CN208384891U - 一种用于飞行控制系统教学的仿真飞机模型 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于飞行控制系统教学的仿真飞机模型，平台底座通过支撑杆连接飞机安放面，支撑杆与飞机安放面之间设有球型万向节，飞机模型的底部通过连接固定点固定在飞机安放面上；每个舵机均通过一个操纵连杆与被操纵的舵面相连接；所述机身座舱内设有与所有用电设备连接的电源，接收上位机指令的接收器，辨识上位机指令的控制器，控制器的输出连接所有的舵机，每个舵机与控制器之间通过编码控制。与现有技术相比较，本实用新型仿真飞机模型的操纵机构进行了特殊设计，接收器接受上位机指令可作出相应动作，更加形象生动直观的模拟真实飞机飞行过程中的情景，便于开展教学工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于飞行控制系统教学的仿真飞机模型，通过接收上位机指令，模拟飞机各操纵部件的运动，开展飞行控制系统课程相关的辅助教学。
背景技术
《飞行控制系统》是飞行器导航、自动化、制导与控制等专业的主要课程，此课程内容具有理论性、系统性，同时又有很强的应用背景。在传统的教学手段中，老师主要依靠PPT或者简单的动画，视频画面进行演示，不够直观，学生理解起来也比较困难。在学习的过程中，特别是初学者，对于飞控系统中各坐标系的定义及变换不清晰，飞机部件飞机飞行过程中的受力情况和作用理解不深，学生很难有机会直接观察飞机在运动中的状态，对于各种舵的偏转和产生的效果没有直观的理解等。
目前，已知市面上的仿真飞机模型有很多，但是没有专门辅助飞行控制系统教学的仿真模型。本发明通过仿真飞机模型接收上位机的指令，直观模拟真实飞机的操纵机构的运动。将抽象晦涩难懂的知识通过模型运动直观的展现出来，引导学生理解并掌握相关知识内容是该发明要解决的主要问题。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种用于飞行控制系统教学的仿真飞机模型，可配合老师完成日常教学讲解任务，将抽象难懂的知识通过模型运动清晰明了的展现出来，使学生对于飞行控制的理解更加深刻。
技术方案
一种用于飞行控制系统教学的仿真飞机模型，包括仿真飞机模型，其特征在于还包括平台底座10、飞机安放面9和支撑杆11；平台底座10通过支撑杆连接飞机安放面9，支撑杆与飞机安放面9之间设有球型万向节12，飞机模型的底部通过连接固定点13固定在飞机安放面9上；所述飞机模型包括机身7和机身7上的座舱8，设置在尾部的垂尾23，两侧的右翼19和左翼20，垂尾23两侧的右平尾22和左平尾21，以及位于机身7尾部的发动机4；在右翼19和左翼20的翼根部距后缘1/3弦长处分别设有右副翼舵机15和左副翼舵机14，用于驱动右副翼1和左副翼6；在右平尾22和左平尾21的靠机身侧距平尾底部1/4弦长处分别设有右升降舵舵机17和左升降舵舵机16，用于驱动右升降舵2和左升降舵5；在垂尾23的靠机身侧垂尾底部1/3弦长处设有方向舵舵机18，用于驱动方向舵3；所述每个舵机均通过一个操纵连杆与被操纵的舵面相连接；所述机身座舱内设有与所有用电设备连接的电源，接收上位机指令的接收器，辨识上位机指令的控制器，控制器的输出连接所有的舵机，每个舵机与控制器之间通过编码控制。
所述舵机与一个直流电机并联，舵机受控驱动舵面偏转；直流电机利用自身通电旋转的响声模拟涡轮引擎发动机的声音。
有益效果
本发明提出的一种用于飞行控制系统教学的仿真飞机模型，提供一架安置在三自由度运动平台之上的仿真飞机模型。飞机模型整体具有较高的仿真度，方向舵、升降舵、副翼、发动机等气动具有较高的辨识度。三自由度运动平台可带动飞机进行三自由度的运动，模拟展现真实飞机的俯仰、偏航、滚转运动。仿真飞机模型为仿F16飞机的泡沫结构，整体呈流线型，气动外形上具有较高的仿真度。仿真飞机模型的方向舵通过操纵连杆与舵机相连，可模拟真实飞机的方向舵运动。仿真飞机模型的升降舵通过操纵连杆与舵机相连，可模拟真实飞机的升降舵运动。仿真飞机模型的副翼通过操纵连杆与舵机相连，可模拟真实飞机的副翼运动。仿真飞机模型的机身后端设有一开口收容腔体，内置直流电机，以电机的响声模拟涡轮引擎发动机的声音。仿真飞机模型的机身前端设有座舱，座舱内的空间用于放置开关、电源、接收器与微控制器。
