一种跳伞模拟系统、控制方法及存储介质与流程

本发明涉及跳伞模拟技术领域，尤其涉及一种跳伞模拟系统、控制方法及存储介质。

背景技术：

伞兵跳伞实地训练具有事故发生率高、成本开销多、受外在自然环境影响大等特点，属于高危训练科目，因此，世界各主要空降强国都在研究更先进、更高效的跳伞训练模拟器及训练方法。伞降模拟训练技术能够确保人员安全条件下，帮助受训人员提高复杂情况下的操纵技能、空中特情处置能力，可以显著增强跳伞训练效果，提高伞兵实战化战术水平。

现有的跳伞模拟训练系统，如北京华如科技股份有限公司申请的“伞降模拟器”、航天科工系统仿真科技(北京)有限公司申请的“一种vr跳伞训练模拟器”及“一种伞兵跳伞训练模拟器及其方法”、安徽三弟电子科技有限责任公司申请的“一种基于vr虚拟体验的高空跳伞系统”等发明专利能够在一定程度上提高模拟跳伞模拟训练的逼真程度，为受训者提供伞降过程中视觉、听觉、体感等多方位的逼真感官刺激，为组训者提供伞降训练组织、考核评估、记录分析等辅助手段。

但是，现有的跳伞训练模拟器仍存在以下缺陷：

(1)缺乏真实的失重体验：以往训练装置在技术上主要采用vr模拟空间立体感，受训者一般处于静止状态或缓慢下降状态时由vr眼镜产生训练空中场景，巧妙利用人眼视觉差生成空间落差，使受训者在心理上体验到部分失重效果，但由于没有给受训者生理上带来失重刺激反应，达不到真实跳伞的训练效果；

(2)升降装置动力受限：当前带有升降装置的跳伞训练模拟器主要采用液压或电机作为动力源控制升降平台的空间位移。实际应用情况表明，液压结构的训练装置响应迟缓，升降平台运动速度过慢且液体会对周围环境造成危害，而电机控制模式虽能够精确、快速控制升降平台的空间位置，但制造成本过高，电能消耗大，维修保养复杂，适用范围受限。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种跳伞模拟系统，其通过气缸驱动装置控制跳伞模拟舱的空间运动，给予跳伞训练者真实的失重体验，在虚拟空间中展现高空跳伞的主要过程，结合跳伞模拟舱中的vr虚拟单元，为用户营造伞降过程中的沉浸式视觉效果，提高了跳伞模拟训练的逼真性；并且气缸驱动方式具有极快的响应速度，能耗较低，大大降低了跳伞模拟训练的成本。

本发明的目的之二在于一种跳伞模拟控制方法，其通过气缸驱动装置控制跳伞模拟舱的空间运动，给予跳伞训练者真实的失重体验，在虚拟空间中展现高空跳伞的主要过程，结合跳伞模拟舱中的vr虚拟单元，为用户营造伞降过程中的沉浸式视觉效果，提高了跳伞模拟训练的逼真性；并且气缸驱动方式具有极快的响应速度，能耗较低，大大降低了跳伞模拟训练的成本。

本发明的目的之三在于提供一种计算机可读存储介质，该存储介质中的程序运行时能通过气缸驱动装置控制跳伞模拟舱的空间运动，给予跳伞训练者真实的失重体验，在虚拟空间中展现高空跳伞的主要过程，结合跳伞模拟舱中的vr虚拟单元，为用户营造伞降过程中的沉浸式视觉效果，提高了跳伞模拟训练的逼真性；并且气缸驱动方式具有极快的响应速度，能耗较低，大大降低了跳伞模拟训练的成本。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种跳伞模拟系统，包括：跳伞模拟舱、驱动控制装置以及移动位置检测装置；

所述驱动控制装置包括：龙门架、气缸驱动装置、滑轮传动装置以及控制装置；所述气缸驱动装置包括空气压缩机、储气罐以及气缸，所述空气压缩机通过气管与所述储气罐连接，所述储气罐通过气管与所述气缸连接；所述气缸设置在所述龙门架上，所述气缸的螺杆与一滑动块固定连接，所述滑动块设置在所述龙门架上且能够沿所述龙门架的高度方向上下滑动；所述控制装置与所述气缸驱动装置电连接；

所述滑轮传动装置具有两组，左右对称设置在所述龙门架上，所述滑轮传动装置包括第一定滑轮组、动滑轮和柔韧绳，所述柔韧绳的抗拉强度大于或等于根据所述柔韧绳在跳伞模拟过程中所受到的最大拉力以及安全系数所确定的最小抗拉强度，所述第一定滑轮组设置在所述龙门架的远离所述气缸的一端，所述动滑轮设置在所述滑动块上；所述柔韧绳的一端固定在所述滑动块上，该柔韧绳的另一端绕过所述第一定滑轮组和所述动滑轮并固定在跳伞模拟舱上；

所述龙门架设有用于安装所述跳伞模拟舱的滑轨，所述跳伞模拟舱设置在所述滑轨上且可沿着所述龙门架的高度方向上下移动；所述移动位置检测装置与所述控制装置电连接，所述移动位置检测装置设置在所述龙门架上以检测所述跳伞模拟舱的移动位置并传送给所述控制装置。

进一步地，所述跳伞模拟舱包括：

主体框架，所述主体框架包括有底部平台和台阶结构，所述台阶结构设置于所述底部平台上，所述台阶结构上包括供伞员站立的预跳平台，所述预跳平台的内部设置有与所述控制装置电连接的接触传感器，所述接触传感器用于检测伞员是否已站立在预跳平台上；

