CN116264044A - 飞行模拟器运动平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞行模拟器运动平台，包含Z轴旋转自由度机构(2)、X轴旋转自由度机构(9)、X与Z轴直线自由度机构(4)、动感装置(5)、驾驶舱(6)、Y轴旋转自由度机构(7)、动感座椅(8)，Y轴旋转自由度机构安装在X轴旋转自由度机构的轴承上，而X轴旋转自由度机构又安装在Z轴旋转自由度机构的Z轴承上，可实现360°旋转；X轴、Z轴直线自由度作用在舱体上面，Y轴直线自由度作用在动感座椅下面。本发明能真实的模拟飞行员在实战中用到的任何飞行姿态。

Description

飞行模拟器运动平台

技术领域

本发明属于航空工程技术领域，具体涉及一种飞行模拟器运动平台。

背景技术

让飞行员在飞行模拟器上进行模拟训练具有安全、经济、可控、可重复、无风险、不受气候条件和场地空间限制等独特优势，既能进行常规的正常操作训练，又能进行各种事故(包含灾难性事故)的特殊处置训练。

目前，最常用的飞行模拟器运动平台是六自由度Stewart平台，典型结构包含上、下两个平台(负载平台和基台)和铰副连接的六个移动副构成。通过控制移动副，来控制整体平台的运动，达到倾斜、抖动等动作。如专利公开号CN112483786A、CN107816507A、CN109986540A、CN113339361A、CN113119092A等皆是Stewart平台。通过此平台，可模拟坦克、舰艇、直升机、汽车驾驶、火车驾驶、地震以及动感电影、娱乐设备等驾驶状况，但不能真实模拟飞机的翻转、垂直爬升以及俯冲等状况，而此类状况对特种飞行员模拟实战对抗的训练必不可少。因此，开发一款可真实模拟各类机型的各种飞行姿态的模拟器势在必行。目前，虽然一些单位已开展了可翻转的运动平台研究，如专利公开号CN104916185A、CN102789709A，都能实现翻转的功能，但是此方式使用电机直接驱动整体装置进行转动，电机输出轴与整体装置旋转轴在同一轴线上，这种方式所承载的负载较小，不能达到负载10吨级以上并且响应快速的要求。同时，此类设计的空间有限，不能满足模拟飞行员在实际飞行中所达到的视角要求，从而达不到沉浸式的训练效果。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的发明目的在于提供一种飞行模拟器运动平台，可模拟各类机型的各种飞行姿态。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

一种飞行模拟器运动平台，包含电气控制柜1、Z轴旋转自由度机构2、X轴旋转自由度机构9、X与Z轴直线自由度机构4、动感装置5、驾驶舱6、Y轴旋转自由度机构7、动感座椅8；

Z轴旋转自由度机构2带动X轴旋转自由度机构9、X与Z轴直线自由度机构4、动感装置5、驾驶舱6、Y轴旋转自由度机构7、动感座椅8一起Z轴旋转；

X轴旋转自由度机构9在Z轴旋转自由度机构2上带动X与Z轴直线自由度机构4、动感装置5、驾驶舱6、Y轴旋转自由度机构7、动感座椅8一起X轴旋转；

Y轴旋转自由度机构7在X轴旋转自由度机构9上带动X与Z轴直线自由度机构4、动感装置5、驾驶舱6、动感座椅8一起Y轴旋转；

X与Z轴直线自由度机构4在Y轴旋转自由度机构7上带动动感装置5、驾驶舱6、动感座椅8一起在X轴、Z轴上进行直线运动；

驾驶舱6安装在与X与Z轴直线自由度机构4上，动感装置5安装在驾驶舱6上，动感装置5带动动感座椅8在Y轴上进行直线运动。

进一步，Z轴旋转自由度机构2包含Z电机201、二个底座202、二个Z轴承203、轴承连接件204；所述底座202为倒T型结构，底部开有通孔用于与地面安装固定，底座202上部安装一个Z轴承203；所述Z轴承203的外环上安装有齿环；所述Z电机201通过减速器和齿轮与Z轴承203上外环上的齿环进行啮合；所述轴承连接件204由3个圆环加工而成，其中2个小圆环对称处于大圆环的两侧，所述小圆环安装在Z轴承203的齿环上，二个Z轴承203在轴承连接件204的二端带动轴承连接件204Z轴旋转。

