一种多维失速尾旋模拟飞行装置的制作方法

1.本发明涉及航空模拟飞行领域，尤其涉及一种多维失速尾旋模拟飞行装置。


背景技术：

2.失速尾旋作为一种飞机在大迎角区域出现的特殊飞行状态，自飞机诞生之日起，一直与飞行活动相伴，并造成了诸多的等级飞行事故。因此，针对失速尾旋的训练成了所有战斗机飞行员的必备科目。
3.针对失速尾旋的飞行训练主要包括地面的理论讲解、模拟飞行，以及教练机的空中飞行训练。其中，模拟飞行作为实际操作前的“预演”，在整个培训过程中起着举重若轻的作用。如果在模拟飞行训练中不能直观地感受到失速尾旋带来的身心影响，一旦进入真实飞行状态，飞行学员将面临着前所未有的压力。
4.目前，针对飞行训练的地面模拟系统种类繁多，核心思路都是运用地面的模拟舱进行模拟飞行，通过仿真驾驶杆与显示设备，让飞行学员能够执行飞行程序，再辅助一些虚拟现实或增强现实的技术手段，使学员有沉浸式的飞行体验。但现有方法多为固定模拟舱，或二维运动模拟舱，可以做到改变俯仰、滚转两种姿态，甚至可以做出过载机动模拟，但其运动幅度基本只能满足日常飞行任务中的常规动作。对于模拟失速尾旋这样的特殊模态，更多的是要模拟出飞机以不同迎角绕尾旋轴运动的场景，仅能够模拟运动画面，或模拟部分的运动姿态，无法让飞行学员感受到飞机处于尾旋时的离心力与大迎角，对于学员的直观地体验失速尾旋显得较为无力。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供一种多维失速尾旋模拟飞行装置。
6.为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种多维失速尾旋模拟飞行装置，包括模拟舱、摇臂、俯仰控制室、固定于地面的中心底座，所述中心底座上设置有中心转盘，所述中心转盘上设置有摇臂，所述摇臂上设置有俯仰控制室，所述俯仰控制室内部为俯仰驱动机构，所述俯仰机构包括俯仰驱动电机和俯仰转轴，所述俯仰驱动电机关于所述俯仰转轴的中心反对称，所述俯仰驱动电机上设置有俯仰驱动齿轮，所述俯仰转轴上设置有俯仰转轴齿轮，所述俯仰驱动齿轮和所述俯仰转轴齿轮啮合，所述俯仰转轴上设置有模拟舱连接臂，所述模拟舱连接臂上设置有滚转控制室，所述滚转控制室内部包括有两个分别设置在所述模拟舱连接臂上的滚转驱动电机和滚转驱动电机座，所述滚转驱动电机上设置有滚转驱动齿轮，所述滚转驱动电机座之间设置有模拟舱连接件，所述模拟舱连接件上设置有模拟舱支撑轴，所述模拟舱支撑轴上设置有支撑轴齿轮，所述支撑轴齿轮与所述滚转驱动齿轮啮合，所述模拟舱支撑轴一侧装于所述模拟舱连接件，另一侧外伸出所述滚转控制室与所述模拟舱连接。
7.优选的，所述中心底座上设置有定位柱和驱动电机，所述中心转盘通过所述定位
柱设置在所述中心底座上，所述驱动电机上设置有驱动齿轮，所述中心转盘上述何至于齿轮环，所述齿轮环与所述驱动齿轮啮合。
8.优选的，所述驱动电机共四个，分别安装在所述中心底座1的四个方位，且所述驱动电机彼此间平面角度为90
°
。
9.优选的，所述升降组件包括摇臂固定座、摇臂定位轴和液压升降器，所述摇臂一端通过所述摇臂固定座与所述摇臂定位轴共同连接至所述中心转盘，所述摇臂通过所述液压升降器绕所述摇臂定位轴转动。
10.优选的，所述模拟舱连接臂沿所述俯仰转轴的轴向排列，且关于所述俯仰转轴对称。
11.优选的，所述模拟舱内设置有模拟舱座椅、模拟舱操纵杆和与虚拟现实设备配合使用的模拟舱仪表显示器，所述模拟舱座椅背部的下端与所述模拟舱支撑轴固定连接，所述模拟舱操纵杆位于所述模拟舱座椅的前部，所述模拟舱仪表显示器安装于所述模拟舱的最前端。
