CN220171661U - 一种基于小型六自由度运动平台的飞行模拟器 - Google Patents

Abstract

一种基于小型六自由度运动平台的飞行模拟器，属于飞行仿真技术领域，包括主体机构，主体机构包括安装基座，安装基座顶侧的前部设置有球带投影幕，球带投影幕的顶端设置有球带上盖，球带上盖的底侧设置有视景投影部，视景投影部的下方设置有小型六自由度运动平台，小型六自由度运动平台包括固定于安装基座顶侧的下静平台，下静平台通过电动缸连接有上动平台，上动平台的顶侧设置有仿真座舱，安装基座顶侧的后部设置有后房体，后房体的内部设置有教员控制台。本实用新型所述的一种基于小型六自由度运动平台的飞行模拟器，其设计合理，结构简单，易于操作，视景沉浸感良好，能有效提高飞行模拟训练的逼真度。

Description

一种基于小型六自由度运动平台的飞行模拟器

技术领域

本实用新型涉及飞行仿真技术领域，尤其涉及一种基于小型六自由度运动平台的飞行模拟器。

背景技术

飞行模拟器是用来模拟飞机飞行的地面设备，主要用于培训飞行员，使得飞行员在地面就可以模拟驾驶飞机，体验飞机在空中飞行的感觉，飞行模拟器克服了实体飞机培训的局限性，使得飞行员可以快速积累飞行经验，有效地缩短了飞行员的培训周期。

现阶段，飞行模拟器的运行平台一般是采用大型六自由度运动平台，这种运动平台承载重量在14吨左右，飞行模拟器的结构系统、仿真座舱、教员控制台安装在运动平台上，并随运动平台一起运动。基于大型六自由度运动平台的飞行模拟器在实际使用时存在如下缺陷：大型六自由度运动平台造价高，不利于大量使用，并且维护复杂，利用率低。

虽然小型六自由度运动平台的造价低，维护方便，但是由于其载重量有限，一般在1吨左右，限制了在飞行模拟器中的应用。目前小型六自由度运动平台主要应用于VR虚拟训练系统方面，小型六自由度运动平台上安装有仿真座椅和简易操纵机构，受训人员头戴VR虚拟设备进行训练。VR虚拟训练系统的操纵感差，视景沉浸感与现实差别大，整体仿真逼真度有待于提高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，克服现有技术中存在的造价高、仿真逼真度低等不足之处，提供一种基于小型六自由度运动平台的飞行模拟器，其设计合理，结构简单，易于操作，视景沉浸感良好，能有效提高飞行模拟训练的逼真度。

本实用新型是通过下述技术方案来实现的：一种基于小型六自由度运动平台的飞行模拟器，包括主体机构，主体机构包括安装基座，安装基座顶侧的前部设置有球带投影幕，球带投影幕的顶端设置有球带上盖；球带上盖的底侧设置有视景投影部，视景投影部包括固定于球带上盖底侧的安装架，安装架通过吊架连接有投影机；视景投影部的下方设置有小型六自由度运动平台，小型六自由度运动平台包括固定于安装基座顶侧的下静平台，下静平台通过电动缸连接有上动平台，下静平台的顶侧设置有能够驱动电动缸的驱动部；上动平台的顶侧设置有仿真座舱，仿真座舱包括固定于上动平台顶侧的舱体，舱体的内部设置有操作机构、仪表面板、仿真座椅和接口设备；安装基座顶侧的后部设置有后房体，后房体的内部设置有教员控制台，教员控制台固定于安装基座顶侧的计算机上，计算机的侧旁设置有座椅，计算机的顶部设置有操作台台体，操作台台提上设置有显示器。

本飞行模拟器基于小型六自由度运动平台，小型六自由度运动平台的造价低，维护方便，而且还能产生较好的感动提示，可以满足飞行模拟训练需求。小型六自由度运动平台采用了内置于球带投影幕内部的结构，有效的减少了该平台的承重量，能够充分发挥运动平台的性能，同时还降低了球带投影幕的结构限制，可以设计更大半径和视场角的视景投影部，视景投影部提供了更为逼真的运动感觉提示模拟，大大提升了的视觉沉浸感，从而极大地提高了飞行模拟训练逼真度。

本实用新型的进一步改进还有，安装基座的顶侧设置有与下静平台相对应的安装孔，以及设置有与仿真座舱、教员控制台相对应的走线槽。

本实用新型的进一步改进还有，球带投影幕为分块结构，包括七块球瓣，七块球瓣之间采用螺接的方式相连接，球带投影幕的内表面喷涂增益为0.7—0.9屏幕漆，外表面喷涂蓝色面漆。