进一步，所述底座202厚度大于Z轴承203的宽度并且通过机械结构的方式使Z轴承203安装牢靠；所述Z轴承203在底座202上通过螺钉安装固定，并且角度可调。

进一步，X轴旋转自由度机构9包含二个X轴承901、齿环902、轴承内环903、若干个加强筋904、环幕安装支架905、X电机906；所述X轴承901为圆环状，安装在轴承连接件204的大圆环内侧两端；齿环902安装在二个X轴承901中间，通过齿环的滚动带动轴承内环903X轴旋转；所述轴承内环903通过加强筋904进行安装调节角度和内径大小；所述环幕安装支架905固定在轴承内环903上，通过与环幕3内部的骨架进行固定；所述X电机906通过减速器、齿轮与齿环902进行啮合和驱动。

进一步，Y轴旋转自由度机构7包含大底板701、Y电机702、Y齿环703、Y轴承704、支撑板705；所述大底板701安装在环幕安装支架905上，所述大底板701内部开有Y轴承704安装孔；所述Y轴承704安装在大底板701上，并且通过支撑板705进行限位和固定；Y齿环703安装在Y轴承704外环上，由Y齿环703的滚动带动Y轴承704旋转，从而带动支撑板705旋转；所述Y电机702通过减速器与Y齿环703进行啮合并提供驱动力。

进一步，环幕3安装在大底板701以及环幕安装支架905上；所述环幕3为薄壁结构，下部一定高度为垂直状屏幕，顶部为圆弧状结构；所述环幕3内部具有钢结构骨架，用以与环幕安装支架905安装固定。

进一步，X与Z轴直线自由度机构包含座舱平台401以及线性模组402；所述支撑板705上面开有滑槽；所述线性模组固定在座舱平台401底部，线性模组的滑块在支撑板705上滑槽内进行滑动；所述座舱平台大小根据驾驶舱大小进行调整安装。

进一步，驾驶舱安装在座舱平台401上，所述动感座椅安装在驾驶舱主控台中间位置；所述动感座椅下部安装有动感装置。

进一步，所述动感装置包含固定件501、伺服电机502、套筒503、弹簧504、滑柱505；所述固定件501通过螺栓固定在动感座椅下方；所述套筒503至少有3个，固定在动感座椅下面；每个套筒503内安装弹簧504，所述滑柱505固定在驾驶舱6上并供弹簧504上下滑动；通过驱动伺服电机502改变弹簧504压缩的长度。

进一步，电气控制柜1对Z电机201、X电机906、Y电机702、线性模组402、伺服电机502进行控制。

本发明有以下几处有益效果：

1、相对于六自由度Stewart平台，此平台的X轴、Y轴、Z轴旋转自由度通过齿环和电机的方式进行驱动，可实现360°旋转并可根据需要进行角度设定和调节；Y轴旋转自由度机构安装在X轴旋转自由度机构的轴承上，而X轴旋转自由度机构又安装在Z轴旋转自由度机构的Z轴承上；X轴、Y轴、Z轴旋转自由度分别由独立的电机进行控制，可同时运动也可独立运动；X轴、Z轴直线自由度作用在舱体上面，Y轴直线自由度作用在动感座椅下面。能真实的模拟飞行员在实战中用到的任何飞行姿态；同时，旋转角度可根据需要进行自由设定；

2、此平台安装的环幕可在飞行员视角内提供全方位的视景状态，无限接近真实的飞行状态，可实现飞行员对前、上、左、右方，甚至实现对左后、右后方的观察；

3、此平台的旋转结构全部采用齿环的方式，增大了电机距离负载质心的距离，即采用较小的动力，即可驱动装置快速运行起来，响应速度快，给飞行员的体验感更好；

4、此平台结构上采用工程中比较成熟的巨型齿轮、齿环，相对于采用巨型电机，成本更小，并且易于后期维护；

5、此平台在6个自由度分配上非常合理，并且各个自由度独立控制，可根据训练需要对飞行员有针对性的单项训练或综合训练。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面将对实施例或者现有技术描述中所需要的附图做一简单介绍。显而易见的，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说，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为本发明实施例提供的飞行模拟器运动平台的整体示意图；