12.本发明有益效果：
13.本发明在传统的模拟飞行设备基础上，大幅减小模拟座舱的重量与体积，增加中心转轴与摇臂，实现整个座舱的多维运动，最大程度地还原尾旋运动中的绕尾旋轴旋转模态，使学员能够真实地感受到大迎角与离心力；再配合模拟舱中与虚拟现实设备配合使用的模拟舱仪表显示器，使训练相较于传统的多屏、分屏更为逼真，同时减少设备的空间占有率；同时，模拟舱可以进行空间姿态变换，满足正飞尾旋与倒飞尾旋的不同模态飞行训练。
附图说明
14.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
15.图1为本发明的优选实施例的立体图；
16.图2为本发明的优选实施例中的侧视图；
17.图3为本发明的优选实施例的中心转盘与中心底座内部结构示意图；
18.图4为本发明的优选实施例中的摇臂升降与定位示意图；
19.图5为本发明的优选实施例中的俯仰控制室内部结构示意图；
20.图6为本发明的优选实施例中的滚转控制室内部结构示意图；
21.图7为本发明的优选实施例中的滚转控制室内部结构侧视图；
22.图8为本发明的优选实施例中的滚转控制室内部结构后视图；
23.图9为本发明的优选实施例中的模拟舱示意图；
24.图10为本发明的优选实施例中的正飞尾旋状态示意图。
25.附图标注：
26.1-中心底座，2-中心转盘，3-摇臂，4-俯仰控制室，5-滚转控制室，6-模拟舱，7-定位柱，8-驱动电机，9-驱动齿轮，10-齿轮环，11-摇臂定位轴，12-液压升降器，13-俯仰驱动电机，14-俯仰驱动电机座，15-俯仰驱动齿轮，16-俯仰转轴，17-俯仰转轴齿轮，18-模拟舱连接臂，19-摇臂固定座，20-滚转驱动电机，21-滚转驱动电机座，22-模拟舱连接件，23-滚转驱动齿轮，24-支撑轴齿轮，25-模拟舱支撑轴，26-模拟舱座椅，27-模拟舱操纵杆，28-模
拟舱仪表显示器。
具体实施方式
27.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
28.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
29.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
30.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
31.参照图1-图3，本发明的优选实施例，一种多维失速尾旋模拟飞行装置，包括模拟舱、摇臂、俯仰控制室、固定于地面的中心底座，整个模拟飞行装置的运动核心为中心转动部件，包括所述中心底座1和中心转盘2，中心底座1为整个装置的重量承载，固定于地面，保证装置在运行过程中的稳定；中心转盘2通过定位柱7固定在中心底座1上，同时定位柱7起到支撑中心转盘2的作用；中心底座1的四个方位安装有驱动电机8，且驱动电机8共四个，彼此间平面角度为90
°
，并在驱动电机8上端安装四个驱动齿轮9；中心转盘2上安装有齿轮环10，并且中心转盘2通过齿轮环10与驱动齿轮9连接，四个所述驱动齿轮9通过与齿轮环10啮合来转动所述中心转盘2；将所述中心转盘2的中轴作为尾旋运动中的尾旋轴，同时在中心转盘2上安装所述摇臂3。