背带单元，背带单元为实装伞具的背带部分，并通过悬挂带设置于所述主体框架内；

操纵单元，所述操纵单元包括操纵带、拉力计以及拉力传感器，所述操纵带的包括牵引端和传感端，所述牵引端可活动地穿接于所述背带单元上，所述传感端分别与所述拉力计、所述拉力传感器连接，所述操纵单元的数量为4组，操纵带分设于所述背带单元的左前、左后、右前和右后方向；

vr虚拟单元，所述vr虚拟单元包括相互通信的vr头盔、vr控制模块以及体感传感器，所述体感传感器固定设置于所述主体框架的上部，用以捕捉人员的骨骼动作信息；所述拉力传感器与所述vr控制模块通过内部接口实现数据传输连接，以将测量到的拉力信号传输至vr虚拟单元内；所述vr控制模块与所述控制装置之间通过有线或无线方式实现通信连接；

进一步地，所述跳伞模拟舱还包括状态警示灯，与所述控制装置之间通信连接，以对跳伞训练发出状态指引信息。

进一步地，所述跳伞模拟舱还包括风感装置，所述风感装置设置于所述底部平台的内部，所述底部平台上设置有若干通风孔。

进一步地，所述台阶结构上设置有教练员座椅，所述教练员座椅设置在所述预跳平台的一侧。

进一步地，跳伞模拟舱还包括安全开关，所述安全开关设置在所述教练员座椅的侧部并与所述控制装置连接，当所述安全开关启动时，所述控制装置不再响应即时输入的控制指令并控制所述驱动控制装置对所述跳伞模拟舱进行制停。

进一步地，所述vr虚拟单元还包括液晶显示屏，所述液晶显示屏与所述vr控制模块电连接且固定设置在所述教练员座椅的前方。

进一步地，操纵单元还包括两个第二定滑轮组，所述第二定滑轮组固定设置在所述主体框架的顶部，所述操纵带挂设于所述第二定滑轮组上，并与所述第二定滑轮组联动。

进一步地，所述主体框架包括其顶部的顶部挂载梁，所述第二定滑轮组固定安装于所述顶部挂载梁上，所述背带单元通过悬挂带以悬挂于所述主体框架内。

进一步地，所述第一定滑轮组包括第一定滑轮和第二定滑轮，所述第一定滑轮设置在所述龙门架的顶部，所述第二定滑轮设置在所述龙门架上且位于所述动滑轮的上方。

进一步地，所述移动位置检测装置包括滑轮圈数计数器、拉绳式位移传感器及多个接近传感器；所述滑轮圈数计数器设置在所述第一定滑轮上以使第一定滑轮转动时可带动所述滑轮圈数计数器的转动轴转动以测量第一定滑轮转动的圈数从而测出跳伞模拟舱的运行距离；所述拉绳式位移传感器的拉绳固定在所述滑动块上，所述拉绳式位移传感器的本体设置在所述龙门架上；多个所述接近传感器设置在所述龙门架上且沿着所述龙门架的高度方向分布以检测所述跳伞模拟舱移动的位置；所述控制装置分别与所述滑轮圈数计数器、所述拉绳式位移传感器以及多个接近传感器电连接。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

一种跳伞模拟控制方法，该方法应用于如上所述的跳伞模拟系统，包括以下步骤：

当接收到起跳信号时，控制气缸的螺杆快速伸长以使跳伞模拟舱在重力作用下快速下降以模拟伞员起跳过程中的自由落体运动过程；

在接收到起跳信号时，同时发送虚拟场景启动信号至vr控制模块以使所述vr控制模块根据拉力传感器和体感传感器的检测信号以及跳伞模拟舱的运动状态来控制vr头盔的视景显示；

当接收到开伞信号时，控制气缸的螺杆快速收缩以使跳伞模拟舱上升至预设高度以模拟跳伞过程中开伞瞬间气流产生的阻力使伞具的下降速度急速减小并且因向上惯性力而上升的过程；

当检测到跳伞模拟舱上升至所述预设高度后，控制气缸的螺杆匀速伸长以使跳伞模拟舱以模拟开伞后的匀速下降过程；

在跳伞模拟舱匀速下降过程中，当接收到快到底信号时，控制气缸的螺杆减速伸长以使跳伞模拟舱缓慢减速下降并停在最低点以模拟跳伞落地过程。

进一步地，模拟开伞之后，还包括以下步骤：根据操纵单元中的拉力传感器的测量数据生成对应的伞降方向控制信号和/或伞降速度控制信号；根据所述伞降方向控制信号和/或所述伞降速度控制信号调整vr头盔的视景显示，并根据所述伞降速度控制信号控制气缸的螺杆的伸长速度；其中，所述测量数据包括用户的拉力大小以及拉力方向。

本发明的目的之三采用如下技术方案实现：

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有可执行计算机程序，所述计算机程序运行时可实现如上所述的跳伞模拟控制方法。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

该跳伞模拟系统采用气缸驱动方式，通过气缸驱动装置和滑轮传动装置来驱动跳伞模拟舱的空间运动，给予跳伞训练者真实的失重体验，可模拟跳伞下降过程中的自由落体过程、开伞过程、滑翔过程和着陆过程，结合vr虚拟单元，为用户提供伞降过程中的虚拟视觉效果，在生理和心理上给予用户双重的失重刺激，提高了跳伞模拟训练的逼真性；并且气缸驱动方式具有极快的响应速度，能耗较低，降低跳伞模拟训练的成本。