与现有技术相比较，本实用新型仿真飞机模型的操纵机构进行了特殊设计，接收器接受上位机指令可作出相应动作，更加形象生动直观的模拟真实飞机飞行过程中的情景，便于开展教学工作。
附图说明
图1为本发明所涉及的仿真飞机模型的正视图；
图2为本发明所涉及的仿真飞机模型的俯视图；
图3为本发明所涉及的仿真飞机模型的侧视图；
图4为本发明所涉及的副翼舵机舵机与升降舵舵机安装示意图；
图5为本发明所涉及的副翼舵机安装局部示意图；
图6为本发明所涉及的升降舵舵机安装局部示意图；
图7为本发明所涉及的方向舵舵机安装示意图；
图8为本发明所涉及的方向舵舵机安装局部示意图；
图9为本发明所涉及的舵机、操纵杆、操纵舵面连接示意图；
图10为本发明所涉及的控制系统原理图；
1、右副翼，2、右升降舵，3、方向舵，4、发动机，5、左升降舵，6、左副翼，7、机身，8、座舱，9、飞机安放面，10、平台底座，11、支撑杆，12、球型万向节，13、连接固定点，14、左副翼舵机，15、右副翼舵机，16、左升降舵舵机，17、右升降舵舵机，18、方向舵舵机，19、右翼，20、左翼，21、左平尾，22、右平尾，23、垂尾，24、操纵舵面，25、固定螺栓，26、操纵连杆，27、舵机。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
请参阅附图说明，本实用新型仿真飞机模型包括机身、机翼(含副翼)、方向舵、升降舵、动力装置等。电源、收发器、控制器安置于座舱中，直流电机安置于机身后端开口收容腔内。
平台底座10通过支撑杆连接飞机安放面9，支撑杆与飞机安放面9之间设有球型万向节12，飞机模型的底部通过连接固定点13固定在飞机安放面9上；所述飞机模型包括机身7和机身7上的座舱8，设置在尾部的垂尾23，两侧的右翼19和左翼20，垂尾23两侧的右平尾22和左平尾21，以及位于机身7尾部的发动机4；在右翼19和左翼20的翼根部距后缘1/3弦长处分别设有右副翼舵机15和左副翼舵机14，用于驱动右副翼1和左副翼6；在右平尾22和左平尾21的靠机身侧距平尾底部1/4弦长处分别设有右升降舵舵机17和左升降舵舵机16，用于驱动右升降舵2和左升降舵5；在垂尾23的靠机身侧垂尾底部1/3弦长处设有方向舵舵机18，用于驱动方向舵3；所述每个舵机均通过一个操纵连杆与被操纵的舵面相连接；所述机身座舱内设有与所有用电设备连接的电源，接收上位机指令的接收器，辨识上位机指令的控制器，控制器的输出连接所有的舵机，每个舵机与控制器之间通过编码控制。
仿真飞机模型直观的展示了飞机构造，可加深学生对飞机整体及操纵机构的认知。可辨识飞机的主要构成部分——机身7、升降舵2和5、方向舵3、副翼1和6等。
机身座舱内安置电源、接收器、控制器。电源为整个仿真飞机模型提供能源，本仿真飞机模型采用5V恒压源。接收器接收上位机指令，并将接收的指令信息传递给控制器。鉴于蓝牙通信具有无线传输、低功耗、使用方便等优点，本仿真飞机模型的接收器采用蓝牙装置，基于蓝牙4.0通信完成上位机指令接收。控制器接收接收器信息指令，并分析还原出上位机指令，驱动对应执行器完成系统响应。鉴于STM32F107具有灵活的定时器、充足的USART接口、方便的PWM输出等优点，本仿真模型的控制器采用STM32F107。执行器分为舵机和直流电机两部分。舵机通过操纵连杆与舵面相连，舵机的运动驱动舵面偏转；直流电机利用自身通电旋转的响声模拟涡轮引擎发动机的声音，以进行示教展示。本仿真模型采用ES08MA舵机与R385直流电机。