32.参照图4，所述摇臂3一端通过所述摇臂固定座19与所述摇臂定位轴11共同连接至所述中心转盘2，所述摇臂3通过所述液压升降器12绕所述摇臂定位轴11转动，完成升降操作；所述摇臂3另一端安装所述俯仰控制室4。
33.参照图5，所述俯仰控制室4内部为俯仰驱动机构，本发明通过俯仰控制室4改变整个模拟舱6的俯仰角度，模拟出飞机在低头或抬头时的不同迎角，所述俯仰控制室4包括所述俯仰驱动电机13，俯仰驱动齿轮15，俯仰转轴16，以及俯仰转轴齿轮17，所述俯仰驱动电机13通过所述俯仰驱动电机座14与所述俯仰控制室4的顶端固连，所述俯仰驱动电机13与所述俯仰驱动电机座14共两组，两组位置关于所述俯仰转轴齿轮17的中心反对称；两个所述俯仰驱动齿轮15与所述俯仰转轴齿轮17啮合后带动所述俯仰转轴16转动，从而带动与所述俯仰转轴16刚性连接的所述模拟舱连接臂18进行摆动；所述模拟舱连接臂18共两根，沿所述俯仰转轴16的轴向排列，且关于所述俯仰转轴齿轮17对称。
34.参照图6-图8，所述模拟舱连接臂18下端为所述滚转控制室5，通过所述滚转控制室5，使所述模拟舱6能够处于直立或倒立状态，保证系统能够模拟出正飞尾旋与倒飞尾旋
两种模态，所述滚转控制室5内部包括所述滚转驱动电机20，所述滚转驱动电机座21，所述模拟舱连接件22，所述滚转驱动齿轮23，所述模拟舱支撑轴齿轮24，所述模拟舱支撑轴25，所述滚转驱动电机20共两个，通过两个所述滚转驱动电机座21固连至两个所述模拟舱连接臂18的底端，并且呈对称放置；两个所述模拟舱连接臂18中间位置安装所述模拟舱连接件22，目的在于承受所述模拟舱6的重力，并对所述模拟舱6进行定位；所述模拟舱支撑轴25直接与所述模拟舱6直接连接，并被嵌套在所述模拟舱连接件22，通过所述模拟舱支撑轴齿轮24与所述滚转驱动齿轮23啮合完成转动；所述模拟舱支撑轴25一侧装于所述模拟舱连接件22，另一侧外伸出所述滚转控制室5，与所述模拟舱6连接。
35.参照图9-图10，所述模拟舱6前部朝向所述中心转盘2，背部朝向所述滚转控制室5，前部是指人员乘坐位置方向，背部是指所述模拟舱座椅26的背部；所述模拟舱6包含所述模拟舱座椅26，所述模拟舱操纵杆27和与虚拟现实设备配合使用所述模拟舱仪表显示器28，所述模拟舱座椅26背部的下端与所述模拟舱支撑轴25固连，所述模拟舱操纵杆27位于所述模拟舱座椅26的前部，供使用者操纵模拟装置，所述模拟舱仪表显示器28安装于所述模拟舱6的最前端，为使用者提供飞行数据显示。
36.本发明中，受训者可以使用本发明进行正飞尾旋和倒飞尾旋的训练，同时包括了正飞左尾旋、正飞右尾旋、倒飞左尾旋、倒飞右尾旋，另外对振荡尾旋以及稳态尾旋均可模拟，只需变化所述中心转盘2、所述摇臂3、所述俯仰控制室4，以及所述滚转控制室5的控制状态即可。
37.下面以正飞尾旋为例详细阐述本发明的工作过程。
38.实施例1
39.以正飞尾旋为例。使用时，受训者坐在模拟舱6内，摇臂3保持水平状态，受训者的头戴虚拟现实设备模拟空中飞行，受训者拉动增强现实的驾驶杆，飞机迎角不断增大，俯仰控制室开始工作，模拟出大迎角下的模拟舱6；接着出现航向偏离，飞机开始出现航侧向运动，中心转盘2开始慢慢启动，飞行姿态逐渐变为机头朝下，俯仰控制室4将姿态调整至下俯；飞机进入尾旋后，中心轴盘2不断转动，受训者能明显感受到整个座舱处于绕某一轴进行的旋转运动；受训者通过观察增强现实设备的仪表显示器数据，使用不同的尾旋改出法进行尾旋的改出；随着受训者操舵进行尾旋的改出，中心转盘2逐渐停止转动，姿态慢慢恢复至平飞状态。模拟倒飞尾旋与正飞尾旋类似，区别在模拟舱6处于倒置状态。
