專利名稱：：一種飛機半實物仿真裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于仿真
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是涉及一種飛機半實物仿真裝置。
背景技術(shù)：
：目前，飛行運動及自動飛行控制系統(tǒng)仿真以實現(xiàn)飛行運動規(guī)律、飛行控制方法研究為目的，現(xiàn)有飛行控制系統(tǒng)中缺少飛機半實物仿真裝置，其模擬數(shù)據(jù)不準確，造成仿真數(shù)據(jù)偏差大，真實感差，失真現(xiàn)象嚴重，甚至由于數(shù)據(jù)失真造成訓(xùn)練結(jié)果與架機實操的不一致，帶來飛行安全等隱患。急需一種飛機半實物仿真裝置來彌補此技術(shù)缺陷。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種飛機半實物仿真裝置。本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)新穎、裝配緊湊、經(jīng)濟實用、性能穩(wěn)定、數(shù)據(jù)準確、模擬飛機自動和人工駕駛動態(tài)性能好、直觀方便和仿真度高等特點的飛機半實物仿真裝置。本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是—種飛機半實物仿真裝置，其特征是半實物仿真裝置包括飛行訓(xùn)練器、舵面控制機構(gòu)、飛行視景系統(tǒng)、大氣數(shù)據(jù)測試裝置、三自由度電動轉(zhuǎn)臺和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)；飛行訓(xùn)練器、舵面控制機構(gòu)、飛行視景系統(tǒng)、大氣數(shù)據(jù)測試裝置、三自由度電動轉(zhuǎn)臺和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)由計算機網(wǎng)絡(luò)連成一個飛機半實物仿真整體飛行訓(xùn)練器有服務(wù)器、中央操控臺、側(cè)桿和顯示機構(gòu)；服務(wù)器連接中央操控臺、側(cè)桿控制傳感器和顯示機構(gòu)，數(shù)據(jù)處理結(jié)果顯示于顯示機構(gòu)和飛行視景系統(tǒng)；舵面控制機構(gòu)有飛機實物模型、副翼、方向舵、升降舵和舵回路控制系統(tǒng)；舵回路計算機管理系統(tǒng)接收來自飛行訓(xùn)練器的舵面位置數(shù)據(jù)以及舵面位置傳感器，產(chǎn)生控制指令，通過步進電機控制飛機的副翼、方向舵、升降舵；飛行視景系統(tǒng)由飛行訓(xùn)練器產(chǎn)生的飛機運動數(shù)據(jù)驅(qū)動，顯示飛機飛行姿態(tài)，飛行數(shù)據(jù)及飛行軌跡圖形；大氣數(shù)據(jù)測試裝置包括計算機和直流電源模塊、電源控制模塊、適配器模塊、信號調(diào)理箱模塊；計算機連接直流電源模塊和適配器模塊，直流電源模塊有電源控制模塊，直流電源模塊連接適配器模塊，適配器模塊通過信號調(diào)理箱模塊連接大氣數(shù)據(jù)計算機和大氣數(shù)據(jù)儀表；三自由度電動轉(zhuǎn)臺包括內(nèi)框、中框、外框和臺體基座以及控制系統(tǒng)，在臺體基座上裝有外框，外框裝有中框，中框裝有內(nèi)框；外框轉(zhuǎn)軸有一臺直流驅(qū)動力矩電機，電機、碼盤同軸安裝；中框軸置于外框架上，有兩臺并聯(lián)驅(qū)動直流力矩電機，電機、碼盤分置兩端；內(nèi)框有一臺驅(qū)動直流力矩電機，碼盤、電機同軸安裝，外框、中框和內(nèi)框軸在空間上相互垂直，且交于一點；控制系統(tǒng)實現(xiàn)對各電機轉(zhuǎn)動的控制；慣性導(dǎo)航系統(tǒng)有傳感器組件、計算機，傳感器組件安裝于三自由度電動轉(zhuǎn)臺。本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)方案所述的飛機半實物仿真裝置，其特征是飛行訓(xùn)練器的顯示機構(gòu)模擬飛機駕駛艙內(nèi)的顯示儀表，包括1臺服務(wù)器和5塊顯示屏，5塊顯示屏均為觸摸屏，分別用于頂板、機長側(cè)顯示界面、副駕駛側(cè)顯示界面、中央操縱臺和教員控制臺；顯示機構(gòu)的顯示格式、圖形與真實飛機駕駛艙顯示一致。所述的飛機半實物仿真裝置，其特征是飛行訓(xùn)練器的服務(wù)器接收側(cè)桿和控制臺的操作指令，并處理相關(guān)數(shù)據(jù)，產(chǎn)生控制指令；由舵回路控制系統(tǒng)的計算機驅(qū)動步進電機及其控制器模擬電傳操縱系統(tǒng)中的舵回路從而驅(qū)動舵面偏轉(zhuǎn)；舵面位置反饋回服務(wù)器。所述的飛機半實物仿真裝置，其特征是飛行視景系統(tǒng)顯示飛機飛行姿態(tài)，包括實時顯示副翼、升降舵、方向舵的角度變化和起落架的收放狀態(tài)。所述的飛機半實物仿真裝置，其特征是信號調(diào)理箱模塊有模擬輸入輸出信號、離散量信號、串行數(shù)據(jù)、角度位置信號和程控電阻信號硬件模塊。所述的大氣數(shù)據(jù)計算機測試裝置，其特征是角度位置信號為設(shè)置的同步器角度信號，程控電阻信號為調(diào)節(jié)程控電阻數(shù)值的信號。所述的飛機半實物仿真裝置，其特征是三自由度電動轉(zhuǎn)臺的外框和中框為半框式音叉結(jié)構(gòu)，內(nèi)框為一個平面圓盤。