附图说明

图1为本发明提供的一种跳伞模拟系统的第一结构示意图；

图2为本发明提供的一种跳伞模拟系统的第二结构示意图；

图3为图1中的驱动控制装置的结构示意图；

图4为图1中的跳伞模拟舱的正面结构示意图；

图5为图1中的跳伞模拟舱的背面结构示意图；

图6为本发明所提供的驱动控制装置中的钢丝绳与滑轮传动装置之间的缠绕方式示意图；

图7为本发明提供的一种跳伞模拟控制方法的流程示意图。

图中：1、跳伞模拟舱；10、主体框架；101、底部平台；102、台阶结构；103、通风孔；104、顶部挂载梁；105、预跳平台；11、背带单元；12、操纵带；13、拉力计；14、拉力传感器；15、vr头盔；16、vr控制模块；161、液晶显示屏；17、体感传感器；18、状态警示灯；19、教练员座椅；110、安全开关；120、控制吊环；130、第二定滑轮组；140、vr头盔挂杆；2、驱动控制装置；20、龙门架；201、滑轨；21、气缸驱动装置；211、空气压缩机；212、储气罐；213、气缸；2131、螺杆；22、滑轮传动装置；221、动滑轮；222、柔韧绳；223、第一定滑轮；224、第二定滑轮；23、控制装置；24、滑动块；25、排气消音器。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

请参阅图1至图5，一种跳伞模拟系统，包括：跳伞模拟舱1、驱动控制装置2以及移动位置检测装置；

所述驱动控制装置2包括：龙门架20、气缸驱动装置21、滑轮传动装置22以及控制装置23；所述气缸驱动装置21包括空气压缩机211、储气罐212以及气缸213，所述空气压缩机211通过气管与所述储气罐212连接，所述储气罐212通过气管与所述气缸213连接；所述气缸213设置在所述龙门架20上，所述气缸213的螺杆2131与一滑动块24固定连接，所述滑动块24设置在所述龙门架20上且能够沿所述龙门架20的高度方向上下滑动；

所述滑轮传动装置具有两组，分别左右对称设置在所述龙门架上，所述滑轮传动装置22包括第一定滑轮组、动滑轮221和柔韧绳222，所述柔韧绳222的抗拉强度大于或等于根据所述柔韧绳在跳伞模拟过程中所受到的最大拉力以及安全系数所确定的最小抗拉强度，所述第一定滑轮组包括第一定滑轮223和第二定滑轮224，当所述气缸213设置在龙门架20底部时，第一定滑轮设置在所述龙门架20的顶部，所述第二定滑轮224设置在所述龙门架20上且位于所述动滑轮221的上方，优选地，第二定滑轮224设置在第一定滑轮223和动滑轮221之间，位于龙门架20的上半端，所述动滑轮221设置在所述滑动块24上；所述柔韧绳222的一端固定在所述滑动块24上，该柔韧绳222的另一端绕过所述第一定滑轮组和所述动滑轮221并固定在跳伞模拟舱1上；当然了，当所述气缸213设置在龙门架20的顶部时，则第一定滑轮组和动滑轮221的设置位置则相应地作出调整，位置龙门架20的下半部；柔韧绳222可采用钢丝绳；通过设置两个滑轮传动装置22，使其左右对称分布，两条柔韧绳222分布在跳伞模拟舱1的左右两侧，可使跳伞模拟舱1的运动更加平稳；

所述控制装置23与所述气缸驱动装置21电连接；当所述跳伞模拟舱1移动至跳伞模拟行程的最低点时，所述气缸213的螺杆2131伸缩量小于或等于最大伸缩量；当所述跳伞模拟舱1移动至跳伞模拟行程的最高点时，所述气缸213的螺杆2131伸缩量大于或等于最小伸缩量；

所述龙门架20设有用于安装所述跳伞模拟舱1的滑轨201，所述跳伞模拟舱1设置在所述滑轨201上且可沿着所述龙门架20的高度方向上下移动；所述移动位置检测装置与所述控制装置23电连接，所述移动位置检测装置设置在所述龙门架20上以检测所述跳伞模拟舱1的移动位置并传送给所述控制装置23。

该跳伞模拟系统采用气缸驱动方式，通过气缸驱动装置21和滑轮传动装置22来驱动跳伞模拟舱1的空间运动，给予跳伞训练者真实的失重体验，可模拟跳伞下降过程中的自由落体过程、开伞过程、滑翔过程和着陆过程，结合vr虚拟单元，为用户提供伞降过程中的虚拟视觉效果，在生理和心理上给予用户双重的失重刺激，提高了跳伞模拟训练的逼真性；并且气缸驱动方式具有极快的响应速度，能耗较低，降低跳伞模拟训练的成本。

该跳伞模拟系统的工作流程为：

当用户进入跳伞模拟舱1准备好后，触发起跳信号并传送给控制装置23，控制装置23启动气缸驱动装置21和vr虚拟单元，并根据伞降过程中的自由落体过程、开伞过程、滑翔过程和着陆过程来控制气缸驱动装置21的螺杆伸缩速度，驱动跳伞模拟舱1上下运动以模拟出伞降的各个过程。

例如，在起跳初步阶段为自由落体过程，则控制气缸213的螺杆2131快速伸长以使跳伞模拟舱1在重力的作用下快速下降，使用户体验到自由落体时的失重效果；当用户执行打开跳伞操作时，控制气缸213的螺杆2131快速收缩以模拟开伞瞬间气流产生的阻力使下降速度急速下降并产生向上的惯性力的过程，当跳伞模拟舱1上升至预设高度时，进入滑翔过程，控制气缸213的螺杆2131匀速伸长以使跳伞模拟舱1匀速下降，模拟开伞后的滑翔过程；当移动位置检测装置检测到跳伞模拟舱1快要到达底部时，则进入着陆过程，减缓气缸213的螺杆2131的伸长速度直至速度变为0，以使跳伞模拟舱1平稳地停在最低点，模拟跳伞着陆。

