一种两轴360°全向飞行模拟器的制作方法

本发明涉及飞行仿真技术领域，特别涉及一种两轴360°全向飞行模拟器。

背景技术：

飞行模拟器伴随着航空器的发展而出现，早在1910年就出现了第一款依靠自然风力实现基础模拟的模拟器原型，随后随着计算机技术的发展，以及运动仿真和视景系统的进步，飞行模拟器逐步能够比较逼真地还原真实飞行的飞行环境，配置全仿真驾驶舱、高精度地景数据和高响应频率的运动机构，而在飞行训练中起到重要的作用，替代部分飞行经历，并能够模拟各种特情。

传统飞行模拟器的运动机构采用三自由度或六自由度运动机构，通常用液压或电动方式驱动，但是由于结构所限，无法实现大范围运动，俯仰角度和滚转角度一般不能超过40度，而在飞行训练中经常涉及大坡度盘旋、定轴回转等大幅度动作，传统运动机构无法实现。而且传统运动机构由于驱动形式复杂，外围附属设施多，设备造价昂贵，一般轻型飞机训练器无法装备，只采用固定式模拟器，无法提供运动感受，降低了训练的效果。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中运动范围有限和附属设施多的缺陷，提出一种两轴360°全向飞行模拟器。

为了解决上述技术问题，本发明提出如下技术方案：

一种两轴360°全向飞行模拟器，包括舱体、c型架、支架和底座、第一电机、第二电机及仿真主机，舱体的两端与c型架的两端转动连接，c型架的中部与支架的顶部转动连接，支架安装在底座上，第二电机使c型架在支架顶部做360°转动，c型架的一端固定有不能转动的第一大链轮，第一大链轮的中心线与c型架转动的中心轴重合，舱体上设有能够转动的第一小链轮，第一小链轮与第一大链轮通过链条连接，第一电机使第一小链轮转动，并进一步使舱体在c型架两端之间做360°转动。

本发明的有益效果在于：舱体能够在在c型架两端之间做360°的俯仰运动，c型架能在支架的顶部做360°的滚转运动，即模拟器的俯仰角度和滚转角度能达到360°，实现了大范围运动，容易实现在飞行训练中经常涉及的大坡度盘旋、定轴回转等大幅度动作；采用电机驱动的方式，驱动形式简单，外围附属设施少，设备造价低廉；在俯仰运动中，由于第一大链轮无法转动，第一小链轮的转动会迫使第一小链轮绕着第一大链轮做行星运动，进而带动整个舱体绕着俯仰轴转动，这种运动控制精准，动态响应快，易于安装和调节。

在一些实施方式中，舱体的两侧垂直固定有第一转轴，c型架的两端部分别设有轴承座，轴承座内设有第一轴套，第一轴套中设有第一轴承，第一转轴与第一轴承连接。舱体与c型架的两端采用转轴与轴承的连接方式，不仅转动效率高，而且结构简单，降低了造价。

在一些实施方式中，舱体上设有第一减速器和第一电机，第一小链轮连接到第一减速器的输出轴，第一电机为伺服电机，第一减速器为蜗轮蜗杆减速器。伺服电机运行平稳、速度和精度控制更加准确。蜗轮蜗杆减速器具有自锁特性，在静止时，舱体不会随意转动。

在一些实施方式中，第一转轴的自由端设有第一电滑环，外电源通过第一电滑环向舱体上的设备供电。由于舱体转动，无法直接将电线连入到舱体中，所以通过第一电滑环连接。

在一些实施方式中，c型架的中部设有转轴连接套，转轴连接套上连接有第二转轴，支架的顶部固定设有旋转轴安装架，旋转轴安装架上固定设有第二轴套，第二轴套内固定设有第二轴承，第二转轴与第二轴承连接。c型架与支架支架采用转轴与轴承的连接方式，不仅转动效率高，而且结构简单，降低了造价。

在一些实施方式中，第二转轴的自由端固定有第二电滑环。为了便于布线和连接外电源，连接到舱体内的电线沿着c型架布置，但由于c型架转动，无法直接布置电线，所以通过第二电滑环连接电线。