所述的飛機半實物仿真裝置，其特征是內(nèi)框、中框、外框驅(qū)動直流力矩電機設(shè)有位置反饋元件光電編碼盤。所述的飛機半實物仿真裝置，其特征是內(nèi)框連裝有負載安裝夾具、電機、電機轉(zhuǎn)軸、支承軸承、碼盤，負載安裝夾具固定在電機轉(zhuǎn)軸上，電機轉(zhuǎn)軸有支承軸承，電機轉(zhuǎn)軸連裝有碼盤。本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是飛機半實物仿真裝置由于采用了本發(fā)明的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有結(jié)構(gòu)新穎、裝配緊湊、經(jīng)濟實用、性能穩(wěn)定、數(shù)據(jù)準確、模擬飛機自動和人工駕駛動態(tài)性能好、直觀方便和仿真度高等優(yōu)點。圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是飛機自動駕駛裝置的舵面控制結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是飛機自動駕駛裝置的副翼結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是飛機自動駕駛裝置的方向舵結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是飛機自動駕駛裝置的升降舵結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是飛機自動駕駛裝置的舵回路系統(tǒng)原理示意框圖；圖7是飛機自動駕駛裝置的飛行訓(xùn)練器硬件結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是三自由度電動轉(zhuǎn)臺的裝配結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是三自由度電動轉(zhuǎn)臺的內(nèi)框結(jié)構(gòu)示意圖；圖IO是三自由度電動轉(zhuǎn)臺的中框結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是三自由度電動轉(zhuǎn)臺的外框及基座結(jié)構(gòu)示意圖；圖12是三自由度電動轉(zhuǎn)臺的外框結(jié)構(gòu)示意圖；圖13是圖12的俯視結(jié)構(gòu)示意圖14是三自由度電動轉(zhuǎn)臺的外框軸結(jié)構(gòu)示意圖；圖15是圖14的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖16是三自由度電動轉(zhuǎn)臺的總體結(jié)構(gòu)框圖；圖17是三自由度電動轉(zhuǎn)臺的三框伺服控制系統(tǒng)原理圖；圖18是三自由度電動轉(zhuǎn)臺的操縱臺前面板布局；圖19是大氣數(shù)據(jù)計算機測試裝置的裝配結(jié)構(gòu)示意圖；圖20是大氣數(shù)據(jù)計算機測試裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖21是大氣數(shù)據(jù)計算機測試裝置的信號調(diào)理箱框架示意圖；圖22是大氣數(shù)據(jù)計算機測試裝置的直流電源箱結(jié)構(gòu)示意圖；圖23是大氣數(shù)據(jù)計算機測試裝置的交流電源箱結(jié)構(gòu)示意圖；圖24是大氣數(shù)據(jù)計算機測試裝置的仿真界面結(jié)構(gòu)示意圖；圖25是飛機實物模型。圖中，1-基座，2-外框，2.1-刻度盤，2.2-軸承組件，2.3-外框主軸，2.4_電機，2.5-輔助軸承，2.6-編碼器，3-中框，3.1-中框軸，3.2-軸承組件，3.3-電機，3.4-編碼器，3.5-刻度盤，4-內(nèi)框，4.1-夾具，4.2-內(nèi)框軸，4.3_軸承組件，4.4_輔助軸承，4.5-編碼器，4.6-限位開關(guān)，4.7-刻度盤，5-顯示器，6-適配器，7-直流電源模塊，8-計算機，9-信號調(diào)理箱，10-副翼，11-升降舵，12-方向舵。具體實施例方式為能進一步了解本發(fā)明的
發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下參閱附圖1至圖25。實施例1—種飛機半實物仿真裝置，其特征是半實物仿真裝置包括飛行訓(xùn)練器、舵面控制機構(gòu)、飛行視景系統(tǒng)、大氣數(shù)據(jù)測試裝置、三自由度電動轉(zhuǎn)臺和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)；飛行訓(xùn)練器、舵面控制機構(gòu)、飛行視景系統(tǒng)、大氣數(shù)據(jù)測試裝置、三自由度電動轉(zhuǎn)臺和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)由計算機網(wǎng)絡(luò)連成一個飛機半實物仿真整體飛行訓(xùn)練器有服務(wù)器、中央操控臺、側(cè)桿和顯示機構(gòu)；服務(wù)器連接中央操控臺、側(cè)桿控制傳感器和顯示機構(gòu)，數(shù)據(jù)處理結(jié)果顯示于顯示機構(gòu)和飛行視景系統(tǒng)；舵面控制機構(gòu)有飛機實物模型、副翼、方向舵、升降舵和舵回路控制系統(tǒng)；舵回路計算機管理系統(tǒng)接收來自飛行訓(xùn)練器的舵面位置數(shù)據(jù)以及舵面