图2为本发明实施例提供的飞行模拟器运动平台的Z轴旋转机构示意图；

图3为本发明实施例提供的飞行模拟器运动平台的X轴旋转机构示意图；

图4为本发明实施例提供的飞行模拟器运动平台的Y轴旋转机构示意图；

图5为本发明实施例提供的飞行模拟器运动平台的动感装置示意图；

图6为本发明实施例提供的飞行模拟器运动平台的X轴与Z轴直线自由度机构示意图。

附图标记说明：

1--电气控制柜；

2--Z轴旋转自由度机构；201-Z电机；202-底座；203-Z轴承；204-轴承连接件；

3--环幕；

4--X与Z轴直线自由度机构；401-座舱平台；402-线性模组；

5--动感装置；501-固定件；502-伺服电机；503-套筒；504-弹簧；505-滑柱；

6--驾驶舱；

7--Y轴旋转自由度机构；701-大底板；702-Y电机；703-Y齿环；704-Y轴承；705-支撑板；

8-动感座椅；

9-X轴旋转自由度机构；901-X轴承；902-齿环；903-轴承内环；904-加强筋；905-环幕安装支架；906-X电机。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，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。

如图1所示，本实施例所示的飞行模拟器运动平台包含：电气控制柜1、Z轴旋转自由度机构2、X轴旋转自由度机构9、X与Z轴直线自由度机构4、动感装置5、驾驶舱6、Y轴旋转自由度机构7、动感座椅8、环幕3等。

Z轴旋转自由度机构2带动X轴旋转自由度机构9、X与Z轴直线自由度机构4、动感装置5、驾驶舱6、Y轴旋转自由度机构7、动感座椅8一起Z轴旋转。

X轴旋转自由度机构9在Z轴旋转自由度机构2上带动X与Z轴直线自由度机构4、动感装置5、驾驶舱6、Y轴旋转自由度机构7、动感座椅8一起X轴旋转。

Y轴旋转自由度机构7在X轴旋转自由度机构9上带动X与Z轴直线自由度机构4、动感装置5、驾驶舱6、动感座椅8一起Y轴旋转。

X与Z轴直线自由度机构4在Y轴旋转自由度机构7上带动动感装置5、驾驶舱6、动感座椅8一起在X轴、Z轴上进行直线运动。

驾驶舱6安装在与X与Z轴直线自由度机构4上，动感装置5安装在驾驶舱6上，动感装置5带动动感座椅8在Y轴上进行直线运动。

如2图所示，Z轴旋转自由度机构2的大框架由钢材焊接和组装而成，主要包含：Z电机201、二个底座202、二个Z轴承203、轴承连接件204。所述底座202为铸件，作为轴承支架，所述底座202为倒T型结构，底部开有通孔用于与地面上的膨胀螺钉安装固定，底座202上部为半圆形结构，镂空部位安装一个Z轴承203；所述Z轴承203的外环上安装有齿环，用于与Z电机201啮合；所述Z电机201安装在底座202的外侧底部，Z电机201通过减速器和齿轮与Z轴承203上外环上的齿环进行啮合，可以增加电机到轴承中心的力臂；所述底座202厚度大于Z轴承203的宽度并且可通过机械结构的方式使Z轴承203安装牢靠；所述Z轴承203在底座202上可通过螺钉安装固定，并且角度可调，便于底座202与轴承连接件204安装时进行调节；所述轴承连接件204由3个圆环焊接或者整体铸件加工而成，其中2个小圆环对称处于大圆环的两侧，所述小圆环安装在Z轴承203的齿环上，二个Z轴承203在轴承连接件204的二端带动轴承连接件204Z轴旋转。

作为一个替换方案，Z轴承203可使用滑轨或者滚动的形式进行替代。

如图3所示，X轴旋转自由度机构9包含：二个X轴承901、齿环902、轴承内环903、若干个加强筋904、环幕安装支架905、X电机906。所述X轴承901为圆环状，安装在轴承连接件204的大圆环内侧两端；齿环902安装在二个X轴承901中间，通过齿环的滚动带动轴承内环903X轴旋转。所述轴承内环903通过加强筋904进行安装调节角度和内径大小；所述环幕安装支架905固定在轴承内环903上，通过与环幕3内部的骨架进行固定；所述X电机906固定在环幕安装支架905的下部，通过减速器、齿轮与齿环902进行啮合和驱动。

