CN115424496A - 空中加油训练模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空中加油训练模拟系统，主要针对空中加油训练领域，空中加油训练模拟系统包括：驾驶舱模块，包括：运动基座和驾驶舱；运动基座与驾驶舱连接，驾驶舱的外侧设置有受油口接头；加油模拟模块，包括支撑框架、加油管、机械臂和运动平台；加油管通过机械臂连接运动平台；机械臂和运动平台用于控制加油管的位置；在训练过程中，运动基座通过自身运动调整驾驶舱的姿势，以使驾驶舱模块的受油口接头与加油模拟模块的加油管对接。通过上述方式，空中加油训练模拟系统可以模拟空中加油训练时飞机的姿态以及加油管空中摆动的姿态，从而提升训练者的真实感，实现对空中加油环境的高逼真度训练。

Description

空中加油训练模拟系统

技术领域

本发明涉及模拟训练技术领域，尤其涉及一种空中加油训练模拟系统。

背景技术

近些年来，随着计算机技术的和仿真技术的不断发展，模拟仿真训练方面得到了巨大的发展，飞行员可以通过空中训练模拟系统进行训练，以全面锻炼技术，学习掌握难度较大而又危险的各种操作。

空中加油(Aerial refueling)技术是在飞行中通过加油机向其他飞机或直升机补充燃料的技术，可以显著提高战斗机的续航能力，在战略或战术航空兵部队作战中具有极其重要的支援作用。

然而，目前在飞机模拟训练领域，在地面多采用一些简易装置以及VR模拟的训练方法，在空中进行真机模拟训练。这些装置并不能满足空中加油模拟训练的要求。而采用真机空中训练则存在危险系数较高以及训练成本高等不足。

发明内容

本发明提供一种空中加油训练模拟系统，用以解决现有技术中飞机模拟训练系统装置简单，无法满足空中加油专项训练要求的缺陷，实现高逼真度的空中加油模拟训练，提升训练者的真实感。

本发明提供一种空中加油训练模拟系统，包括：驾驶舱模块，包括：运动基座和驾驶舱；运动基座与驾驶舱连接，驾驶舱的外侧设置有受油口接头；加油模拟模块，包括支撑框架、加油管、机械臂和运动平台；加油管通过机械臂连接运动平台；机械臂和运动平台用于控制加油管的位置；在训练过程中，运动基座通过自身运动调整驾驶舱的姿势，以使驾驶舱模块的受油口接头与加油模拟模块的加油管对接。

根据本发明提供的一种空中加油训练模拟系统，加油管包括加油管软管和加油管硬管，加油管硬管的第一端与机械臂连接，加油管硬管的第二端与加油管软管的第一端连接，加油管软管的第二端用于与受油口接头对接。

根据本发明提供的一种空中加油训练模拟系统，加油管软管为柔性材料；加油管硬管为刚性材料。

根据本发明提供的一种空中加油训练模拟系统，加油管软管的第二端为锥形，加油管软管第二端的末端为锥形底面。

根据本发明提供的一种空中加油训练模拟系统，加油管硬管的第二端与加油管软管的第一端可拆卸地连接，加油管硬管的第一端与机械臂可拆卸地连接。

根据本发明提供的一种空中加油训练模拟系统，还包括成像屏幕；支撑框架分别与运动平台以及成像屏幕连接，用于实现运动平台和成像屏幕之间的固定；成像屏幕围绕于驾驶舱设置，用于显示天空以及加油机的影像，实现对空中环境的模拟。

根据本发明提供的一种空中加油训练模拟系统，成像屏幕为弧形屏幕结构。

根据本发明提供的一种空中加油训练模拟系统，运动基座为六自由度运动基座，运动平台为XYZ三坐标移动平台，机械臂为六自由度机械臂。

根据本发明提供的一种空中加油训练模拟系统，运动平台包括第一方向移动组件、第二方向移动组件和第三方向移动组件；第二方向移动组件分别与第一方向移动组件和第二方向移动组件连接，第一方向移动组件的一端与支撑框架连接，第三方向移动组件与机械臂的一端连接；第一方向移动组件用于控制机械臂沿第一方向移动；第二方向移动组件用于控制机械臂沿第二方向移动；第三方向移动组件用于控制机械臂沿第三方向移动。

根据本发明提供的一种空中加油训练模拟系统，第一方向移动组件包括沿第一方向设置的第一滑轨和在第一滑轨上移动的第一拖板；第二方向移动组件包括沿第二方向设置的第二滑轨和在第二滑轨上移动的第二拖板；第三方向移动组件包括沿第三方向设置的第三滑轨和在第三滑轨上移动的第三拖板；第一拖板连接第二方向移动组件，第二拖板连接第三方向移动组件，第三拖板连接机械臂。