当然了，在跳伞模拟过程中，vr虚拟单元会配合跳伞模拟舱1的运动状态来实时显示跳伞虚拟场景，并且还可根据用户的操作来实时调整跳伞虚拟场景，例如用户调整跳伞下降方向，则vr虚拟单元可实时根据用户的操作来计算跳伞虚拟场景的转换角度，从而调整跳伞虚拟场景的显示，以使用户拥有与真实跳伞时操控滑翔方向一致的体验感。

下面针对驱动控制装置的主要部件的选型进行相应的描述(需要说明的是，以下选型参数是基于本实施例结构要求计算的，当本领域技术人员基于本实施例的基础上做出适当的变更时，对应部件的选型参数会相应的改变)：

1.钢丝绳滑轮组传动设计：

在本实施例中，设计了两组对称的滑轮传动装置进行动力传递，因此只需要对其中一组滑轮组计算。选用钢丝绳直径d＝11.0mm，根据钢丝绳规格参数表可知选取钢丝绳公称抗拉强度为σ＝140kg/mm²，破断拉力强度为f＝6090kg，取安全系数为η＝5。

确定负载：跳伞模拟舱最多载重3个人，取每个人的重量为m人＝75kg，m舱＝1000kg，m总＝m人+m舱＝1225kg；

选取钢丝绳的根数：n＝2，需要四根钢丝绳与跳伞模拟舱相连，则需要使用四组滑轮组。

校核安全系数：η＝2×f/m总＝9.19；显然满足安全要求。

此外，钢丝绳与滑轮组之间的缠绕方式如图6所示。

钢丝绳动载荷计算：动载系数取1.5，则单根钢丝绳的动载荷为：

f动＝m总/n×1.5＝918.74kg，远小于钢丝绳的破断拉力。

特别地，滑轮传动装置还可设置为四组，两组采用大滑轮进行设计，另外两组采用小滑轮设计，将一组采用大滑轮设计的滑动传动装置和一组采用小滑轮设计的滑动传动装置集成在一起，也就是将一组滑动传动装置中的大滑轮和另一组滑轮传动装置中对应的小滑轮固定在一起(例如将一大一小滑轮焊接在一起)，由于两者的直径不同，从而有效避免两者所缠绕的钢丝绳之间的干涉。如此一来，在两组滑动传动装置的基础上增加了两组滑动传动装置，具有四根钢丝绳，保证了安全可靠性，但安装位置以及安装方式与原先两组滑动传动装置的安装位置以及安装方式一致。在本实施例中，滑轮材料为40crni，调质处理后，屈服极限σs＝785mpa,密度7.85g/cm³，泊松比0.3。

2.气缸参数计算与选型

2.1计算气缸缸径与行程

根据钢丝绳和滑轮组之间的缠绕方式可知，跳伞模拟舱的运动形成是气行程的三倍，假设跳伞模拟舱的运动行程h舱＝9m，则l气缸＝h舱/3＝3m。气缸受力是整个跳伞模拟舱受力的三倍，但是动滑轮平衡一部分跳伞模拟舱的重量，已知动滑轮重量m动滑轮＝100kg，则气缸受到的总拉力为：

f气缸总＝(m总-m动滑轮)×9.8×3＝33075n，

使用两个气缸平衡两侧受力，因此单个气缸承受的拉力为：

f气缸＝f气缸总/2＝16537.5n，

拟定空压机工作气压为p＝0.8mpa，计算气缸的缸径为：

根据国家标准气缸参数，选取气缸外缸径为d气缸＝200mm，气缸行程为l气缸＝3m。该气缸选型的活塞杆外径d＝80mm，活塞杆内径d1＝60mm。

2.2校验活塞杆强度是否满足要求

活塞杆采用40cr锻造成型，40cr是活塞杆制作中比较常用的一种材料，具有比较好的综合机械性能，适用于中等精度、转速较高的轴类零件的制造，常被应用于一些较大冲击力、重载荷传动要求大的活塞杆中，可以有效地保证活塞杆拥有足够的工作强度。

根据机械设计手册得，40cr钢材的许用应力[σ]＝365.7mpa。根据要求，活塞杆应力应小于材料许用应力[σ]。

其中，σ为活塞杆应力，单位mpa；f气缸为最大负载力，单位：n；d：活塞杆外径,d＝80mm，单位：mm；d1：活塞杆内径,d1＝60mm，单位：mm。

2.3校验活塞杆稳定性是否满足要求

气压缸承受轴向压缩载荷时,要计算活塞杆稳定性,活塞杆计算长度l(全伸长度)与活塞杆直径d之比大于10时(即l/d>10)应计算活塞杆的稳定性。计算稳定性时一般按照无偏心载荷时计算，当细长比时，即可按欧拉公式计算临界载荷pk：

其中pk：活塞杆纵向弯曲破坏的临界载荷(n)；n：末端条件系数，此处n-1(根据固定类型而定:一端固定，一端自由n-1/4；两端铰接n-1；一端固定，一端铰接n-2；两端固定n-4)；e：活塞杆材料的弹性模量，对于40cr钢e＝2.1×10¹¹pa；j：活塞杆截面的转到惯量，计算得

j＝π(d⁴-d1⁴)/64＝1.8894*10^-6kg/m²，其中l：活塞杆计算长度(m)；k：活塞杆断面的回转半径，计算得

其中，m：柔性系数,中碳钢取m＝85；

由于pk/f气缸＝52.49>[n]＝2则气缸满足稳定性要求，f气缸为缸体最大受力，单位n，[n]取安全系数为2到4之间。

2.4空气用量计算

气缸的耗气量可以分成最大耗气量和平均耗气量。最大耗气量是气缸以最大速度运动时所需要的空气用量，可以表示成：

qr＝0.0462×d²×vmax×(p+0.102)＝500.06l/min，其中，qr：最大耗气量,单位：l/min(anr)；d：缸径，取d＝200cm,单位：cm；vmax：最大速度，取vmax＝30cm/s，单位：cm/s；p：使用压力，取p＝0.8mpa，单位：mpa。