在一些实施方式中，第二转轴上同轴固定有第二大链轮，旋转轴安装架上固定有第二减速器和第二电机，第二减速器的输出轴上连接有第二小链轮，第二大链轮与第二小链轮通过链轮连接，第二电机为伺服电机，所述第二减速器为蜗轮蜗杆减速器。第二电机的扭矩通过第二减速器传递给第二小链轮，在经过链条传递给第二大链轮，使第二大链轮和第二转轴转动，进而带动c型架做滚动运动。伺服电机运行平稳、速度和精度控制更加准确。蜗轮蜗杆减速器具有自锁特性，在静止时，c型架不会随意转动。

在一些实施方式中，支架上固定设有电控箱，电控箱内安装有单片机、无线模块、电源和控制器。无线模块用于将控制信号传递给单片机。单片机接收控制信号，并转换成驱动伺服电机的方向信号和脉冲，传递给控制器，并控制第一电机和第二电机的运动。电源为单片机和无线模块提供电力支持。

在一些实施方式中，舱体内设有显示器、驾驶杆、油门及飞控系统控制板、脚蹬、座椅和仿真主机，仿真主机与显示器、驾驶杆、油门及飞控系统控制板、脚蹬电连接。仿真主机调取全球地景数据和等高线地形数据，配合自动生成的贴图纹理，提供环境视觉景象，并且可以根据仿真需要设置云、雾、雨、雪等特殊天气环境，也可模拟不同季节、不同时间下的光影和地形特性，再输出到显示器显示。驾驶杆、油门和脚蹬等飞行控制组件的输入传递给仿真主机，仿真主机通过空气动力学模型实时计算飞机当前的位置和姿态，并且可以将控制参数传输给第一电机和第二电机。

在一些实施方式中，仿真主机通过无线485总线向第一电机和第二电机传输控制参数。由于舱体会360°旋转，无法直接接线，无线485总线可以实现控制信号的无线传输。

附图说明

图1为本发明一实施例的整体示意图。

图2为本发明一实施例的舱体与c型架连接部位的放大图及分解结构示意图。

图3为本发明一实施例的第一小链轮绕着第一大链轮转动的示意图。

图4为本发明一实施例的c型架与支架连接部位的分解结构示意图。

图5为本发明一实施例的电控箱内部结构示意图。

图6为本发明一实施例的舱体内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1-6对本发明的一种两轴360°全向飞行模拟器的实施例作详细说明。

如图1所示，一种两轴360°全向飞行模拟器，包括舱体100、c型架200、支架300和底座400，舱体100的两端与c型架200的两端转动连接，c型架200的中部与支架300的顶部转动连接，支架300安装在底座400上，c型架200的中部与支架300的顶部一侧转动连接，支架300安装在底座400上。

舱体100的两侧和c型架200的两端转动连接。如图2所示，舱体100侧面框架上垂直固定有第一转轴101，第一转轴101可以通过螺栓连接到舱体100侧面。c型架200的端部设有轴承座201，轴承座201的中轴线与舱体100转动的中心轴重合。轴承座201的一端面连接轴承座盖202，轴承座201内设有第一轴套203，第一轴套203包括第一轴套主体和法兰，第一轴套主体设置在轴承座201中，法兰与轴承座201的另一端面通过螺栓连接。第一轴套203中设有第一轴承204，第一转轴101与第一轴承204连接。舱体100的两侧均通过第一轴承204挂接在c型架200上，第一转轴101的中轴线为俯仰轴，使舱体100能够绕着俯仰轴360°转动。