本实用新型的进一步改进还有，后房体上设置有出入口。

本实用新型的进一步改进还有，视景投影部的吊架和投影机数量分别为七个。

本实用新型的进一步改进还有，教员控制台的数量为两个。

本实用新型的进一步改进还有，仿真座舱的侧旁设置有登机梯，登机梯的底部安装有滑轮。

从以上技术方案可以看出，本实用新型的有益效果：

(1)降低飞行模拟器价格，提高了飞行模拟器性价比。目前大型六自由度运动平台在造价一般在百万级以上，且使用维护复杂，利用率低，而小型六自由度运动平台，造价低，只有十万左右，且能产生较好的感动提示，可以满足飞行模拟训练需求。

(2)提高了动感提示模拟逼真度。由于小型六自由度运动平台仅承载仿真座舱和受训人员，载重小，消耗少，可以有效发挥运动平台的效能，提高动感仿真逼真度。

(3)提高了视觉模拟沉浸感。视景系统不受运动平台载重和抖震的影响，降低了对所述球带投影幕结构的限制，可以设计更大半径和视场角所述球带投影幕，提升视觉沉浸感。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型具体实施例的结构示意图。

图2是本实用新型具体实施例的主体机构的结构示意图。

图3是本实用新型具体实施例的小型六自由度平台的结构示意图。

图4是本实用新型具体实施例的仿真座舱的结构示意图。

图5是本实用新型具体实施例的视景投影部的结构示意图。

图6是本实用新型具体实施例的教员控制台的结构示意图。

1—主体机构、11—安装基座、12—球带投影幕、13—后房体、14—球幕上盖；2—小型六自由度平台、21—下静平台、22—驱动部、23—电动缸、24—虎克螺栓、25—上动平台；3—仿真座舱、31—舱体、32—操纵机构、33—仪表面板、34—仿真座椅、35—接口设备；4—视景投影部、41—安装架、42—吊架、43—投影机；5—教员控制台、51—计算机、52—操作台台体、53—显示器、54-座椅。

具体实施方式

为使得本实用新型的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本具体实施例中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，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它实施例，都属于本专利保护的范围。

现参照附图1—图5，结合具体实施例，说明如下：本实用新型所述的一种基于小型六自由度运动平台的飞行模拟器，包括主体机构1，主体机构1包括安装基座11，安装基座11顶侧的前部设置有球带投影幕12，球带投影幕12的顶端设置有球带上盖14；球幕上盖14材料为钢结构复合玻璃钢，采用30mm×30mm，壁厚为1.5mm的镀锌方管焊接成网状骨架，骨架外侧粘贴5mm厚的玻璃钢板，球带上盖14的底侧设置有视景投影部4，视景投影部4包括固定于球带上盖14底侧的安装架41，安装架41通过七个吊架42连接有七个投影机43。

视景投影部4的下方设置有小型六自由度运动平台2，小型六自由度运动平台2包括固定于安装基座11顶侧的下静平台21，下静平台21通过电动缸23连接有上动平台25，下静平台21的顶侧设置有能够驱动电动缸23的驱动部22；下静平台21是小型六自由度运动平台2的基础平台，驱动部22为伺服电机与驱动器的结构，是小型六自由度运动平台2的执行结构，实现对电动缸23运动速度和位移精确控制；电动缸23通过虎克螺栓24与下静平台21以及上动平台25连接；电动缸23数量为六个，受驱动部22控制，通过对六个电动缸23伸长量精准控制，实现位移、加速度、角度、角加速度模拟。

下静平台21的几何尺寸为长2.8m、宽1.6m，采用优质的钢材焊接而成，中间斜拉加强筋，配合Q235矩形管进行制作，机箱围板用冷轧板，固定电动缸23的受力位置采用45#钢，前后预留两个机箱，后机箱用于放置伺服器，前机箱用于放置电脑主机，下静平台21通过螺栓方式固定在安装基座11之上。

伺服电机额定转矩3.5N.M，额定转速3000rpm，电流4.5A，数量为六个，分别与六个电动缸23平行安装，通过同步带及同步带轮与电动缸23的传动丝杆相连；驱动器数量六个，通过数据线分别与六个伺服电机连接，用于控制伺服电机，驱动器设置在下静平台21的后机箱。

电动缸23为折返式电动缸，丝杠导程420mm，额定出力2.5kN，额定速度250mm/sec，额定转矩2.39Nm，额定转速3000rpm，限位开关2个；电动缸23前后端安装工铰链座，通过虎克螺栓24与下静平台21和上动平台25连接，数量为六个。