因此选用cv值为1.0或有效截面积为25mm左右的电磁阀即可满足流量要求。

平均耗气量是气缸在气动系统的一个工作循环周期内所消耗的空气流量，可以表示成：

qca＝0.00157×(d²×l+d^2×ld)×n×(p+0.102)＝182.68l/min，其中qca：气缸的平均耗气量，单位：l/min(anr)；n：气缸的工作频率，即每分钟内气缸的往复周数,一个往复为一周，取n＝1周/min,单位：周/min；l：气缸的行程，取l＝3000cm,单位：cm；d：换向阀与气缸之间的配管的内径，取d＝3cm，单位：cm；ld：配管的长度，取ld＝10000cm，单位：cm。

3.空气压缩机选型与计算

3.1空气压缩机的分类

根据实际应用情况和工艺要求，选用适合生产需要的空气压缩机。按照压缩机气体方式的不同，通常将压缩机分为两大类，即容积式和动力式(又名速度式)压缩机。容积式和动力式压缩机由于其结构形式的不同，进一步分为：螺杆压缩机、离心式空压机、活塞式压缩机、滚动活塞式压缩机、涡旋式压缩机

由于螺杆压缩机具有可靠性高、维护方便、适应性强等独特优点，随着对其研究的不断深化和设计技术的持续提高，螺杆压缩机的性能在持续改善提高，其应用领域越来越广泛；同时，由于螺杆式压缩机的工作可靠性在不断提高已逐渐替代以往复式压缩机。因此，在本实施例中选用螺杆压缩机作为气源。

3.2螺杆压缩机选型

根据平均耗气量用于选用空压机、计算运转成本。选用cac-20a玺艾玺cac永磁变频螺杆空压机15kw型。具有如下产品特点：运转平稳、噪音低；水冷却、低温升；使用寿命更长更久；安装简便、操作方便；适用365天24小时长期运转不停机；刚性高，振动小——压缩机主机一体式结构；轴承长寿命化——润滑油过滤器过滤精度提高；完备的电器保护——标准配置辅机电源回路专用断路器，控制回路电路保护器。

根据cac-20a玺艾玺cac永磁变频螺杆空压机技术参数表可得，螺杆压缩机参数为当空气压力为0.8mpa时排气量2.25m³/min，冷却方式为风冷，驱动方式为皮带驱动，电机启动方式为y-δ启动，出口管径为g3/4，满足要求。

3.3储气罐选型与计算

3.3.1储气罐的容量计算

最大耗气量用于选定空气处理原件、控制阀及配管尺寸等。最大耗气量与平均耗气量之差用于选定气罐的容积。即：

vtank＝(qr-qca)*t＝317.38l，其中，vtank：气罐的容积，单位：l；qr：最大耗气量，单位：l/min(anr)；qca：气缸的平均耗气量，单位：l/min(anr)；t：用气总时间，t＝1min，单位min；

3.3.2储气罐的选型

储气罐是工业常用的一种净化和压缩空气的工业设备，也是国家严格监管的特种安全设备之一，同时还会直接影响空压机的卸负载，所以对储气罐的正确选择有着至关重要的作用：首先应选择严格执行gb150-98《钢制压力容器》标准的企业生产的产品。其次，很多时候由于用气量的波动会选择变频空压机,其实很大一部分完全可以直接通过选用比较大的储气罐来减少空压机的卸载时间，从而节约大量能源。

因此，在本实施例中，选用储气罐容量为vtank＝1000l，设计压力位0.84mpa，试验压力位1.26mpa，设计温度位150℃，工作介质为空气。储气罐主体材料q235b，设计寿命10年。

作为一种优选的实施方式，所述跳伞模拟舱1包括：

主体框架10，用于对各部件起到支承和容置的作用，包括有底部平台101和台阶结构102，台阶结构102设置在底部平台101上，台阶结构102上包括供伞员站立的预跳平台105，伞员在起跳预备阶段会站在预跳平台105上做好预备的技术动作，预跳平台105内设置有接触传感器(图未示)，用于获取伞员已经踏上或跳离预跳平台105的状态信号。接触传感器和控制装置23连接，以将获取的信号传输至控制装置23中，以实现信息反馈。

背带单元11，用于模拟真实伞包的背带，本发明采用实装伞具的背带部分作为背带单元11，并通过悬挂带设置在主体框架10内。背带单元11使伞员可以获得最真实的穿戴体验，提高模拟的逼真程度。

操纵单元，用于伞员对降落伞的运动姿态进行操纵，调整其降落轨迹和运动方位。操纵单元包括操纵带12、拉力计13以及拉力传感器14，操纵带12包括牵引端和传感端，牵引端可活动地穿接于背带单元11上，以供伞员的手部拉动；传感端有两分支段，并分别与拉力仪、拉力传感器14连接，拉力仪用于提供一个与拉力相对的反作用力，拉力传感器14用于获取伞员的拉力状态信息；操纵带12的数量为4根，并分设于实装背带的左前、左后、右前、右后方向，以最大程度模拟真实跳伞的伞降操纵方式；相应地，拉力仪和拉力传感器14也各设置有4组。

vr虚拟单元，包括相互通信的vr头盔15、vr控制模块16以及体感传感器17，体感传感器17固定设置于主体框架10的上部，用于捕捉人员的骨骼动作信息和运动姿态，以通过vr控制模块16实时映射到vr头盔15的虚拟场景里；拉力传感器14和vr控制模块16通过内部借口实现数据传输连接，拉力传感器14将获取到的操纵带12处的拉力信号传输至vr虚拟单元内，具体为传输到vr控制模块16内并同步映射到vr头盔15的虚拟场景里，跳伞人员可以在vr头盔15里观察到自身的动作信息和降落伞的运动轨迹，以对控制伞降的技术动作进行反复调整，以到达指定的着陆点。vr控制模块16与控制装置23之间通过有线或无线方式实现通信连接，以使控制装置23发出相关指令后，vr虚拟单元同步实现虚拟现实功能。