位置傳感器，產(chǎn)生控制指令，通過步進電機控制飛機的副翼、方向舵、升降舵；飛行視景系統(tǒng)由飛行訓(xùn)練器產(chǎn)生的飛機運動數(shù)據(jù)驅(qū)動，顯示飛機飛行姿態(tài)，飛行數(shù)據(jù)及飛行軌跡圖形；大氣數(shù)據(jù)測試裝置包括計算機和直流電源模塊、電源控制模塊、適配器模塊、信號調(diào)理箱模塊；計算機連接直流電源模塊和適配器模塊，直流電源模塊有電源控制模塊，直流電源模塊連接適配器模塊，適配器模塊通過信號調(diào)理箱模塊連接大氣數(shù)據(jù)計算機和大氣數(shù)據(jù)儀表；三自由度電動轉(zhuǎn)臺包括內(nèi)框、中框、外框和臺體基座以及控制系統(tǒng)，在臺體基座上裝有外框，外框裝有中框，中框裝有內(nèi)框；外框轉(zhuǎn)軸有一臺直流驅(qū)動力矩電機，電機、碼盤同軸安裝；中框軸置于外框架上，有兩臺并聯(lián)驅(qū)動直流力矩電機，電機、碼盤分置兩端；內(nèi)框有一臺驅(qū)動直流力矩電機，碼盤、電機同軸安裝，外框、中框和內(nèi)框軸在空間上相互垂直，且交于一點；控制系統(tǒng)實現(xiàn)對各電機轉(zhuǎn)動的控制；慣性導(dǎo)航系統(tǒng)有傳感器組件、計算機，傳感器組件安裝于三自由度電動轉(zhuǎn)臺。本實施例飛機半實物仿真裝置以實現(xiàn)飛行運動規(guī)律、飛行控制方法研究為目的，基于飛行訓(xùn)練器，集飛行管理引導(dǎo)系統(tǒng)、大氣數(shù)據(jù)計算機系統(tǒng)、慣性基準系統(tǒng)、三自由度電動轉(zhuǎn)臺、舵面控制系統(tǒng)、飛行視景顯示系統(tǒng)為一體，構(gòu)成半實物仿真裝置。飛機半實物仿真裝置以飛行訓(xùn)練器為中心，結(jié)合大氣數(shù)據(jù)計算機系統(tǒng)、慣性基準系統(tǒng)、舵面控制系統(tǒng)等機載實物，構(gòu)成開放式的半實物仿真系統(tǒng)。為對飛行運動規(guī)律、飛行控制方法、舵回路控制系統(tǒng)性能等研究提供軟硬件平臺。本實施例的各部分組成與結(jié)構(gòu)—.飛機自動駕駛模擬裝置飛機自動駕駛模擬裝置包括飛行訓(xùn)練器、飛機模型舵面控制機構(gòu)和飛行視景系統(tǒng)，飛行訓(xùn)練器、飛機模型舵面控制機構(gòu)和飛行視景系統(tǒng)采用計算機網(wǎng)絡(luò)連接構(gòu)成一個整體。飛行訓(xùn)練器有服務(wù)器、中央操控臺、側(cè)桿和顯示機構(gòu)；服務(wù)器連接中央操控臺、側(cè)桿控制傳感器和顯示機構(gòu)，數(shù)據(jù)處理結(jié)果顯示于顯示機構(gòu)和飛行視景系統(tǒng)；飛行訓(xùn)練器的顯示機構(gòu)模擬飛機駕駛艙內(nèi)的顯示儀表，包括1臺服務(wù)器和5塊顯示屏，5塊顯示屏均為觸摸屏，分別用于頂板、機長側(cè)顯示界面、副駕駛側(cè)顯示界面、中央操縱臺和教員控制臺；顯示機構(gòu)的顯示格式、圖形與真實飛機駕駛艙顯示一致。飛行訓(xùn)練器的服務(wù)器接收側(cè)桿和控制臺的操作指令，并處理相關(guān)數(shù)據(jù)，產(chǎn)生控制指令；飛行訓(xùn)練器先通過網(wǎng)絡(luò)將模擬信號傳送給舵面控制裝置的計算機，計算機對信號進行處理之后，利用串口將數(shù)字信號傳送給Hub，由Hub將數(shù)字信號傳出，驅(qū)動步進電機及其控制器動作。步進電機及其控制器模擬電傳操縱系統(tǒng)中的舵回路從而驅(qū)動舵面偏轉(zhuǎn)；舵面位置反饋回計算機。飛機模型舵面控制機構(gòu)有飛機實物模型、副翼、方向舵、升降舵和舵回路計算機控制系統(tǒng)；舵回路計算機控制系統(tǒng)連接控制飛機實物模型、副翼、方向舵、升降舵，接收傳感器數(shù)據(jù)，計算機管理系統(tǒng)連接飛行訓(xùn)練器。舵回路計算機管理系統(tǒng)接收副翼、方向舵、升降舵的控制指令，在飛行視景系統(tǒng)上顯示舵面運動圖形，舵面運動速度和位置參數(shù)。飛行視景系統(tǒng)由飛行訓(xùn)練器產(chǎn)生的飛機運動數(shù)據(jù)驅(qū)動，顯示飛機飛行姿態(tài)，飛行數(shù)據(jù)或飛行軌跡圖形。顯示飛機飛行姿態(tài)包括實時反映副翼、升降舵、方向舵的角度變化和起落架的收放狀態(tài)。飛行數(shù)據(jù)包括飛機的經(jīng)緯度、海拔、真航向、俯仰滾轉(zhuǎn)、地速、真空速、飛往的航路點與航向、到下一個航路點的距離，到達下一個航路點的時間。飛機自動駕駛裝置的具體結(jié)構(gòu)及其工作原理如下1.飛機自動駕駛裝置的功能飛機自動駕駛裝置可以模擬實現(xiàn)飛機的人工駕駛、自動駕駛，完成飛機各個飛行階段的飛行控制。飛行訓(xùn)練器主要模擬電子飛行儀表系統(tǒng)，飛機運動規(guī)律數(shù)學(xué)模型，飛行管理引導(dǎo)系統(tǒng)，多功能控制顯示組件，飛行控制組件，飛機電子中央監(jiān)控系統(tǒng)，飛行增穩(wěn)計算機等，為舵面控制裝置、飛行視景、大氣數(shù)據(jù)計算機測試裝置、三自由度電動轉(zhuǎn)臺、提供飛機的運動數(shù)據(jù)。飛機模型(舵面控制)模擬飛機主操縱舵面(升降舵、方向舵、副翼)的控制。飛行視景主要模擬飛行員的視景以及第三方視景。飛行員視景主要模擬飛行員從駕駛艙看到的情況，第三方視景主要模擬從第三者角度觀看飛機的運動姿態(tài)與運動軌跡。2.