为了给舱体100的俯仰转动提供动力，在舱体100的一个侧面设有第一电机102和第一减速器103，第一减速器103的输出轴连接第一小链轮104，相对应地，c型架200的端部固定有第一大链轮205。具体地，第一大链轮205与第一转轴101同轴设置，第一大链轮205通过螺栓固定到第一轴套203的法兰面上，由于第一轴套203是固定到轴承座201上的，即第一轴套203是无法转动的，所以第一大链轮205也不能转动。如图3所示，第一大链轮205和第一小链轮104设置在同一个平面上，第一大链轮205和第一小链轮104通过链条连接。第一轴套203上还连接有第一大链轮护板206，保护第一大链轮205。当第一电机102转动时，扭矩通过第一减速器103传递给第一小链轮104，驱动第一小链轮104转动。由于第一大链轮205无法转动，第一小链轮104的转动会迫使链条和第一小链轮104绕着第一大链轮205的中轴线转动，进而带动整个舱体100绕着俯仰轴转动。如果采用传统的链轮链条传动方式，则第一小链轮104的中轴线必须与俯仰轴重合，而第一大链轮205、第一电机102和第一减速器103需要设置在c型架200上，第一大链轮205的转动通过链条传递给第一小链轮104，进而带动整个舱体100俯仰转动。传统的设计存在的问题是第一电机102和第一减速器103设置在c型架200上，增加了c型架200的负重，影响了c型架200的平衡性和稳定性。本发明的传动方式运动反馈及时迅速，可以准确控制目标角度，易于安装和调节，结构简洁，制造成本低廉。在本发明中，第一电机102为伺服电机，第一减速器103为蜗轮蜗杆减速器，由于蜗轮蜗杆减速器的自锁特性，在静止时，舱体100俯仰轴不会随意转动。

由于舱体100可以360°运动，无法直接与供电线连接，所以舱内100的供电通过第一电滑环105实现。如图2所示，第一电滑环105与第一转轴101的自由端固定连接，第一转轴101沿着中轴线设有供电线穿过的通道。

c型架200的中部与支架300的顶部转动连接。如图4所示，c型架200的中部固定有转轴连接套201，第二转轴202上设有法兰，通过螺栓将该法兰与转轴连接套201固定连接。支架300的顶部固定设有旋转轴安装架301，旋转轴安装架301上固定设有第二轴套302，第二轴套302内固定设有第二轴承303。第二转轴202与第二轴承303连接，使第二转轴202能自由转动。考虑到第二转轴202较长，为了提高稳定性，本实施例设有两个第二轴承303。第二转轴202的中轴线为滚转轴，第二转轴202转动的同时，c型架200和舱体100也能够绕着滚转轴做360°滚转运动。

与第二转轴202同轴设有第二大链轮203，第二大链轮203与第二转轴202的法兰通过螺栓连接。旋转轴安装架301上固定有第二电机304和第二减速器305，第二减速器305的输出轴上连接有第二小链轮306。第二大链轮203与第二小链轮306通过链条连接。第二电机304的扭矩通过第二减速器305传递给第二小链轮306，在经过链条传递给第二大链轮203，使第二转轴202转动，进而带动c型架200和舱体100绕着滚动轴做滚动运动。本发明的第二电机304为伺服电机，第二减速器305为蜗轮蜗杆减速器，由于蜗轮蜗杆减速器的自锁特性，在静止时，舱体100滚动轴不会随意转动。第二转轴202的自由端固定有第二电滑环204，连接供电线时，能避免电线的缠绕。

考虑到舱体会360度旋转，无法直接接线连接，所以本发明通过无线485总线无线传输的方式传输控制参数，主要的控制参数包括：俯仰角度和俯仰速率、滚转角度和滚转速率。

如图5所示，在支架300上还固定设有电控箱，电控箱内设有单片机307、无线模块308、电源309和控制器310。无线模块308用于将控制信号传递给单片机307。单片机307接收控制信号，并转换成驱动伺服电机的方向信号和脉冲，传递给控制器310，控制器310控制第一电机102和第二电机304的运动。电源309为单片机307和无线模块308提供电力支持。

如图6所示，舱体100内的配置包括显示器106、包括高精度的霍尔感应元件的驾驶杆107、油门108及飞控系统控制板、脚蹬109和座椅110和仿真主机111。仿真主机111设置在座椅110下方，并与驾驶杆107、油门108及飞控系统控制板、脚蹬109、座椅110电连接。仿真主机111调取全球地景数据和等高线地形数据，配合自动生成的贴图纹理，提供环境视觉景象，并且可以根据仿真需要设置云、雾、雨、雪等特殊天气环境，也可模拟不同季节、不同时间下的光影和地形特性，再通过hdmi接口输出到显示器106，提供显示输出。仿真主机111接收驾驶杆107、油门108和脚蹬109等飞行控制组件的输入，通过空气动力学模型实时计算飞机当前的位置和姿态，并且可以将控制参数传输给电控箱。座椅110配有四点式安全带，脚蹬109配有脚蹬绑带，用以固定模拟人员。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。