状态警示灯18，与控制装置23之间通信连接，以对跳伞训练发出状态指引。具体地，状态警示灯18有红、绿、黄三种指示颜色灯，控制装置23在发出预备跳伞的信号时，状态警示灯18亮黄灯；发出可以开始跳伞的信息时，状态警示灯18亮绿灯；发出未能开始跳伞的信号时，状态警示灯18亮红灯。

需要说明的是，vr虚拟单元可以从市场上购置，其vr头盔15、体感传感器17和vr控制模块16之间的连接方式和信号传输方式可以为本领域技术人员所知悉并实现，在此不再进行赘述；拉力传感器14和vr控制模块16之间的接线方式、vr控制模块16和控制装置23之间的通信方式(优选采用无线模块通信，)也为本领域技术人员可以知悉并实现的，在此也不再进行赘述。

优选地，本发明还包括风感装置(图未示)，风感装置设置在底部平台101的内部，底部平台101上设置有若干通风孔103，风感装置所产生的气流通过这些通风孔103可以吹到伞员的身体上，以模仿在机舱门前以及在降落过程中的气流，使伞员可以获得更逼真的跳伞体验。具体地，风感装置采用鼓风机，与控制装置23连接，通过在控制装置23上设置起跳高度、天气状态、风力大小、风向的参数，可以控制鼓风机输送的气流强度以及方向，使伞员沉浸在真实的体验中。

优选地，台阶结构102上还设置有教练员座椅19，更具体地，预跳平台105的一侧都设置有一个教练员座椅19。跳伞模拟舱1可以容纳一个伞员和一个教练员，由于伞员头戴vr头盔15，不能观察外部的环境，通过在模拟仓内设置教练员的位置，使教练员可以对伞员进行下达指令、纠正技术动作等。

优选地，跳伞模拟舱1还包括安全开关110，所述安全开关110与所述控制装置23连接，当所述安全开关110启动时，所述控制装置23不再响应即时输入的控制指令并控制所述驱动控制装置2对所述跳伞模拟舱1进行制停。安全开关110设置在教练员座椅19的侧部，以便于在紧急状态下教练员可以及时按下安全开关110，使模拟仓进入安全模式。

优选地，vr控制模块16还包括液晶显示屏161，液晶显示屏161固定设置在教练员座椅19的前方，用于实时显示vr头盔15内的虚拟场景，供教练员直观地进行观看，以对伞员进行相应的技术指导。

优选地，操纵单元还包括控制吊环120，控制吊环120固定连接在操纵带12的牵引端，伞员将手部伸至控制吊环120内，即可对操纵带12进行牵引，更加便于伞员进行拉动。

优选地，操纵单元还包括两个第二定滑轮组130，第二定滑轮组130固定设置在主体框架10的顶部，操纵带12挂设于第二定滑轮组130上，并与第二定滑轮组130联动。通过设置第二定滑轮组130，使操纵带12的中段位于牵引端的上方，真实地模拟了降落伞位于伞兵头顶上方的情形。

优选地，主体框架10还包括vr头盔挂杆140，固定设置在预跳平台105的侧部，便于对vr头盔15进行取放。

优选地，主体框架10包括其顶部的顶部挂载梁104，第二定滑轮组130固定安装于顶部挂载梁104上，背带单元11通过悬挂带以悬挂于主体框架10内，第二定滑轮组130起到对操纵带12的传动作用。

优选地，操纵带12采用采用具有较高的机械强度、良好的韧性、较高的抗拉抗压强度的尼龙线。

该跳伞模拟舱1的使用流程如下：伞员站上预跳平台105并穿戴好背带单元11、戴好vr头盔15，教练员在教练员座椅19上就坐好并扣好安全带，接触传感器感应到伞员已就位，当伞员就位后需要耗费一定的时间来进行穿戴，可以设置一预设时间给用户进行穿戴，当达到预设时间点时，控制装置23依次发出预备和跳伞的指令，也可由用户自行穿戴好之后向控制装置23反馈一准备就绪信号，从而使控制装置23依次发出预备和跳伞的指令。状态警示灯18从红转绿时，教练员指示伞员立即从预跳平台105上跳下，当伞员从预跳平台105跳下的瞬间，接触传感器会向控制装置23反馈起跳信号以告知控制装置23伞员已起跳；伞员跳下预跳平台105之后，身体受到背带单元11的承重而悬空，体感传感器17将实时捕捉伞员的身体骨骼动作和姿态，并将姿态信息通过vr控制模块16传输到vr头盔15内，同时风感装置开始工作，气流透过通风孔103吹出，模拟跳伞过程中的风向，并且能随着跳伞过程的变化而改变风的强度；伞员拉扯控制吊环120来进行开伞以及控制伞降方向，通过操纵带12和第二定滑轮组130的传动，拉力信号传递到拉力传感器14处，vr控制模块16将获取的拉力传感器14产生的拉力信号大小来同步映射到vr头盔15内。伞员通过vr头盔15中自身的动作姿态和降落伞的运动姿态，来对左前、左后、右前、右后四个方向进行调整，改变降落伞的运动轨迹，最终落到指定的着陆点处。