如图4所示，Y轴旋转自由度机构7包含：大底板701、Y电机702、Y齿环703、Y轴承704、支撑板705。所述大底板701安装在环幕安装支架905上，所述大底板701可分为两部分，下部为方形结构，上部为半圆形结构，内部开有Y轴承704安装孔；所述Y轴承704安装在大底板701上，并且通过支撑板705进行限位和固定；Y齿环703安装在Y轴承704外环上，由Y齿环703的滚动带动Y轴承704旋转，从而带动支撑板705旋转。所述Y电机702安装在大底板701上，通过减速器与Y齿环703进行啮合并提供驱动力。

作为一个替换方案，Y电机702也可以选择安装在支撑板上，通过减速器与大底板上的齿轮进行啮合，也可驱动Y轴旋转机构运动。

所述环幕3安装在大底板701以及环幕安装支架905上；所述环幕3为薄壁结构，下部一定高度为垂直状屏幕，顶部为圆弧状结构；所述环幕3内部具有钢结构骨架，用以与环幕安装支架905安装固定；所述环幕3外侧设计有公司LOGO。

如6图所示X与Z轴直线自由度机构包含座舱平台401以及线性模组402；所述支撑板705上面开有滑槽；所述线性模组固定在座舱平台401底部，线性模组的滑块在支撑板705上滑槽内进行滑动；所述座舱平台大小可根据驾驶舱大小进行调整安装。

所述驾驶舱为飞机模拟舱，驾驶舱内部操纵元器件以及各系统与实装飞机相同。

所述动感座椅安装在驾驶舱主控台中间位置；所述动感座椅下部安装有动感装置。

如5图所示，动感装置包含：固定件501、伺服电机502、套筒503、弹簧504、滑柱505。所述固定件501通过螺栓固定在动感座椅下方；所述伺服电机502安装在动感座椅与驾驶舱6之间；所述套筒503至少有3个，固定在动感座椅下面；每个套筒503内安装弹簧504，所述滑柱505固定在驾驶舱6上并供弹簧504上下滑动。通过驱动伺服电机502可改变弹簧504压缩的长度，从而给飞行员创造抖振的效果。

电气控制柜1对Z电机201、X电机906、Y电机702、线性模组402、伺服电机502等进行控制。

以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (10)

1.一种飞行模拟器运动平台，包含Z轴旋转自由度机构(2)、X轴旋转自由度机构(9)、X与Z轴直线自由度机构(4)、动感装置(5)、驾驶舱(6)、Y轴旋转自由度机构(7)、动感座椅(8)，其特征在于：

Z轴旋转自由度机构(2)带动X轴旋转自由度机构(9)、X与Z轴直线自由度机构(4)、动感装置(5)、驾驶舱(6)、Y轴旋转自由度机构(7)、动感座椅(8)一起Z轴旋转；

X轴旋转自由度机构(9)在Z轴旋转自由度机构(2)上带动X与Z轴直线自由度机构(4)、动感装置(5)、驾驶舱(6)、Y轴旋转自由度机构(7)、动感座椅(8)一起X轴旋转；