虎克螺栓24的数量为十二个，用于六个电动缸23与下静平台21和上动平台25进行连接。

上动平台25的几何尺寸为长1.8m、宽1.37m，采用优质的钢材焊接而成，中间斜拉加强筋，配合Q235矩形管和防滑板进行制作，通过虎克螺栓24与电动缸23连接；上动平台25的顶侧设置有仿真座舱3，仿真座舱3包括固定于上动平台25顶侧的舱体31，舱体31的内部设置有操作机构32、仪表面板33、仿真座椅34和接口设备35；舱体31为仿真座舱3的结构平台，操纵机构32、仪表面板33、仿真座椅34安装位置与被模拟飞机一致，接口设备35安装在舱体31的底座平台，提供电源和接口通信功能；安装基座11顶侧的后部设置有后房体13，后房体13的内部设置有两个教员控制台5，教员控制台5固定于安装基座11顶侧的计算机51上，计算机51的侧旁设置有座椅54，计算机51的顶部设置有操作台台体52，操作台台体52上设置有显示器53。

舱体31包括底座平台、底座支撑结构、舱体平台和舱体结构；底座平台采用1.5mm厚冷轧钢板切割焊接成型，为舱体31的基础平台；底座支撑结构采用30×30mm，壁厚为1.5mm的镀锌方管焊接而成，骨架四周粘贴5mm厚的玻璃钢板，以焊接方式安装在底座平台之上，预留操纵机构32的操纵负荷系统安装空间；舱体平台采用1.5mm厚冷轧钢板切割焊接成型，以焊接方式安装在底座支撑结构之上；舱体31结构的外观钣金采用1.0mm镀锌板经过综合冷加工工艺加工完成，外形与被模拟飞机前舱外形保持一致，外观整体颜色采用深蓝和白色，以焊接方式安装在舱体平台之上。

操纵机构32包括驾驶杆、油门杆、方向舵和操纵负荷系统；驾驶杆的杆头采用高仿真模拟件，采用螺接方式安装在舱体31的舱体平台，与操纵负荷系统采用连杆机构连接，连杆机构根据操纵负荷系统安装位置设计，根据驾驶杆行程，在连杆机构适当位置设置硬限位，采用角度电位器采集信号；油门杆采用高仿真模拟件，以螺接方式安装在舱体31的舱体结构左侧，力感采用摩擦式控制，由调节螺母调节油门摩擦力大小，采用角度电位器采集信号；方向舵采用高仿真模拟件，以螺接方式安装在所述舱体31的舱体平台前部，与操纵负荷系统采用连杆机构连接，连杆机构根据操纵负荷系统安装位置设计，根据驾驶杆行程，在连杆机构适当位置设置硬限位，采用直线电位器进采集信号；操纵负荷系统安装在舱体31的底部平台，通过连杆机构与驾驶杆、方向舵连接，提供力感模拟。

仪表面板33包括左侧面板、中间面板和右侧面板；左侧面板、中间面板和右侧面板上的仪表、显示器、指示器、灯、开关、按钮、断路器和操纵装置，均为实物仿真件，它们的外观、尺寸、安装位置、指示标牌、功能及工作极限条件、工作模式、操纵方式、操作特性等与被模拟飞机一致。

仿真座椅34包括安全带、椅盆、调节机构和座椅垫，主要采用纤维强化塑料配合钢材制作而成，承重≥100kg，下部安装滑轨，可进行前后手动调节，行程约150mm。

接口设备35包括接口计算机、数据采集卡、接口控制箱、集线箱、电源箱、电缆等硬件设备和接口软件系统组成，安装于舱体31的底部平台，实现仿真座舱3的设备操作信号采集和显示驱动两大功能。

安装架41采用30mm×30mm，壁厚为1.5mm的镀锌方管焊接成圆形网状骨架，安装于球幕上盖14之下；在安装架41上，以圆形网状骨架圆心为原点，以3.8m为半径，以仿真座舱3后向为起始轴，分别在0度、64.3度、102.9度、141.5度、218.5度、257.1度、295.7度处，预留七个吊架42的安装孔位。

吊架42包括上端顶盖、中端伸长杆、下端抓盘，材质为采用冷轧钢板和铝合金，伸缩长度范围[400mm，600mm]，可调整角度左右30°、前后30°、水平15°；吊架42的上端顶盖通过螺接方式安装在安装架41下；吊架42的下端抓盘通过螺接方式安装所述投影机42；吊架42的数量七个，以螺接方式分别安装在安装架41的七个安装孔位处。