通过对上述实施例的详细阐述，可以理解，本发明对真实的机舱环境进行了模拟，提供了训练空间和设备，使伞员可以一体化地对预备起跳、起跳、开伞、控制降落伞姿态等多个技术动作进行训练，还采用了真实的背带单元11以及用风感装置制造模拟气流，更加贴近实战跳伞的情景，使伞员可以沉浸在逼真的跳伞模拟情景中，提高了训练效率和训练效果，对人员的训练水平提升具有很大帮助。

作为一种优选的实施方式，所述气缸213采用双列式气缸，采用双列式气缸对称布局，分布设置在龙门架20底部的两侧，能够提高驱动控制装置的运动平稳性。

作为一种优选的实施方式，所述气缸213的上端口和下端口通过第一换向阀连接至所述储气罐212；所述气缸213的上端口和下端口通过第二换向阀连接至排气消音器25。当跳伞模拟舱1需要上升时，控制装置23控制第一换向阀导通上端口，控制第二换向阀导通下端口，使得上端口进气，下端口排气，从而使气缸213的螺杆2131收缩，带动滑轮传动装置22运动，驱动跳伞模拟舱1上升；当跳伞模拟舱1需要下降时，控制装置23控制第一换向阀导通下端口，控制第二换向阀导通上端口，使得下端口进气，上端口排气，从而使气缸213的螺杆2131伸长，跳伞模拟舱1在重力的作用下往下降。当然了，通过控制第一换向阀和第二换向阀以预设的频率进行通断即可控制跳伞模拟舱1的运动速度。

作为一种优选的实施方式，所述控制装置23为可编程逻辑控制器(plc)，选用s7-200smart系列微型可编程逻辑控制器。当然了，控制装置23还可包括主控电脑，主控电脑通过rs485总线与可编程逻辑控制器连接，用户可通过主控电脑向可编程逻辑控制器发送相关的控制指令。需要说明的是，前面所提到的安全开关110是与plc连接的，当安全开关110启动时，plc不再响应主控电脑所输入的控制指令。

作为一种优选的实施方式，所述滑轨201为导电滑轨，所述导电滑轨上设有一导电滑块，所述导电滑块用于给所述跳伞模拟舱1供电。跳伞模拟舱1可以设置在导电滑轨上，然后跳伞模拟舱1中需要供电的电子设备例则可以连接到导电滑块上，从而实现供电。如果通过线缆来供电的话，跳伞模拟舱1在上下运动过程中需要带动线缆运动，为避免长时间往复运动造成线缆疲劳蠕变，使供电系统发生故障引发安全意外，在供电设计上采用导电滑块集中供电的方式，能够大大提高装置使用寿命，同时保证跳伞模拟舱1的使用安全。

作为一种优选的实施方式，所述移动位置检测装置包含滑轮圈数计数器a1、拉绳式位移传感器a2以及多个接近传感器；所述第一定滑轮223转动时通过摩擦式传动来带动所述滑轮圈数计数器的转动轴转动以测量所述第一定滑轮223转动的圈数；所述拉绳式位移传感器的拉绳固定在所述滑动块24上，所述拉绳式位移传感器的本体设置在所述龙门架20上；多个所述接近传感器沿着所述龙门架20的高度方向分布以测量所述跳伞模拟舱1移动的位置。

滑轮圈数计数器选用增量型光电旋转编码器，该编码器可将被测的角位移直接转换成数字信号(高速脉冲信号)直接输入给plc，利用plc的高速计数器对其脉冲信号进行计数，以获得测量结果。该编码器的工作过程为：当圆光栅与转动轴一起转动时，光线透过两个光栅的线纹部分，形成明暗相间的条纹，光电元件接受这些明暗相间的光信号，并转换为交替变换的电信号。该增量型光电旋转编码器输出a、b、z三相脉冲，a、b、z两相脉冲输出线直接与plc的输入端连接，a、b为相差90度的脉冲，z相信号在编码器旋转一圈只有一个脉冲，通常用来做零点的依据，连接时需同步plc输入的响应时间，同时将该增量型光电旋转编码器的屏蔽线接地，提高抗干扰性。

通过测量光电旋转编码器(即滑轮圈数计数器)的脉冲的数目和频率，得到滑轮的转角及转速，从而可以计算出跳伞模拟舱1对应的运行距离。但是经过滑轮组传动和绳索的拉伸变形等一系列的误差积累后，通过测量滑轮的转角及转速无法精确测量跳伞模拟舱1的实际运动速度和距离，因此需要配合使用拉绳式位移传感器。

拉绳式位移传感器安装在固定位置上，拉绳缚在移动物体上，拉绳直线运动和移动物体运动轴线对准；运动发生时，拉绳伸展和收缩，一个内部弹簧保证拉绳的张紧度不变，带螺纹的轮毂带动精密旋转感应器旋转，输出一个与拉绳移动距离成比例的电信号，测量输出信号可以得出运动物体的位移、方向或速率。通过直接的测量位移可以达到跳伞模拟舱1精确的位置控制。

通过两种不同的编码器来测量跳伞模拟舱1的运行距离，从而来保证该驱动控制装置不会因为一个编码器的失效而产生错误的控制信号，从而大大降低了高平台跳伞训练模拟的故障率，提高装置的安全性。