Y轴旋转自由度机构(7)在X轴旋转自由度机构(9)上带动X与Z轴直线自由度机构(4)、动感装置(5)、驾驶舱(6)、动感座椅(8)一起Y轴旋转；

X与Z轴直线自由度机构(4)在Y轴旋转自由度机构(7)上带动动感装置(5)、驾驶舱(6)、动感座椅(8)一起在X轴、Z轴上进行直线运动；

驾驶舱(6)安装在与X与Z轴直线自由度机构(4)上，动感装置(5)安装在驾驶舱(6)上，动感装置(5)带动动感座椅(8)在Y轴上进行直线运动。

2.根据权利要求1所述的一种飞行模拟器运动平台，其特征在于Z轴旋转自由度机构(2)包含Z电机(201)、二个底座(202)、二个Z轴承(203)、轴承连接件(204)；所述底座(202)为倒T型结构，底部开有通孔用于与地面安装固定，底座(202)上部安装一个Z轴承(203)；所述Z轴承(203)的外环上安装有齿环；所述Z电机(201)通过减速器和齿轮与Z轴承(203)上外环上的齿环进行啮合和驱动；所述轴承连接件(204)由3个圆环加工而成，其中2个小圆环对称处于大圆环的两侧，所述小圆环安装在Z轴承(203)的齿环上，二个Z轴承(203)在轴承连接件(204)的二端带动轴承连接件(204)Z轴旋转。

3.根据权利要求2所述的一种飞行模拟器运动平台，其特征在于所述底座(202)厚度大于Z轴承(203)的宽度并且通过机械结构的方式使Z轴承(203)安装牢靠；所述Z轴承(203)在底座(202)上通过螺钉安装固定，并且角度可调。

4.根据权利要求2所述的一种飞行模拟器运动平台，其特征在于X轴旋转自由度机构(9)包含二个X轴承(901)、齿环(902)、轴承内环(903)、若干个加强筋(904)、环幕安装支架(905)、X电机(906)；所述X轴承(901)为圆环状，安装在轴承连接件(204)的大圆环内侧两端；齿环(902)安装在二个X轴承(901)中间，通过齿环的滚动带动轴承内环(903)X轴旋转；所述轴承内环(903)通过加强筋(904)进行安装调节角度和内径大小；所述环幕安装支架(905)固定在轴承内环(903)上，通过与环幕(3)内部的骨架进行固定；所述X电机(906)通过减速器、齿轮与齿环(902)进行啮合和驱动。

5.根据权利要求4所述的一种飞行模拟器运动平台，其特征在于Y轴旋转自由度机构(7)包含大底板(701)、Y电机(702)、Y齿环(703)、Y轴承(704)、支撑板(705)；所述大底板(701)安装在环幕安装支架(905)上，所述大底板(701)内部开有Y轴承(704)安装孔；所述Y轴承(704)安装在大底板(701)上，并且通过支撑板(705)进行限位和固定；Y齿环(703)安装在Y轴承(704)外环上，由Y齿环(703)的滚动带动Y轴承(704)旋转，从而带动支撑板(705)旋转；所述Y电机(702)通过减速器与Y齿环(703)进行啮合并提供驱动力。

6.根据权利要求5所述的一种飞行模拟器运动平台，其特征在于还包含环幕(3)，环幕(3)安装在大底板(701)以及环幕安装支架(905)上；所述环幕(3)为薄壁结构，下部一定高度为垂直状屏幕，顶部为圆弧状结构；所述环幕(3)内部具有钢结构骨架，用以与环幕安装支架(905)安装固定。

7.根据权利要求5所述的一种飞行模拟器运动平台，其特征在于X与Z轴直线自由度机构包含座舱平台(401)以及线性模组(402)；所述支撑板(705)上面开有滑槽；所述线性模组固定在座舱平台(401)底部，线性模组的滑块在支撑板(705)上滑槽内进行滑动；所述座舱平台大小根据驾驶舱大小进行调整安装。

8.根据权利要求7所述的一种飞行模拟器运动平台，其特征在于驾驶舱安装在座舱平台(401)上，所述动感座椅安装在驾驶舱主控台中间位置；所述动感座椅下部安装有动感装置。

9.根据权利要求8所述的一种飞行模拟器运动平台，其特征在于所述动感装置包含：固定件(501)、伺服电机(502)、套筒(503)、弹簧(504)、滑柱505；所述固定件(501)通过螺栓固定在动感座椅下方；所述套筒(503)至少有3个，固定在动感座椅下面；每个套筒(503)内安装弹簧(504)，所述滑柱505固定在驾驶舱(6)上并供弹簧(504)上下滑动；通过驱动伺服电机(502)改变弹簧(504)压缩的长度。

10.根据权利要求9所述的一种飞行模拟器运动平台，其特征在于还包含电气控制柜(1)，电气控制柜(1)对Z电机(201)、X电机(906)、Y电机(702)、线性模组(402)、伺服电机(502)进行控制。

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