飛機自動駕駛裝置2.1飛行訓(xùn)練器飛行訓(xùn)練器包括中央操控臺、側(cè)桿、飛行管理引導(dǎo)系統(tǒng)(FMGS)、FCU、MCDU、ECAM和EFIS等系統(tǒng)的管理和顯示及教員控制臺、飛行參數(shù)管理等，并及時接收來自外設(shè)的各個輸入?yún)?shù)，由飛控程序經(jīng)過運算后，將需要發(fā)送的參數(shù)發(fā)送給各個客戶機。飛行訓(xùn)練器駕駛艙顯示系統(tǒng)的顯示格式和圖形與飛機駕駛艙真實顯示一致。視景系統(tǒng)主要是由飛機氣動仿真模型所計算的數(shù)據(jù)驅(qū)動的，氣動模型計算飛機性能和姿態(tài)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)包括一臺主機和五塊顯示屏(觸摸屏)，分別用于頂板、機長側(cè)顯示界面、副駕駛側(cè)顯示界面、中央操縱臺和教員控制臺。2.2飛機模型(舵面控制)裝置(1)該系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功能飛機舵面位置實時變化(方向舵、升降舵、副翼)。與舵回路伺服系統(tǒng)的硬件構(gòu)成大閉環(huán)系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)有輸入輸出。輸入主要有舵面位置反饋，輸出主要有三個舵面的控制指令。舵回路管理系統(tǒng)(數(shù)據(jù)處理、分析與存儲)。可以直接給出三個舵面的控制指令，舵面運動圖形顯示，并且曲線顯示測回來的舵面運動速度、位置參數(shù)。(2)舵回路計算機管理系統(tǒng)根據(jù)飛行控制系統(tǒng)中舵面控制系統(tǒng)的工作原理與工作過程，模擬電傳操縱系統(tǒng)設(shè)計了舵面控制系統(tǒng)，通過操縱飛行訓(xùn)練器產(chǎn)生舵面偏轉(zhuǎn)指令信號，經(jīng)過一系列設(shè)備，最終傳輸?shù)讲竭M電機控制舵面偏轉(zhuǎn)。另外，還增加了額外的仿真測試環(huán)節(jié)，即人工鍵入舵面偏轉(zhuǎn)指令數(shù)據(jù)，實現(xiàn)舵面的偏轉(zhuǎn)。采用飛行訓(xùn)練器作為數(shù)據(jù)產(chǎn)生單元，模擬飛機座艙側(cè)桿等指令產(chǎn)生裝置；用工業(yè)控制機模擬主飛行計算機接收并處理數(shù)據(jù)，產(chǎn)生控制指令；用步進電機及其控制器模擬電傳操縱系統(tǒng)中的舵回路從而驅(qū)動舵面偏轉(zhuǎn)。舵面位置反饋回工業(yè)控制機。此外，還有一個簡單的仿真測試，人為輸入控制指令數(shù)據(jù)控制舵面偏轉(zhuǎn)。飛行訓(xùn)練器先通過網(wǎng)絡(luò)將模擬信號傳送給工業(yè)控制機，工控機對信號進行處理之后，利用串口將數(shù)字信號傳送給8Hub，由Hub將數(shù)字信號傳給5個控制器，從而驅(qū)動步進電機的運轉(zhuǎn)，達到控制舵面偏轉(zhuǎn)的目的。但是由于機械或者控制存在傳動誤差，導(dǎo)致結(jié)果與理想值存在一定的偏差，這時我們可以利用一個反饋環(huán)節(jié)來消除誤差。其中反饋環(huán)節(jié)由5個位置傳感器和一個信號處理板及一個A/D轉(zhuǎn)換器組成。2.3飛行視景系統(tǒng)(1)飛行視景系統(tǒng)由飛行訓(xùn)練器產(chǎn)生的飛機運動數(shù)據(jù)驅(qū)動，通過投影儀實現(xiàn)飛機8飛行姿態(tài)，飛行速度，飛行軌跡的三維圖形顯示。(2)視景系統(tǒng)所實現(xiàn)的功能包括實現(xiàn)了北京首都機場和昆明巫家壩機場的視景；在視景中實時顯示飛行參數(shù)(包括高度、速度、航向)與導(dǎo)航參數(shù)(如航路點的名稱等)；提供四級能見度選擇和三種視點類型選擇；根據(jù)飛機不同的位置與姿態(tài)變化，實時反映副翼、升降舵、方向舵的角度變化和起落架的收放狀態(tài)；設(shè)置視景管理系統(tǒng)，能夠完成視景數(shù)據(jù)的存儲和分析處理，并且可以通過已有的飛行數(shù)據(jù)來驅(qū)動視景系統(tǒng)。(3)視景系統(tǒng)主要包括教員控制臺頁面、VisSim.exe、VisSimR.exe、WkstnMgr.exe、ZPPP.exe、ZBAA.exe以及相關(guān)數(shù)據(jù)文件七部分，其中教員控制臺頁面負責(zé)視景機場的選擇和視景的控制功能按鈕；VisSim.exe負責(zé)收集HMI和AC0N數(shù)據(jù)并發(fā)送到視景計算機上；VisSimR.exe負責(zé)接受與處理數(shù)據(jù)，并提供視景所需數(shù)據(jù)。ZPPP.exe、ZBAA.exe為視景程序。二.大氣數(shù)據(jù)計算機測試裝置—種大氣數(shù)據(jù)計算機測試裝置，進行大氣數(shù)據(jù)計算機模擬仿真，計算機測試裝置包括計算機8和直流電源7模塊、電源控制模塊、適配器6模塊、信號調(diào)理箱9模塊；計算機連接有直流電源模塊和適配器模塊，直流電源模塊設(shè)有電源控制模塊，直流電源模塊連接適配器模塊，適配器模塊有信號調(diào)理箱模塊連接大氣數(shù)據(jù)計算機和大氣數(shù)據(jù)儀表。信號調(diào)理箱模塊有模擬輸入輸出信號、離散量信號、串行數(shù)據(jù)、角度位置信號和程控電阻信號硬件模塊。角度位置信號為設(shè)置的同步器角度信號，程控電阻信號為調(diào)節(jié)程控電阻數(shù)值的信號。電源控制模塊為產(chǎn)生被測大氣數(shù)據(jù)組件需要的直流電源、交流電源或UPS模塊。