接近开关的类型有机械式接近开关，电容式接近开关和光电式接近开关。(1)机械式接近开关：机械式接近开关是一种常用的小电流主令电器。使用杠杆原理将触碰时候的机械运动转换成开关的开闭运动来实现接通或分断控制电路，达到一定的控制目的。通常，这类开关被用来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等。在电气控制系统中作用是实现顺序控制、定位控制和位置状态的检测，用于控制机械设备的行程及限位保护，主要由操作头、触点系统和外壳组成。由于机械式接近开关为接触式开关，因此使用寿命有限，但是性能稳定可靠，安装简单方便。(2)电容式接近开关：其工作原理是将数百khz～数mhz的高频振荡电路一部份引出到检出电极板，由电极板产生高频磁场，若有物体接近时，则物体表面和检出电极板表面起分极现象，而使得整体电容量增加或减少，因此由电容量变化可间接推算出移动物或被感测物之运动量或位置变化，此类型感测物可以是金属、塑胶、液体、木材等。(3)光电式接近开关：广泛定义也称光电感测器，它的种类相当多，其中扩散反射型光电接近开关与一般接近开关架构相同，感测器内建光源电路，利用光发射器，由物体表面反射回来的光量强度，来判断物体有无，此类型感测器不需反射板，检出距离设定容易，不过缺点很多，如感测距离短、检出精度不一、感测物体背景需考量、检测感度调整、两个光电接近装置安装过近容易产生干涉误动作等。

在本实施例中，通过采用几种不同种类的接近开关来组合使用，克服使用单一类型接近开关的弊端，合理利用各个类型的接近开关的优势。电容式接近开关检测范围大，即使物体移动地很快都可以检测到物体的移动位置，但是由于其是通过物体表面和检出电极板表面的分极现象使得整体电容量增加或减少来推算物体的位置变化的，当开关表面积累了灰尘之后，会出现检测失效的情况。而光电式接近传感器不会受到灰尘积累的影响，但是当物体移动速度过快时，会出现检测结果不准确的情况。而机械式接近开关，虽然性能稳定可靠，但是其使用寿命有限，更换周期比较短。因此，采用机械式、电容式以及光电式三种接近开关进行组合，并且采用冗余的设计，避免某一接近传感器失效时导致无法检测跳伞模拟舱的移动位置的问题。

多个接近传感器的设置位置具体如下：

s1为机械式接近开关，安装在龙门架20的顶端，用于判断跳伞模拟舱1已经到达最顶部。

s2开关为电容式接近开关，安装在龙门架20的中部，通过检测到跳伞模拟舱1的金属结构的靠近，使得开关内部检测到电容的变化，判断跳伞模拟舱1处于中部位置。

s3，s4分别是电容式接近开关与机械式接近开关，s3设置在龙门架20高度方向上的接近底部的位置，s4设置在s3下方；当两个开关其中一个触发时认为跳伞模拟舱1已经下降接近底部，控制系统发出减速下降信号，确保跳伞模拟舱1平稳减速过程。

s5开关是激光漫反射式传感器，s5设置在s4下方，通过测量激光的飞行时间来判断传感器前方物体的距离，具有检测区域大，节省安装使用空间的优点。

s6，s7分别是机械开关与电容式接近开关，s6和s7设置在龙门架20的底部，用于检测跳伞模拟舱1是否到达龙门架20的最底部，此时关闭第一换向阀和第二换向阀，使得跳伞模拟舱1在重力的作用下保持在最低点。

请参阅图7，一种跳伞模拟控制方法，该方法应用于如上所述的跳伞模拟系统，包括以下步骤：

s11、当接收到起跳信号时，控制气缸的螺杆快速伸长以使跳伞模拟舱在重力作用下快速下降以模拟伞员起跳过程中的自由落体运动过程；

s12、在接收到起跳信号时，同时发送虚拟场景启动信号至vr控制模块以使所述vr控制模块根据拉力传感器和体感传感器的检测信号以及跳伞模拟舱的运动状态来控制vr头盔的视景显示；

s13、当接收到开伞信号时，控制气缸的螺杆快速收缩以使跳伞模拟舱上升至预设高度以模拟跳伞过程中开伞瞬间气流产生的阻力使伞具的下降速度急速减小并且因向上惯性力而上升的过程；

s14、当检测到跳伞模拟舱上升至所述预设高度后，控制气缸的螺杆匀速伸长以使跳伞模拟舱以模拟开伞后的匀速下降过程；

s15、在跳伞模拟舱匀速下降过程中，当接收到快到底信号时，控制气缸的螺杆减速伸长以使跳伞模拟舱缓慢减速下降并停在最低点以模拟跳伞落地过程。

作为一种优选的实施方式，模拟开伞之后，还包括以下步骤：s141、根据操纵单元中的拉力传感器的测量数据生成对应的伞降方向控制信号和/或伞降速度控制信号；根据所述伞降方向控制信号和/或所述伞降速度控制信号调整vr头盔的视景显示，并根据所述伞降速度控制信号控制气缸的螺杆的伸长速度；其中，所述测量数据包括用户的拉力大小以及拉力方向。

通过该方式，使得用户的伞降体验更加真实。在真实跳伞过程中，用户可以通过拽拉牵引绳索来调整降落的方向以及速度，在本发明中，通过设置操纵带，并在操纵带的末端连接拉力传感器，通过拉力传感器来获取用户拽拉操纵带的角度以及力度，从而通过预先建立的vr头盔视景显示模型，调整vr头盔的视景显示画面，并且根据预先建立的力度与速度的对应关系，调整气缸的螺杆的伸长速度使用户从生理上感受到降落速度的变化，实现模拟降落方式以及降落速度的调整过程。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有可执行计算机程序，所述计算机程序运行时可实现如上所述的跳伞模拟控制方法。

该计算机可读存储介质存储有计算机程序，本发明的方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在该计算机存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机存储介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机存储介质不包括电载波信号和电信信号。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。