投影机43采用纯激光光源(多模)，0.67英寸DMD芯片，分辨率：≮1920×1080，对比度：≮100000：1，亮度：≮6000流明，数量为七个，通过螺接方式分别安装在七个吊架42之下。

计算机51分别运行教员台软件、视频监控软件、飞行分析与讲评软件，用于对模拟训练过程进行管控，安装在操作台台体52之下；操作台台体52是教员控制台的支撑结构，前部安装显示器53、控制面板，下部安装计算机51；显示器53用于显示教员控制台软件控制界面，安装在操作台台体之上；座椅54为可升降、网背、滑轮座椅，设置在操作台台体52后侧。

本实用新型的工作原理：本飞行模拟器基于小型六自由度运动平台2，小型六自由度运动平台2的造价低，维护方便，而且还能产生较好的感动提示，可以满足飞行模拟训练需求。小型六自由度运动平台2采用了内置于球带投影幕12内部的结构，有效的减少了该平台的承重量，能够充分发挥运动平台的性能，同时还降低了球带投影幕12的结构限制，可以设计更大半径和视场角的视景投影部4，视景投影部4提供了更为逼真的运动感觉提示模拟，大大提升了的视觉沉浸感，从而极大地提高了飞行模拟训练逼真度。

在其中一个实施例中，安装基座11的顶侧设置有与下静平台21相对应的安装孔，安装基座11采用钢结构，可根据上述预留的安装孔快速连接下静平台21，同时安装基座11的顶侧还设置了与仿真座舱3、教员控制台5相对应的走线槽。

在其中一个实施例中，球带投影幕12为分块结构，共七块球瓣，中间五块球瓣40°，两侧球瓣18°，七块球瓣之间采用螺接的方式相连接；球带投影幕12的半径为3m，内表面喷涂增益为0.7—0.9屏幕漆，外表面喷涂蓝色面漆。

在其中一个实施例中，后房体13采用30×30mm，壁厚为1.5mm的镀锌方管焊接成网状骨架，骨架四周粘贴5mm厚的玻璃钢板；后房体13采用分块设计，整体尺寸为3197.5mm×4420mm×3163mm(长宽高)；后房体13上设置有出入口，通过出入口可方便人员出入。

在其中一个实施例中，仿真座舱3的侧旁设置有登机梯，登机梯的底部安装有滑轮。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同、相似部分互相参见即可。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“上”、“下”、“外侧”“内侧”等如果存在是用于区别位置上的相对关系，而不必给予定性。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种基于小型六自由度运动平台的飞行模拟器，包括主体机构，其特征在于：主体机构包括安装基座，安装基座顶侧的前部设置有球带投影幕，球带投影幕的顶端设置有球带上盖；球带上盖的底侧设置有视景投影部，视景投影部包括固定于球带上盖底侧的安装架，安装架通过吊架连接有投影机；视景投影部的下方设置有小型六自由度运动平台，小型六自由度运动平台包括固定于安装基座顶侧的下静平台，下静平台通过电动缸连接有上动平台，下静平台的顶侧设置有能够驱动电动缸的驱动部；上动平台的顶侧设置有仿真座舱，仿真座舱包括固定于上动平台顶侧的舱体，舱体的内部设置有操作机构、仪表面板、仿真座椅和接口设备；安装基座顶侧的后部设置有后房体，后房体的内部设置有教员控制台，教员控制台固定于安装基座顶侧的计算机上，计算机的侧旁设置有座椅，计算机的顶部设置有操作台台体，操作台台提上设置有显示器。

2.根据权利要求1所述的一种基于小型六自由度运动平台的飞行模拟器，其特征在于：安装基座的顶侧设置有与下静平台相对应的安装孔，以及设置有与仿真座舱、教员控制台相对应的走线槽。

3.根据权利要求1所述的一种基于小型六自由度运动平台的飞行模拟器，其特征在于：球带投影幕为分块结构，包括七块球瓣，七块球瓣之间采用螺接的方式相连接，球带投影幕的内表面喷涂增益为0.7—0.9屏幕漆，外表面喷涂蓝色面漆。

4.根据权利要求1所述的一种基于小型六自由度运动平台的飞行模拟器，其特征在于：后房体上设置有出入口。

5.根据权利要求1所述的一种基于小型六自由度运动平台的飞行模拟器，其特征在于：视景投影部的吊架和投影机数量分别为七个。

6.根据权利要求1所述的一种基于小型六自由度运动平台的飞行模拟器，其特征在于：教员控制台的数量为两个。

7.根据权利要求1所述的一种基于小型六自由度运动平台的飞行模拟器，其特征在于：仿真座舱的侧旁设置有登机梯，登机梯的底部安装有滑轮。