驱动座舱8转动。

通过俯仰驱动系统为座舱8提供转动动力，让座舱8进行俯仰运动。

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 (6)

1.四自由度直升机动态飞行模拟器，其特征在于，包括：

用于载人的座舱；

用于座舱做俯仰动作的俯仰驱动系统；

用于座舱做滚转动作的滚转单元；滚转单元包括滚转驱动系统和滚转框，座舱通过俯仰驱动系统连接后在滚转框内做俯仰运动；

用于座舱做偏航动作的偏航单元；偏航单元包括偏航驱动系统和偏航框，滚转单元通过偏航驱动系统连接后在偏航框内做偏航运动；

用于为座舱提供离心力并使座舱做离心动作的离心单元；偏航单元与离心单元的作用端连接；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座舱的转动平面和滚转框的转动平面垂直。

2.根据权利要求1所述的四自由度直升机动态飞行模拟器，其特征在于，离心单元包括：

主减速电机；

传动单元；

转臂；主减速电机的动力输出端与传动单元的动力输入端连接，传动单元的动力输出端与转臂的第一端固定连接；

配重单元；

仪器舱；配重单元和仪器舱均安装在转臂的第一端上部，偏航框安装在转臂的第二端上部。

3.根据权利要求2所述的四自由度直升机动态飞行模拟器，其特征在于，传动单元包括：

主轴；主减速电机输出轴与主轴的一端连接；

轴承系；

机座；机座固定在地面上，主轴的两端侧壁与轴承系的转动部分连接，轴承系的非转动部分固定在机座上；主轴的另一端与转臂的第一端固定连接。

4.根据权利要求2所述的四自由度直升机动态飞行模拟器，其特征在于：转臂的第二端内部安装有一轴承，偏航驱动系统安装在转臂的第二端，偏航驱动系统的动力输出轴穿过轴承的内圈后与偏航框的底部固定连接。

5.根据权利要求1所述的四自由度直升机动态飞行模拟器，其特征在于：偏航框上设置有为滚转驱动系统提供的安装平台与接口，滚转驱动系统安装在安装平台上，并通过接口驱动滚转框转动。

6.根据权利要求1所述的四自由度直升机动态飞行模拟器，其特征在于：滚转框上设置有为俯仰驱动系统提供的安装平台与接口，俯仰驱动系统安装在安装平台上，并通过接口驱动座舱转动。