直流電源為箱式結(jié)構(gòu)直流電源，電源電壓為5-28V，電流為5-15A。直流電源箱主要是產(chǎn)生各種所需直流電源，直流電源箱原理框圖如圖20所示。直流電源模塊技術(shù)指標1)、28VDC10A電源輸出:1路輸入電壓范圍220V±10%，50±2Hz負載能力15A紋波及噪聲低于輸出電壓的1%負載調(diào)整范圍低于±5%具過流、短路保護及自恢復(fù)能力2)、士15VDC5A電源輸出1路輸入電壓范圍220V±10%，50±2Hz[Cms]負載能力5A紋波及噪聲低于輸出電壓的1%負載調(diào)整范圍低于±5%具過流、短路保護及自恢復(fù)能力3)、12VDC5A電源輸出1路輸入電壓范圍220V±10%，50±2Hz負載能力5A紋波及噪聲低于輸出電壓的1%負載調(diào)整范圍低于±5%具過流、短路保護及自恢復(fù)能力4)、5VDC6A電源輸出:1路輸入電壓范圍220V±10%，50±2Hz負載能力6A紋波及噪聲低于輸出電壓的1%負載調(diào)整范圍低于±5%具過流、短路保護及自恢復(fù)能力。交流電源箱主要是產(chǎn)生各種所需交流電源，交流電源箱原理框圖如圖21所示。計算機連接有顯示器5和打印機模塊。計算機連接電動升降速度表、馬赫空速表和高度表。裝置功能主要有裝置自檢，裝置校驗，大氣數(shù)據(jù)計算機測試，指示儀表測試，大氣數(shù)據(jù)計算機仿真測試，報表打印。1)、裝置自檢進行裝置全面檢測，判斷裝置故障。2)、裝置校驗對裝置進行精度校驗。3)、大氣數(shù)據(jù)計算機測試對大氣數(shù)據(jù)計算機進行測試，測試完成后自動產(chǎn)生報表，記錄測試數(shù)據(jù)。4)、仿真測試模擬大氣數(shù)據(jù)計算機，計算大氣參數(shù)，向升降速度表(4039893-902)，馬赫空速表(4039891-903)和高度表(65205-211)發(fā)送信號，模擬飛行狀態(tài)，并通過裝置軟件顯示模擬狀態(tài)。5)、報表打印瀏覽歷史報表并打印。該大氣數(shù)據(jù)計算機測試裝置的具體連接結(jié)構(gòu)及其工作說明如下大氣數(shù)據(jù)計算機測試裝置是大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)的綜合自動測試裝置，能夠?qū)Υ髿鈹?shù)據(jù)計算機提供工作和測試所需的信號，進行測試和校驗，并產(chǎn)生測試報表。大氣數(shù)據(jù)計算機測試裝置還可以對該件號大氣數(shù)據(jù)計算機進行模擬仿真，即通過人工輸入靜壓、動壓、總溫等大氣數(shù)據(jù)原始參數(shù)，模擬仿真軟件計算出相應(yīng)的大氣飛行參數(shù)(包括升降速度，馬赫數(shù)，計算空速，氣壓高度，最大允許空速，接收場壓裝訂等)，將其轉(zhuǎn)換成升降速度表(P/N.4039893-902)，馬赫空速表(P/N.4039891-903)和氣壓高度表(P/N.65205-211)所需的信號，提供上述指示器指示，以完成上述指示器的仿真測試。1、仿真測試的連接請先將大氣數(shù)據(jù)計算機與裝置斷開連接。升降速度表(4039893-902)，馬赫空速表(4039891-903)，高度表(65205-211)。將高度表(65205-211)與適配器S50連接，馬赫空速表(4039891-903)與S32連接，高度表(65205-211)與S24連接。2、軟件操作在主界面進入仿真程序，進行仿真前初始化，進入仿真界面如圖6。左上方框內(nèi)是升降速度指示(Ft/m)，左面中間是參數(shù)輸入框，左下是氣壓高度指示(Ft)，右面為馬赫空速指示，右上是空速指示(Kn)，右面中間為馬赫指示，右下是VMO指示(Kn)。仿真測試方式有兩種，可以通過鼠標右擊Ps，Pt目標值顯示欄選擇單位來進行選擇。第一.輸入Ps，Pt和升降速度進行仿真選擇inhg/inhg單位，通過輸入Ps，Pt和升降速度進行仿真測試。第二.輸入高度，馬赫數(shù)和升降速度進行仿真選擇Ft/M單位，通過輸入高度，馬赫數(shù)和升降速度進行仿真測試。仿真參數(shù)通過鼠標左擊目標值顯示欄進行輸入。選擇方式和輸入?yún)?shù)后，點擊"開始計算"，就可以仿真出即時的大氣參數(shù)，并把相應(yīng)的參數(shù)發(fā)送給相應(yīng)的儀表。三.飛行器姿態(tài)模擬三自由度電動轉(zhuǎn)臺飛行器姿態(tài)模擬三自由度電動轉(zhuǎn)臺，包括內(nèi)框4、中框3、外框2和臺體基座1，在臺體基座1上裝有外框2，外框2裝有中框3，中框3裝有內(nèi)框4;外框轉(zhuǎn)軸有一臺驅(qū)動直流力矩電機，電機、碼盤同軸安裝；中框軸置于外框架上，有兩臺并聯(lián)驅(qū)動直流力矩電機，電機、碼盤分置兩端；內(nèi)框有一臺驅(qū)動直流力矩電機，碼盤、電機同軸安裝，外框、中框和內(nèi)框軸在空間上相互垂直，且交于一點?；鶠榱⒎襟w，三個框架設(shè)計為u-u-i形，s卩外框和中框均為半框式音叉結(jié)構(gòu)，內(nèi)框為一個平面圓盤，其基本尺寸由負載安裝空間確定。內(nèi)框、中框、外框驅(qū)動直流力矩電機設(shè)有位置反饋元件光電編碼盤。內(nèi)框4連裝有負載安裝夾具4.1、電機、電機內(nèi)框轉(zhuǎn)軸4.2、支承軸承組件4.3、編碼器4.5，負載安裝夾具4.1固定在電機內(nèi)框轉(zhuǎn)軸4.2上，電機內(nèi)框轉(zhuǎn)軸4.2有輔助軸承4.4，電機轉(zhuǎn)軸連裝有編碼器4.5。