CN107845307A - 一种飞行模拟***及其抖振平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种飞行模拟***及其抖振平台，该抖振平台的振动机构包括电机、与所述电机的输出轴传动连接的偏心轮，和与所述偏心轮相固接的传动杆组；所述传动杆组包括导向杆和振动杆，所述振动杆的顶端抵靠于所述上平台；所述振幅调整机构包括伸缩缸、与所述伸缩缸的缸杆固接的滑块，和开设于所述下平台上的导轨；所述滑块与所述导向杆可滑动连接，所述振动杆与所述滑块固定连接。这样，该抖振平台通过电机转速调整振动频率，并同时通过伸缩缸的伸缩幅度调整振动杆的施力位置，通过调整力矩的大小调节振幅，从而实现了抖动振幅和频率的同步调节，进而扩大了模拟范围，提高了仿真性能。

Description

一种飞行模拟***及其抖振平台

技术领域

本发明涉及飞行器模拟技术领域，具体涉及一种用于飞行模拟***的抖振平台。本发明还涉及一种包括该抖振平台的飞行模拟***。

背景技术

飞行模拟***是模仿航空器的飞行状态、飞行环境和飞行条件，并给驾驶员提供视觉、听觉、触觉和运动感觉的状态仿真装置。抖振平台是直升机飞行模拟***的重要组成部分，其能够模拟直升机在螺旋桨高速旋转时与气流相互作用而产生的高频抖动，使直升机飞行模拟***更加贴近要模拟的直升机抖动的真实情况，从而提高模拟***的仿真能力。

请参考图1-图3，图1为现有技术中抖振平台的结构示意图；图2为图1所示抖振平台中电机组件的结构示意图；图3为图2中电机组件的侧视图。

在现有技术中，用于飞行模拟***的抖振平台通常采用振动电机的形式。抖振平台包括设置于底部的支架、通过减震机构支撑于支架上方的台面和安装在台面下方的振动电机；其中，台面由振动电机带动进行上下振动，减震机构可以为橡胶弹簧、复合弹簧、充气弹簧等。在工作过程中，电机的旋转轴带动偏心块进行旋转，在旋转的过程中偏心块产生沿偏心块重心到旋转轴中心的离心力，从而推动与之固定连接的台面上下运动。根据离心力方程：f＝mv2/r，其中f为离心力，m为偏心块的质量，v为偏心块重心的线速度，r为偏心块重心的半径。可见电机旋转的速度越快则离心力越大，平台的振幅越大。

但是，现有的抖振平台，只能够通过调整电机的转速来调节振动的频率，但是无法调节振幅，频率和振幅是一个恒定的关系，从而只能模拟直升机在某一阶段的振动效果，振动模拟的仿真性能较差。因此，提供一种新型的抖振平台，以期能够同步调节抖动振幅和频率，从而扩大模拟范围，提高仿真性能，就成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的抖振平台，以期能够同步调节抖动振幅和频率，从而扩大模拟范围，提高仿真性能。本发明的另一目的是提供一种基于该抖振平台的飞行模拟***。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于飞行模拟***的抖振平台，包括支撑座舱的上平台、通过支腿组件支撑所述上平台的下平台，以及安装于两平台之间的振动机构和振幅调整机构；

所述振动机构包括电机、与所述电机的输出轴传动连接的偏心轮，和与所述偏心轮相固接的传动杆组；所述传动杆组包括导向杆和振动杆，所述振动杆的顶端抵靠于所述上平台；

所述振幅调整机构包括伸缩缸、与所述伸缩缸的缸杆固接的滑块，和开设于所述下平台上的导轨；所述滑块与所述导向杆可滑动连接，所述振动杆与所述滑块固定连接。

进一步地，所述支腿组件包括支腿本体和弹簧缓冲结构，所述弹簧缓冲结构设置于所述支腿本体与所述上平台之间。

进一步地，所述弹簧缓冲结构包括与所述支腿本体固接的弹簧固定底座、安装于所述弹簧固定底座的导向支撑杆、套设于所述导向支撑杆的弹簧，以及固接于所述支撑杆顶部的压盖。

进一步地，所述上平台和下平台均为矩形平台，所述支腿组件为四组，各所述支腿组件分设于所述矩形平台的四角。

进一步地，所述上平台和/或所述下平台为框架式结构。

进一步地，所述下平台的中轴线上安装有支撑梁，所述振动机构和所述振幅调整机构均安装于所述支撑梁上。

进一步地，所述电机为伺服电机。

本发明还提供一种飞行模拟***，包括如上所述的抖振平台。

本发明所提供的抖振平台用于飞行模拟***，该抖振平台包括支撑座舱的上平台、通过支腿组件支撑所述上平台的下平台，以及安装于两平台之间的振动机构和振幅调整机构；其中，所述振动机构包括电机、与所述电机的输出轴传动连接的偏心轮，和与所述偏心轮相固接的传动杆组；所述传动杆组包括导向杆和振动杆，所述振动杆的顶端抵靠于所述上平台；所述振幅调整机构包括伸缩缸、与所述伸缩缸的缸杆固接的滑块，和开设于所述下平台上的导轨；所述滑块与所述导向杆可滑动连接，所述振动杆与所述滑块固定连接。