40.具体的，使用时，受训者坐在所述模拟舱6内，所述摇臂3保持水平状态，受训者的头戴虚拟现实设备模拟空中飞行，受训者拉动所述模拟舱操纵杆27，此时头戴设备显示飞机迎角不断增大，所述俯仰控制室4内部机构开始工作，两个所述俯仰驱动电机13开始转动，带动所述俯仰驱动齿轮15与所述俯仰转轴齿轮17啮合后，后续带动所述俯仰转轴16转动，接续带动下方的所述模拟舱连接臂18，模拟出大迎角下的所述模拟舱6；接着出现航向偏离，飞机开始出现航侧向运动，此时四个所述驱动电机8开始工作，通过驱动齿轮9传动齿轮环10，从而使中心转盘2开始缓慢转动，同时滚转控制室5内部的两个滚转驱动电机20驱动滚转驱动齿轮23，传动至支撑轴齿轮24，连动所述模拟舱支撑轴25后让所述模拟舱6出现滚转姿态；
41.当飞行姿态逐渐变为机头朝下时，所述俯仰控制室4内部工作，两个所述俯仰驱动电机13与两个所述俯仰驱动齿轮15，啮合所述俯仰转轴齿轮17后带动所述俯仰转轴16转
动，从而带动与所述俯仰转轴16刚性连接的所述模拟舱连接臂18进行摆动，将所述模拟舱6的姿态调整至下俯；
42.飞机进入尾旋后，所述中心转盘2不断转动，受训者能明显感受到整个所述模拟舱6处于绕某一轴进行的旋转运动；受训者通过观察所述模拟舱仪表显示器28的数据，使用不同的尾旋改出法进行尾旋的改出；随着受训者操舵进行尾旋的改出，所述中心转盘2逐渐停止转动，所述滚转控制室5与所述俯仰控制室4的内部机构逐渐将所述模拟舱6调整至平飞状态，整个装置姿态慢慢恢复至初始形态。模拟倒飞尾旋与正飞尾旋类似，区别在所述模拟舱6处于倒置状态，同时根据情况实时调整所述液压升降器12，使得所述模拟舱6的空间位置空旷不受干扰。
43.在本实施例中，模拟三轴运动，即俯仰运动、滚转运动、偏航运动所用的动力设备均为电动设备，能够保证响应及时且故障率低；所述摇臂3与所述模拟舱连接臂18都采用中空设计，在减重的前提下保证强度；所有用电设备均为线连接供电，线材放置于部件的内部，保证外观的清爽，并从所述中心底座1开始，沿所述中心转盘2、所述摇臂3、所述俯仰控制室4、所述滚转控制室5，一直延伸至所述模拟舱6。
44.本发明工作原理：装置采用以中心转盘2为核心的运动体系，将中心转盘2作为尾旋轴，同时在中心转盘2上安装摇臂3，摇臂3通过液压系统进行升降，摇臂3另一端悬挂人员乘坐的模拟舱6，模拟舱6通过滚转控制室5、模拟舱连接臂18，以及俯仰控制室4与摇臂3连接。通过滚转控制室5，使模拟舱6能够处于直立或倒立状态，保证系统能够模拟出正飞尾旋与倒飞尾旋两种模态；通过俯仰控制室4，改变整个模拟舱6的俯仰角度，模拟出飞机在低头或抬头时的不同迎角。
45.本发明构建一种多维失速尾旋模拟飞行装置，主要针对场景为大迎角/失速/尾旋的训练，能够让学员“看之真，感之切”。
46.本发明在传统的模拟飞行设备基础上，大幅减小模拟座舱的重量与体积，增加中心转盘2与摇臂3，实现整个座舱的多维运动，最大程度地还原尾旋运动中的绕尾旋轴旋转模态，使学员能够真实地感受到大迎角与离心力；再配合模拟舱中与虚拟现实设备配合使用的模拟舱仪表显示器，使训练相较于传统的多屏、分屏更为逼真，同时减少设备的空间占有率；同时，座舱可以进行空间姿态变换，满足正飞尾旋与倒飞尾旋的不同模态飞行训练。
47.在不出现冲突的前提下，本领域技术人员可以将上述附加技术特征自由组合以及叠加使用。
48.以上所述仅为本发明的优先实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。