電機轉(zhuǎn)軸連裝有刻度盤4.7，內(nèi)框設(shè)有轉(zhuǎn)動限位開關(guān)4.6。中框3設(shè)有左、右兩根半中框軸3.1、軸承組件3.2、電機3.3、編碼器3.4;左、右兩根半軸安裝在中框的兩側(cè)，由一對角接觸軸承組件3.2支承在外框架上；編碼器3.4、刻度盤3.5分別安裝在右半軸上。外框2設(shè)有外框電機2.4、電機外框主軸2.3、軸承組件2.2、編碼器2.6;外框2的半框結(jié)構(gòu)空心腔內(nèi)有加強筋；外框2連裝在電機外框主軸2.3上，外框主軸2.3有角接觸軸承組件2.2支承，電機主軸2.3下端有輔助軸承2.5，電機主軸2.3下部連裝有編碼器2.6，外框2與基座1間裝有刻度盤2.1。飛行器姿態(tài)模擬三自由度電動轉(zhuǎn)臺的具體結(jié)構(gòu)及其工作原理如下1.轉(zhuǎn)臺組成結(jié)構(gòu)飛行器姿態(tài)模擬三自由度電動轉(zhuǎn)臺由基座和三個運動框架組成，用以安裝試驗負載，模擬飛行器的三維姿態(tài)運動。11轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動軸坐標系依據(jù)飛行器運動坐標系而定。飛行器的姿態(tài)運動坐標軸系(機體軸系)和相應(yīng)的轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動軸坐標系設(shè)置為三軸轉(zhuǎn)臺的內(nèi)、中、外三框的轉(zhuǎn)動軸分別對應(yīng)飛行器的"滾動軸"、"俯仰軸"和"偏航軸"，即以內(nèi)框表征飛行器的滾轉(zhuǎn)運動，中框表征俯仰運動，外框表征偏航運動。轉(zhuǎn)臺三軸在空間相互垂直，且交于一點。結(jié)合三軸坐標軸系，轉(zhuǎn)臺整體由內(nèi)框、中框、外框和臺體基座四部分組成。其結(jié)構(gòu)基座為立方體，三個框架設(shè)計為u-u-i形，即外框和中框均為半框式音叉結(jié)構(gòu)，內(nèi)框為一個平面圓盤，其基本尺寸由負載安裝空間確定。三框均由直流力矩電機直接驅(qū)動，采用光電編碼盤為位置反饋元件。內(nèi)框采用一臺直流力矩電機驅(qū)動，碼盤、電機同軸安裝；中框軸置于外框架上，采用兩臺直流力矩電機并聯(lián)驅(qū)動，為使外框架運動平穩(wěn)，電機、碼盤分置兩端。外框轉(zhuǎn)軸采用一臺直流力矩電機驅(qū)動，電機、碼盤同軸安裝。如圖8所示。(1)內(nèi)框軸系組件內(nèi)框軸系是三軸轉(zhuǎn)臺的關(guān)鍵組成部分之一，它包括內(nèi)框(即內(nèi)框電機轉(zhuǎn)軸)、負載安裝夾具、內(nèi)框電機、支承軸承、碼盤等，如圖9所示。內(nèi)框安裝盤采用LC4高強度合金鋁制造。(2)中框軸系組件中框軸系包括中框、中框左右半軸、中框驅(qū)動電機、軸承、碼盤等。中框軸系組件支承在外框架上，如圖io所示。中框軸系由左、右兩根半軸構(gòu)成，分別安裝在中框的左右兩側(cè)，由一對角接觸軸承支承在外框架上。軸的形狀、尺寸都由結(jié)構(gòu)設(shè)計確定，材料為40Cr合金鋼。兩個驅(qū)動電機、碼盤分別安裝在左、右半軸上。[One](3)外框軸系組件外框軸系組件由外框、外框軸、外框電機、軸承、碼盤、底座等組成，如圖11所示。外框為半框結(jié)構(gòu)，壁厚15mm，在空心腔內(nèi)增加一加強筋，以增加外框架的整體剛度和強度?？蚣懿捎描T造方式，材料為ZL107并進行淬火時效處理。外框軸是三軸臺的總承重旋轉(zhuǎn)件，為保證精度和性能，外框軸必須有足夠的剛度和強度如圖5。外框軸為中空整體型結(jié)構(gòu)，采用40Cr合金鋼材，其外形如圖13所示?！獙Υ罂讖浇墙佑|軸承相對安裝，為主要承力件，并穩(wěn)定主軸系運轉(zhuǎn)。下端的小軸承，能更好地增加主軸系的穩(wěn)定性，提高碼盤的安裝精度。驅(qū)動電機安裝在兩主承力軸承與輔助軸承之間，能更好地保證主軸運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性。碼盤是不受力的精密測量元件，安裝在主軸的最下端。臺體底座為鑄鐵件，采用HT300鑄鐵，具有吸震性能強、抗壓強度高、穩(wěn)定性好等特點。加工前進行人工時效處理，底座底部安裝楔形調(diào)平地腳，并在上表面適當位置配有吊裝孔。2.使用的裝置1)三軸驅(qū)動電機a.電機需用功率計算電機需用的功率與負載、框架結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)動態(tài)性能要求有關(guān)。依據(jù)負載特性、安裝形式和初步確定的框架結(jié)構(gòu)尺寸，可以確定出相對各框轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)動慣量，由系統(tǒng)的動態(tài)性能(頻帶、最大加速度)，即可確定相應(yīng)各軸驅(qū)動電機的需用力矩。各框的轉(zhuǎn)動慣量及所需電機的性能數(shù)據(jù)見表l。表1各框轉(zhuǎn)動慣量及所需驅(qū)動力矩<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>b.各框驅(qū)動電機的選型配置電機選配的基本原則滿足最大驅(qū)動力矩和系統(tǒng)性能要求，技術(shù)成熟、性能可靠、電磁兼容性好。鑒于此采用精密直流有刷力矩電機。對于微機控制下該類型直流力矩伺服系統(tǒng)，我們已有比較完善的技術(shù)配套措施、比較成熟有效的控制策略和方法，以及一些實現(xiàn)電磁兼容性好、抗干擾能力強的經(jīng)驗和技術(shù)措施。