本发明提供的空中加油训练模拟系统，针对空中加油训练领域，空中加油训练模拟系统包括：驾驶舱模块，包括：运动基座和驾驶舱；运动基座与驾驶舱连接，驾驶舱的外侧设置有受油口接头；加油模拟模块，包括支撑框架、加油管、机械臂和运动平台；加油管通过机械臂连接运动平台；机械臂和运动平台用于控制加油管的位置；在训练过程中，运动基座通过自身运动调整驾驶舱的姿势，以使驾驶舱模块的受油口接头与加油模拟模块的加油管对接。通过上述方式，空中加油训练模拟系统可以模拟空中加油训练时飞机的姿态以及加油管空中摆动的姿态，从而提升训练者的真实感，实现对空中加油环境的高逼真度训练。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明空中加油训练模拟系统一实施例的结构示意图；

图2是本发明空中加油训练模拟系统中加油管一实施例的结构示意图；

图3是本发明空中加油训练模拟系统中驾驶舱模块一实施例的结构示意图；

图4是本发明空中加油训练模拟系统中运动平台和机械臂一实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种空中加油训练模拟系统，请参阅图1，图1是本发明空中加油训练模拟系统一实施例的结构示意图。在本实施例中，空中加油训练模拟系统可以包括驾驶舱模块110和加油模拟模块120。具体地：

驾驶舱模块110，包括：运动基座111和驾驶舱112；运动基座111与驾驶舱112连接，驾驶舱112的外侧设置有受油口接头113。可选地，受油口接头113设置在驾驶舱112的前端，以方便驾驶员在驾驶舱112内部时观察外侧的受油口接头113的位置及状态。

加油模拟模块120，包括支撑框架121、加油管122、机械臂123和运动平台124；加油管122通过机械臂123连接运动平台124；机械臂123和运动平台124用于控制加油管122的位置，从而模拟加油管122在空中摆动的情况。

在训练过程中，运动基座111通过自身运动调整驾驶舱112的姿势，以使驾驶舱模块110的受油口接头113与加油模拟模块120的加油管122对接。

机械臂123和运动平台124可以灵活控制加油管122的位置，以模拟真实空中加油时加油管122在空中摆动的情况；驾驶员坐在驾驶舱112中，驾驶舱112中设置有控制台，控制台可以包括推拉油门，操作飞行杆和舵等，驾驶员操作控制台发出运动指令，运动基座111根据运动指令运动，并且由于运动基座111与驾驶舱112连接，因此运动基座111可以通过自身运动调整驾驶舱112的姿势，因此驾驶员可以通过训练自己的对飞机的驾驶操作，使得驾驶舱112的受油口接头113与加油模拟模块120的加油管122对接，完成空中加油的训练模拟。

本实施例的空中加油训练模拟系统通过运动基座模拟飞机在空中的运动以及运动平台和机械臂的耦合作用实现加油管在空中的移动和摆动作用，模拟飞机空中加油时受油管路以及飞机受气流影响的摆动特性，为驾驶员提供高逼真度的空中加油训练环境，提高训练的真实感。此外，空中加油训练模拟系统采用模块化的设计，各模块可根据需要进行灵活的配置更换，可适用于多种不同型号飞机的真实模拟，具有较大的可扩展性以及适用范围。

飞机的空中加油系统分软管一锥管式(简称软式)及伸缩管式(简称硬式)两大类。

软式加油系统的主要设备是加油吊舱或加油平台。吊舱挂在加油机左右翼下，有些加油机还可以装在机身后部外侧。加油平台装在机身尾舱或弹舱内。

软管收放及响应飞机系统用于不加油时贮存加油软管，加油时放出及收回软管，保持软管一定的张力，防止软管过度松弛而甩动或张力过大而导致加油机和受油机意外脱开。

硬式加油系统的主体是安装在加油机尾部的伸缩套管，其根部用万向铰与加油机尾部承力结构相连。伸缩套管本身由内、外套管组成，它相当于液压作动筒，在液压作用下内管(相当于活塞杆)可沿外管滑动，构成可伸缩的燃油通路。

硬式加油系统不加油时，伸缩套管缩至最短，并由加油机尾部的钢索提升到紧贴机身尾部。加油时，放下伸缩套管，受油机进入对接范围后，加油员目视操纵小翼及伸缩内管，使加油接嘴插入受油机背部的受油插座并锁定。

加油过程中受油机可在一定范围内机动，随动系统使伸缩套管作相应运动，保持受油机和加油机的啮合状态。通过加油接嘴及受油插座上的互感线圈，可进行加油机和受油机之间的信号联络。加油完毕后，加油员操纵缩回内管拔出加油接嘴，受油机脱离。已有部分加油机装了摄像系统，加油员可通过显示屏进行遥控。

