[發(fā)明專(zhuān)利]一種具有持續(xù)性過(guò)載模擬能力的搖臂式飛行模擬器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510083519.5
• 申請(qǐng)日: 2015-02-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104616563B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 關(guān)立文;王立平;許華旸;劉慧
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G09B9/12
• 分類(lèi)號(hào): G09B9/12
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11245
• 代理人: 徐寧,關(guān)暢

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種地面飛行模擬器，特別是關(guān)于一種具有持續(xù)性過(guò)載模擬能力的搖臂式飛行模擬器。

背景技術(shù)

隨著飛機(jī)研發(fā)領(lǐng)域在理論和技術(shù)兩個(gè)方面的不斷發(fā)展，現(xiàn)代高性能飛機(jī)在機(jī)動(dòng)時(shí)可產(chǎn)生高達(dá)9g的過(guò)載，過(guò)載變化率最大可達(dá)6g/s，過(guò)載的持續(xù)時(shí)間和反復(fù)次數(shù)均較大。這種飛行條件容易導(dǎo)致飛行員在做出較大的機(jī)動(dòng)動(dòng)作時(shí)出現(xiàn)黑視、空間定位錯(cuò)覺(jué)甚至意識(shí)喪失等情形，極易造成嚴(yán)重后果。上述提到的過(guò)載是指作用于飛行器或飛行員本身的除重力加速度以外的全部加速度與重力加速度常數(shù)g之比，其中g(shù)＝9.81m/s²。

航空醫(yī)學(xué)研究表明，對(duì)飛行員進(jìn)行反復(fù)的高過(guò)載訓(xùn)練，可以有效提高其耐過(guò)載能力。采用真機(jī)訓(xùn)練固然會(huì)有最好的效果，但是該方法不僅損耗飛機(jī)的使用壽命，成本巨大，而且存在較大的安全隱患。因此，研發(fā)在地面上運(yùn)行且能夠真實(shí)模擬飛機(jī)過(guò)載情形的飛行模擬器成為該領(lǐng)域的一個(gè)重要方向。

現(xiàn)有的地面飛行模擬器裝置分為兩種，一種是基于Stewart六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的飛行模擬器，另一種是具有三轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的搖臂式飛行模擬器。其中，具有六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的飛行模擬器是將飛行模擬器座椅和視景系統(tǒng)固定于Stewart機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)上，利用該機(jī)構(gòu)六軸的協(xié)調(diào)控制可以實(shí)現(xiàn)一定范圍的瞬時(shí)過(guò)載模擬(0.1g～1.9g)。Stewart機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，剛度質(zhì)量比大，機(jī)動(dòng)性能好，但是由于其運(yùn)動(dòng)空間非常有限，因此限制了其最大過(guò)載能力，也限制了其能夠保持過(guò)載的時(shí)間。所以，具有六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的飛行模擬器主要應(yīng)用于民航客機(jī)等對(duì)機(jī)動(dòng)性能要求不高的飛行訓(xùn)練場(chǎng)合。而另一種具有三轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的搖臂式飛行模擬器擁有足夠的工作空間，可以較好地保證最大過(guò)載和過(guò)載保持時(shí)間，能夠?qū)崿F(xiàn)持續(xù)性的過(guò)載模擬，因此較為廣泛地應(yīng)用于戰(zhàn)斗機(jī)等高機(jī)動(dòng)飛機(jī)的飛行訓(xùn)練中。但是，此類(lèi)飛行模擬器的搖臂末端均呈分叉式結(jié)構(gòu)，并在搖臂分叉口中間懸掛中框，以實(shí)現(xiàn)在滾轉(zhuǎn)方向上的回轉(zhuǎn)自由度；同時(shí)為了保證末端的對(duì)稱(chēng)平衡，此類(lèi)設(shè)計(jì)常在分叉口兩側(cè)布置雙電機(jī)，用以同步驅(qū)動(dòng)中框回轉(zhuǎn)。由于中框采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所以必然會(huì)引入同步驅(qū)動(dòng)控制在實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生的較大誤差問(wèn)題；此外，分叉式搖臂結(jié)構(gòu)和雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)都會(huì)帶來(lái)較大的末端負(fù)載，為了保持回轉(zhuǎn)部件整體平衡和搖臂的強(qiáng)度足夠，需相應(yīng)地在搖臂另一側(cè)增加配重體，并對(duì)搖臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)，而這些變化都必然會(huì)帶來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)部件相對(duì)于回轉(zhuǎn)軸的整體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的顯著增加，進(jìn)而加劇整個(gè)飛行模擬器在制造過(guò)程中的材耗和運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的能耗，嚴(yán)重的影響了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠有效減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、降低能耗且具有持續(xù)性過(guò)載模擬能力的搖臂式飛行模擬器。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種具有持續(xù)性過(guò)載模擬能力的搖臂式飛行模擬器，其特征在于：它包括一固定于下層地面的主軸電機(jī)，所述主軸電機(jī)的輸出軸通過(guò)第一聯(lián)軸器水平連接一固定于所述下層地面的減速器的輸入軸；所述減速器的輸出軸為豎直方向設(shè)置，其通過(guò)第二聯(lián)軸器與一主軸連接；所述主軸上端豎直向上延伸至上層地面，所述主軸上端套設(shè)有一底部搭設(shè)在軸肩上的搖臂；所述搖臂通過(guò)脹套與所述主軸緊固連接；在所述搖臂內(nèi)部固定設(shè)置一驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸通過(guò)第三聯(lián)軸器與中框傳動(dòng)軸一端連接；所述中框傳動(dòng)軸另一端延伸出所述搖臂并通過(guò)另一脹套與一呈“U”形的中框的底板緊固連接，所述中框傳動(dòng)軸沿所述搖臂長(zhǎng)度方向設(shè)置；所述中框的兩支臂之間轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置一封閉的吊籃，所述吊籃的左右兩側(cè)面的中心分別與設(shè)置于兩所述支臂上的電機(jī)的輸出軸緊固連接。

所述搖臂內(nèi)豎直設(shè)置有多個(gè)垂直于所述搖臂軸向的筋板，所述中框傳動(dòng)軸依次穿過(guò)各所述筋板并通過(guò)軸承與各所述筋板轉(zhuǎn)動(dòng)連接。

所述吊籃的前后兩側(cè)面分別為一曲面整流罩。

在所述搖臂末端設(shè)置一配重塊。

在所述主軸上套設(shè)一支撐架，所述支撐架底部與所述上層地面緊固連接，在所述支撐架上部緊固連接一套設(shè)在所述主軸上的支撐座。

所述搖臂內(nèi)部設(shè)置的所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，所述支臂上設(shè)置的所述電機(jī)采用無(wú)框力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。