通过球型万向节12，飞机安放面9可带动仿真模型进行旋转、倾斜等动作，进而开展飞行力学基础概念的教学，加深学生对飞行控制中的常用坐标系即地面坐标系、机体坐标系、气流坐标系、稳定坐标系、航迹坐标系等的认知理解。同时也加深学生对飞机运动参数即姿态角、航迹角、气流角等的认知理解。
通过上位机驾驶杆横向运动指令驱动舵机14和15控制仿真飞机模型的右副翼1和左副翼6偏转。输入为正则代表左压杆，副翼“左下右上”正向偏转；输入为负则代表右压杆，副翼“左上右下”反向偏转，引导学生对滚转力矩进行分析。
通过上位机驾驶杆纵向运动指令驱动舵机16和17控制仿真飞机模型的右升降舵2和左升降舵5偏转。输入为正则代表前推杆，升降舵2和5模拟真实飞机的升降舵运动正向偏转；输入为负则代表后拉杆，升降舵2和5模拟真实飞机的升降舵运动反向偏转，引导学生对俯仰力矩进行分析。
通过上位机脚蹬指令驱动舵机18控制仿真飞机模型的方向舵3偏转。输入为正则代表脚蹬前移，方向舵3模拟真实飞机的方向舵正向偏转；输入为负则代表脚蹬后移，方向舵模拟真实飞机的升降舵反向偏转，引导学生对偏航力矩进行分析。
通过上位机油门杆指令控制仿真飞机模型的直流电机，直流电机转速高低的轰鸣声模拟真实飞机发动机因油门杆位不同而产生的轰鸣，加深学生对油门杆运动影响发动机推力的理解。
仿真飞机模型可作为飞行控制课程的辅助教学工具。主要应用于飞行力学基础的教学任务之中，可加深学生对于基础概念的掌握及作用于飞机上的力和力矩的理解。夯实基础，便于后续飞行运动方程的推导、小扰动线性化、控制律的设计等教学任务的展开。
Claims (2)
1.一种用于飞行控制系统教学的仿真飞机模型，包括仿真飞机模型，其特征在于还包括平台底座(10)、飞机安放面(9)和支撑杆(11)；平台底座(10)通过支撑杆连接飞机安放面(9)，支撑杆与飞机安放面(9)之间设有球型万向节(12)，飞机模型的底部通过连接固定点(13)固定在飞机安放面(9)上；所述飞机模型包括机身(7)和机身(7)上的座舱(8)，设置在尾部的垂尾(23)，两侧的右翼(19)和左翼(20)，垂尾(23)两侧的右平尾(22)和左平尾(21)，以及位于机身(7)尾部的发动机(4)；在右翼(19)和左翼(20)的翼根部距后缘1/3弦长处分别设有右副翼舵机(15)和左副翼舵机(14)，用于驱动右副翼(1)和左副翼(6)；在右平尾(22)和左平尾(21)的靠机身侧距平尾底部1/4弦长处分别设有右升降舵舵机(17)和左升降舵舵机(16)，用于驱动右升降舵(2)和左升降舵(5)；在垂尾(23)的靠机身侧垂尾底部1/3弦长处设有方向舵舵机(18)，用于驱动方向舵(3)；所述每个舵机均通过一个操纵连杆与被操纵的舵面相连接；所述机身座舱内设有与所有用电设备连接的电源，接收上位机指令的接收器，辨识上位机指令的控制器，控制器的输出连接所有的舵机，每个舵机与控制器之间通过编码控制。
2.根据权利要求1所述用于飞行控制系统教学的仿真飞机模型，其特征在于：所述舵机与一个直流电机并联，舵机受控驱动舵面偏转；直流电机利用自身通电旋转的响声模拟涡轮引擎发动机的声音。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN111420412A (zh) * | 2020-04-28 | 2020-07-17 | 山西中天世纪科技股份有限公司 | 一种飞机模型 |
| CN114120792A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-03-01 | 中国人民解放军海军航空大学 | 一种基于飞机姿态控制的专用教具 |
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| CN114120792B (zh) * | 2021-11-30 | 2024-02-27 | 中国人民解放军海军航空大学 | 一种基于飞机姿态控制的专用教具 |
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