初步配置各框的電機數(shù)據(jù)及參數(shù)型號如表2所示。表2各框電機主要性能參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>2)角位置測量裝置-光電編碼盤的選配編碼盤選配的主要依據(jù)是轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)角位置測量分辨率、測量準確度和系統(tǒng)的動態(tài)性能要求。由技術(shù)規(guī)格要求角位置分辨率±0.002，角位置準確度±7.2"，系統(tǒng)最寬通頻帶(內(nèi)框)10Hz，現(xiàn)三框均選用德國Heidenhain公司的ERN180型碼盤，其主要性能數(shù)據(jù)如表3。表3ERN180碼盤主要性能數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>上述元部件配置從根本上保證了轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的動態(tài)及靜態(tài)性能指標的實現(xiàn)。3)軸承的選配為保證位置精度和低速性能，采用國外高性能、高等級的優(yōu)質(zhì)軸承，同時進行優(yōu)化的軸系設(shè)計，并在控制系統(tǒng)中采用合適的控制策略，使系統(tǒng)達到滿意的性能。軸承的主要技術(shù)數(shù)據(jù)列于表4。表4各框軸承型號及參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>3、轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是轉(zhuǎn)臺的重要組成部分，其主要功能是實現(xiàn)控制策略、完成技術(shù)性能、功能，保證系統(tǒng)安全可靠地工作。1)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成圖7為轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖。采用集散式(DCS)控制機制，以上、下位機形成兩級控制結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)系統(tǒng)的分散直接控制和集中綜合監(jiān)控管理功能。上位機形成轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的集中監(jiān)控、綜合管理級，主要實現(xiàn)系統(tǒng)實時在線綜合管理、性能檢測、安全保護及監(jiān)控功能。下位機是轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)的直接控制級，用以構(gòu)成轉(zhuǎn)臺內(nèi)、中、外框三個獨立的伺服控制回路。圖8為內(nèi)、中、外框伺服控制系統(tǒng)原理圖。在伺服系統(tǒng)中，由碼盤和IK121接口卡構(gòu)成數(shù)字式角位置反饋回路，滿足系統(tǒng)的精度和動態(tài)性能要求。2)控制系統(tǒng)的工程實現(xiàn)電控部分包括操縱臺和控制柜。操縱臺為弱電部分，放置上位機、下位機、CMS檢測系統(tǒng)，其前面板布局如圖9所示，面板左側(cè)的"內(nèi)框"、"中框"、"外框"為各框工作指示燈，右側(cè)的"停止"、"準備"、"運行"為工作狀態(tài)切換按鈕，均通過電纜與CMS檢測系統(tǒng)相連。"停止"、"準備"和"運行"三個工作狀態(tài)按鈕使系統(tǒng)調(diào)試方便、操作安全可靠，可以通過前面板上的工作狀態(tài)按鈕進行人工操作，也可通過上位機軟件進行操作。按下"停止"按鈕時，轉(zhuǎn)臺各框架停在原位?？刂乒駷閺婋姴糠?，放置三框功率放大器(P麗)和變壓器裝置。電控柜各單元設(shè)有電源開關(guān)，每個機柜設(shè)有一個總電源開關(guān)。兩個機柜內(nèi)部各單元之間的連接通過專用電纜完成。權(quán)利要求一種飛機半實物仿真裝置，其特征是半實物仿真裝置包括飛行訓(xùn)練器、舵面控制機構(gòu)、飛行視景系統(tǒng)、大氣數(shù)據(jù)測試裝置、三自由度電動轉(zhuǎn)臺和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)；飛行訓(xùn)練器、舵面控制機構(gòu)、飛行視景系統(tǒng)、大氣數(shù)據(jù)測試裝置、三自由度電動轉(zhuǎn)臺和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)由計算機網(wǎng)絡(luò)連成一個飛機半實物仿真整體飛行訓(xùn)練器有服務(wù)器、中央操控臺、側(cè)桿和顯示機構(gòu)；服務(wù)器連接中央操控臺、側(cè)桿控制傳感器和顯示機構(gòu)，數(shù)據(jù)處理結(jié)果顯示于顯示機構(gòu)和飛行視景系統(tǒng)；舵面控制機構(gòu)有飛機實物模型、副翼、方向舵、升降舵和舵回路控制系統(tǒng)；舵回路計算機管理系統(tǒng)接收來自飛行訓(xùn)練器的舵面位置數(shù)據(jù)以及舵面位置傳感器，產(chǎn)生控制指令，通過步進電機控制飛機的副翼、方向舵、升降舵；飛行視景系統(tǒng)由飛行訓(xùn)練器產(chǎn)生的飛機運動數(shù)據(jù)驅(