本实施例的空中加油训练模拟系统可以模拟真实飞机加油的场景，因此加油管可以采用上述的软式加油管或者硬式加油管。又或者，本实施例的空中加油训练模拟系统还可以根据训练的需要，对加油管进行改进。

在一些实施例中，加油管122可以包括加油管软管1221和加油管硬管1222。请参阅图1和图2，图2是本发明空中加油训练模拟系统中加油管一实施例的结构示意图。加油管硬管1222的第一端与机械臂123连接，加油管硬管1222的第二端与加油管软管1221的第一端连接，加油管软管1221的第二端用于与受油口接头113对接。

加油管硬管1222可以起到加油管软管1221和机械臂123之间加强连接的作用，加油管软管1221可以与受油口接头113对接。加油管软管1221的柔韧性比加油管硬管1222好，因此在对接过程中如果对接失败，由于加油管软管1221的特性，加油管软管1221也不容易因为受油口接头113的拉扯而导致断裂。可选地，加油管软管1221为柔性材料，例如橡胶等；加油管硬管1222为刚性材料，例如铝合金材料等。

在一些实施例中，加油管软管1221的第二端为锥形，加油管软管1221第二端的末端为锥形底面。

例如，加油管软管1221可以包括加油圆管和加油锥套，加油圆管的第一端作为加油管软管1221的第一端与加油管硬管1222连接，加油圆管的第二端与加油锥套的第一端连接，加油锥套的第二端与受油口接头113对接。其中，加油锥套第一端的横截面面积小于加油锥套第二端的横截面面积。

加油管软管1221的加油圆管和加油锥套可以是一体化设置，也可以是分体式设置，加油锥套可采用购买的真实件或者功能相同的仿真件，最大化的还原训练的逼真度。

在一些实施例中，加油管硬管1222的第二端与加油管软管1221的第一端可拆卸地连接，加油管硬管1222的第一端与机械臂123可拆卸地连接。两管之间可拆卸地连接，便于调整更换。

因此，本实施例的空中加油训练模拟系统中对加油管122进行了改进，同时采用加油管硬管1222和加油管软管1221，加油管硬管1222可以起到刚性连接的作用，加油管软管1221可以防止运动不协调导致的断裂问题。

在一些实施例中，空中加油训练模拟系统还包括成像屏幕130。继续参阅图1，支撑框架121分别与运动平台124以及成像屏幕130连接，用于实现运动平台124和成像屏幕130之间的固定；成像屏幕130围绕于驾驶舱112设置，用于显示天空以及加油机的影像，实现对空中环境的模拟。

可选地，成像屏幕130为弧形屏幕结构，例如图1所示的球形成像屏幕130，可以更加逼真的模拟天空效果。球状屏幕设置在驾驶舱112周围，通过投影实现对周围空天环境的模拟。空中加油训练模拟系统通过球幕结构在驾驶舱112前方进行空中以及加油机影像的图像模拟，同飞机运动控制相结合实现高度的逼真化。

需要说明的是，成像屏幕130可以是能够自己产生影像的显示屏，也可以是结合投影仪的空白屏幕。

简易装置以及VR训练的方法存在代入感较差，逼真程度不高等不足，其训练效果较为一般。因此本实施例为了提高模拟训练的真实感，给使用者更加真实和立体的体验，采用弧形屏幕结构并结合影像投影技术实现对空中加油环境的高度逼真模拟，进而为训练人员提供高逼真度的训练感受。

此外，为了提高本发明空中加油训练模拟系统的运动灵活性，在一些实施例中，运动基座111可以选择六自由度运动基座111，运动平台124可以选择XYZ三坐标移动平台，机械臂123可以选择六自由度机械臂123。具体请参阅图3和图4，图3是本发明空中加油训练模拟系统中驾驶舱模块一实施例的结构示意图；图4是本发明空中加油训练模拟系统中运动平台和机械臂一实施例的结构示意图。

驾驶舱112与六自由度运动基座111采用标准化机械接口，便于不同机型座舱的调整更换。加油管122末端同六自由度机械臂123刚性连接，通过控制六自由度机械臂123在空间的运动实现对加油管122在空中随气流摆动的效果。六自由度机械臂123同XYZ三坐标移动平台刚性连接，实现加油管122在空间中在X、Y、Z三个方向的移动，模拟飞机远离及接近时的场景。

物体在空间具有六个自由度，即沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度。因此根据六自由度可以完全确定物体的位置。

六自由度运动基座是由六支作动筒，上、下各六只万向铰链和上、下两个平台组成，下平台固定在基础上，借助六支作动筒的伸缩运动，完成上平台在空间六个自由度(X，Y，Z，α，β，γ)的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态。