qū)動，顯示飛機飛行姿態(tài)，飛行數(shù)據(jù)及飛行軌跡圖形；大氣數(shù)據(jù)測試裝置包括計算機和直流電源模塊、電源控制模塊、適配器模塊、信號調(diào)理箱模塊；計算機連接直流電源模塊和適配器模塊，直流電源模塊有電源控制模塊，直流電源模塊連接適配器模塊，適配器模塊通過信號調(diào)理箱模塊連接大氣數(shù)據(jù)計算機和大氣數(shù)據(jù)儀表；三自由度電動轉(zhuǎn)臺包括內(nèi)框、中框、外框和臺體基座以及控制系統(tǒng)，在臺體基座上裝有外框，外框裝有中框，中框裝有內(nèi)框；外框轉(zhuǎn)軸有一臺直流驅(qū)動力矩電機，電機、碼盤同軸安裝；中框軸置于外框架上，有兩臺并聯(lián)驅(qū)動直流力矩電機，電機、碼盤分置兩端；內(nèi)框有一臺驅(qū)動直流力矩電機，碼盤、電機同軸安裝，外框、中框和內(nèi)框軸在空間上相互垂直，且交于一點；控制系統(tǒng)實現(xiàn)對各電機轉(zhuǎn)動的控制；慣性導(dǎo)航系統(tǒng)有傳感器組件、計算機，傳感器組件安裝于三自由度電動轉(zhuǎn)臺。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛機半實物仿真裝置，其特征是飛行訓(xùn)練器的顯示機構(gòu)模擬飛機駕駛艙內(nèi)的顯示儀表，包括1臺服務(wù)器和5塊顯示屏，5塊顯示屏均為觸摸屏，分別用于頂板、機長側(cè)顯示界面、副駕駛側(cè)顯示界面、中央操縱臺和教員控制臺；顯示機構(gòu)的顯示格式、圖形與真實飛機駕駛艙顯示一致。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的飛機半實物仿真裝置，其特征是飛行訓(xùn)練器的服務(wù)器接收側(cè)桿和控制臺的操作指令，并處理相關(guān)數(shù)據(jù)，產(chǎn)生控制指令；由舵回路控制系統(tǒng)的計算機驅(qū)動步進電機及其控制器模擬電傳操縱系統(tǒng)中的舵回路從而驅(qū)動舵面偏轉(zhuǎn)；舵面位置反饋回服務(wù)器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛機半實物仿真裝置，其特征是飛行視景系統(tǒng)顯示飛機飛行姿態(tài)，包括實時顯示副翼、升降舵、方向舵的角度變化和起落架的收放狀態(tài)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛機半實物仿真裝置，其特征是信號調(diào)理箱模塊有模擬輸入輸出信號、離散量信號、串行數(shù)據(jù)、角度位置信號和程控電阻信號硬件模塊。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大氣數(shù)據(jù)計算機測試裝置，其特征是角度位置信號為設(shè)置的同步器角度信號，程控電阻信號為調(diào)節(jié)程控電阻數(shù)值的信號。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛機半實物仿真裝置，其特征是三自由度電動轉(zhuǎn)臺的外框和中框為半框式音叉結(jié)構(gòu)，內(nèi)框為一個平面圓盤。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的飛機半實物仿真裝置，其特征是內(nèi)框、中框、外框驅(qū)動直流力矩電機設(shè)有位置反饋元件光電編碼盤。9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的飛機半實物仿真裝置，其特征是內(nèi)框連裝有負載安裝夾具、電機、電機轉(zhuǎn)軸、支承軸承、碼盤，負載安裝夾具固定在電機轉(zhuǎn)軸上，電機轉(zhuǎn)軸有支承軸承，電機轉(zhuǎn)軸連裝有碼盤。全文摘要本發(fā)明涉及一種飛機半實物仿真裝置。本發(fā)明屬于仿真
技術(shù)領(lǐng)域：
，包括飛行訓(xùn)練器、舵面控制機構(gòu)、飛行視景系統(tǒng)、大氣數(shù)據(jù)測試裝置、三自由度電動轉(zhuǎn)臺和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，由網(wǎng)絡(luò)連成整體；飛行訓(xùn)練器有服務(wù)器、中央操控臺、側(cè)桿和顯示機構(gòu)；舵面控制機構(gòu)有飛機實物模型、副翼、方向舵、升降舵和舵回路控制系統(tǒng)；飛行視景系統(tǒng)顯示飛行姿態(tài)、數(shù)據(jù)或軌跡；大氣數(shù)據(jù)測試裝置包括計算機和直流電源模塊、電源控制模塊、適配器模塊、信號調(diào)理箱模塊；三自由度電動轉(zhuǎn)臺包括內(nèi)框、中框、外框和臺體基座及其控制系統(tǒng)；慣性導(dǎo)航系統(tǒng)有傳感器組件、計算機，傳感器組件安裝于三自由度電動轉(zhuǎn)臺。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)新穎、裝配緊湊、動態(tài)性能好、直觀方便和仿真度高等優(yōu)點。文檔編號G09B9/08GK101794523SQ200910244810公開日2010年8月4日申請日期2009年12月15日優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日發(fā)明者徐文君,徐越,楊大鵬,林家泉,王力,王坤,白玲,羅云林,郭曉靜,韓蕾申請人:中國民航大學(xué)