六自由度机械臂，其动作灵活性高，工作空间范围大，并且结构紧凑，占地面积也比较小，关节上相对运动部件容易密封防尘。

请参阅图4，运动平台124包括第一方向移动组件、第二方向移动组件和第三方向移动组件；第二方向移动组件分别与第一方向移动组件和第二方向移动组件连接，第一方向移动组件的一端与支撑框架121连接，第三方向移动组件与机械臂123的一端连接；第一方向移动组件用于控制机械臂123沿第一方向移动；第二方向移动组件用于控制机械臂123沿第二方向移动；第三方向移动组件用于控制机械臂123沿第三方向移动。

其中，第一方向、第二方向和第三方向可以分别为x方向、y方向和z方向。

在一些实施例中，第一方向移动组件包括沿第一方向设置的第一滑轨和在第一滑轨上移动的第一拖板；第二方向移动组件包括沿第二方向设置的第二滑轨和在第二滑轨上移动的第二拖板；第三方向移动组件包括沿第三方向设置的第三滑轨和在第三滑轨上移动的第三拖板；第一拖板连接第二方向移动组件，第二拖板连接第三方向移动组件，第三拖板连接机械臂123。

综上，本实施例的空中加油训练模拟系统设置有多个多自由度运动系统，通过系统的耦合实现对加油管空中摆动以及飞机姿态的模拟；通过机械结构同图像模拟的相结合实现对空中加油训练环境的高度模拟；系统采用模块化设计，各模块之间多采用可拆卸连接等标准化机械接口，便于不同模块之间的系统重构，大大的提高了系统对不同机型不同环境的适应能力。可拆卸连接包括但不限于螺纹连接、销连接、挤压连接等。具体可根据实际情况进行选择。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种空中加油训练模拟系统，其特征在于，包括：

驾驶舱模块，包括：运动基座和驾驶舱；所述运动基座与所述驾驶舱连接，所述驾驶舱的外侧设置有受油口接头；

加油模拟模块，包括支撑框架、加油管、机械臂和运动平台；所述加油管通过所述机械臂连接所述运动平台；所述机械臂和所述运动平台用于控制所述加油管的位置；

在训练过程中，所述运动基座通过自身运动调整所述驾驶舱的姿势，以使所述驾驶舱模块的受油口接头与所述加油模拟模块的加油管对接。

2.根据权利要求1所述的空中加油训练模拟系统，其特征在于，所述加油管包括加油管软管和加油管硬管，所述加油管硬管的第一端与所述机械臂连接，所述加油管硬管的第二端与所述加油管软管的第一端连接，所述加油管软管的第二端用于与所述受油口接头对接。

3.根据权利要求2所述的空中加油训练模拟系统，其特征在于，所述加油管软管为柔性材料；所述加油管硬管为刚性材料。

4.根据权利要求2所述的空中加油训练模拟系统，其特征在于，所述加油管软管的第二端为锥形，所述加油管软管第二端的末端为锥形底面。

5.根据权利要求2所述的空中加油训练模拟系统，其特征在于，所述加油管硬管的第二端与所述加油管软管的第一端可拆卸地连接，所述加油管硬管的第一端与所述机械臂可拆卸地连接。

6.根据权利要求1所述的空中加油训练模拟系统，其特征在于，还包括成像屏幕；

所述支撑框架分别与所述运动平台以及所述成像屏幕连接，用于实现所述运动平台和所述成像屏幕之间的固定；

所述成像屏幕围绕于所述驾驶舱设置，用于显示天空以及加油机的影像，实现对空中环境的模拟。

7.根据权利要求6所述的空中加油训练模拟系统，其特征在于，所述成像屏幕为弧形屏幕结构。

8.根据权利要求1所述的空中加油训练模拟系统，其特征在于，所述运动基座为六自由度运动基座，所述运动平台为XYZ三坐标移动平台，所述机械臂为六自由度机械臂。

9.根据权利要求1所述的空中加油训练模拟系统，其特征在于，所述运动平台包括第一方向移动组件、第二方向移动组件和第三方向移动组件；

所述第二方向移动组件分别与所述第一方向移动组件和所述第二方向移动组件连接，所述第一方向移动组件的一端与所述支撑框架连接，所述第三方向移动组件与所述机械臂的一端连接；

所述第一方向移动组件用于控制所述机械臂沿第一方向移动；所述第二方向移动组件用于控制所述机械臂沿第二方向移动；所述第三方向移动组件用于控制所述机械臂沿第三方向移动。

10.根据权利要求9所述的空中加油训练模拟系统，其特征在于，所述第一方向移动组件包括沿所述第一方向设置的第一滑轨和在所述第一滑轨上移动的第一拖板；所述第二方向移动组件包括沿所述第二方向设置的第二滑轨和在所述第二滑轨上移动的第二拖板；所述第三方向移动组件包括沿所述第三方向设置的第三滑轨和在所述第三滑轨上移动的第三拖板；

所述第一拖板连接所述第二方向移动组件，所述第二拖板连接所述第三方向移动组件，所述第三拖板连接所述机械臂。

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