在工作过程中，电机的输出转动通过支撑轴承和同步带轮等结构传递给偏心轮，偏心轮随之转动而产生上下方向的线性位移，再通过传动杆组将振动经上平台传递给上方座舱，从而实现振动模拟。当需要调整振动幅度时，调节伸缩缸的伸出行程，从而带动滑块在导轨和导向杆上滑动，即可调整振动杆相对于上平台的位置，振动杆支撑点位置不同则其传递给上平台的振幅也不同，从而实现抖振平台的振幅调节。上位机通过控制器、驱动器控制驱动***，驱动***控制抖振平台频率大小，电机转速越大振动频率越高，振幅调节***控制抖振平台的振动幅值大小，伸缩缸的伸出量越大振动的幅值越大。这样，该抖振平台通过电机转速调整振动频率，并同时通过伸缩缸的伸缩幅度调整振动杆的施力位置，通过调整力矩的大小调节振幅，从而实现了抖动振幅和频率的同步调节，进而扩大了模拟范围，提高了仿真性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中抖振平台的结构示意图；

图2为图1所示抖振平台中电机组件的结构示意图；

图3为图2中电机组件的侧视图；

图4为本发明所提供的抖振平台一种具体实施方式的结构示意图；

图5为图4所示抖振平台中去掉上平台部分的结构示意图；

图6为图5所示抖振平台的局部放大图；

图7为图4所示抖振平台中弹簧缓冲结构的结构示意图；

图8和图9为图4所示抖振平台的仿真图。

附图标记说明：

在图1-图3中：

101-振动电机

102-支架

103-台面

104-减震机构

105-偏心块

在图4-图9中：

1-上平台

2-支腿组件

21-支腿本体 22-弹簧缓冲结构

221-弹簧固定底座 222-导向支撑杆 223-弹簧 224-压盖

3-下平台

41-电机 42-偏心轮 43-导向杆 44-振动杆

51-伸缩缸 52-滑块 53-导轨 54-支撑板

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图4-图7，图4为本发明所提供的抖振平台一种具体实施方式的结构示意图；图5为图4所示抖振平台中去掉上平台部分的结构示意图；图6为图5所示抖振平台的局部放大图；图7为图4所示抖振平台中弹簧缓冲结构的结构示意图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的抖振平台用于飞行模拟***，该抖振平台包括支撑座舱的上平台1、通过支腿组件2支撑所述上平台1的下平台3，以及安装于两平台之间的振动机构和振幅调整机构；其中，所述振动机构包括电机41、与所述电机41的输出轴传动连接的偏心轮42，和与所述偏心轮42相固接的传动杆组；所述传动杆组包括导向杆43和振动杆44，所述振动杆44的顶端抵靠于所述上平台1；所述振幅调整机构包括伸缩缸51、与所述伸缩缸51的缸杆固接的滑块52，和开设于所述下平台3的支撑板54上的导轨53；所述滑块52与所述导向杆43可滑动连接，所述振动杆44与所述滑块52固定连接；所述滑块52可在导轨53上滑动。该电机41具体为伺服电机41。

上述上平台1和/或下平台3可以为框架式结构或板式结构，由于框架式结构便于节约材料，优选采用框架式结构。当下平台3为框架式结构时，其中轴线上安装有支撑梁，所述振动机构和所述振幅调整机构均安装于所述支撑梁上，以便于机构布置。

在工作过程中，电机41的输出转动通过支撑轴承和同步带轮等结构传递给偏心轮42，偏心轮42随之转动而产生上下方向的线性位移，再通过传动杆组将振动经上平台1传递给上方座舱，从而实现振动模拟。当需要调整振动幅度时，调节伸缩缸51的伸出行程，从而带动滑块52在导轨和导向杆43上滑动，即可调整振动杆44相对于上平台1的位置，振动杆44支撑点位置不同则其传递给上平台1的振幅也不同，从而实现抖振平台的振幅调节。上位机通过控制器、驱动器控制驱动***，驱动***控制抖振平台频率大小，电机41转速越大振动频率越高，振幅调节***控制抖振平台的振动幅值大小，伸缩缸51的伸出量越大振动的幅值越大。这样，该抖振平台通过电机41转速调整振动频率，并同时通过伸缩缸51的伸缩幅度调整振动杆44的施力位置，通过调整力矩的大小调节振幅，从而实现了抖动振幅和频率的同步调节，进而扩大了模拟范围，提高了仿真性能。

为了提高与上方座舱的连接可靠性和稳定性，保证平台支撑能力，上述上平台1和下平台3可以均为矩形平台，此时支腿组件2为四组，各所述支腿组件2分设于所述矩形平台的四角，以提供较好的支撑，保证稳定性。显然地，支腿组件2也可以设置六组或更多组。支腿组件2分布在抖振平台的四角，承担整个平台的负载，分别与上平台1和下平台3的支撑体固定。

所述支腿组件2包括支腿本体21和弹簧缓冲结构22，所述弹簧缓冲结构22设置于所述支腿本体21与所述上平台1之间，通过设置弹簧缓冲结构22降低颠簸，并通过支腿本体21提供支撑力，保证支撑稳定性。

上述弹簧缓冲结构22包括与所述支腿本体21固接的弹簧固定底座221、安装于所述弹簧固定底座221的导向支撑杆222、套设于所述导向支撑杆222的弹簧223，以及固接于所述支撑杆顶部的压盖224。在整个平台运动过程中，弹簧缓冲结构22主要承受垂直方向压力和带角度的侧向力，因此考虑弹簧223本身特性，弹簧固定底座221和导向支撑杆222可分担带角度侧向力，使弹簧223承受正向压力，从而在安全角度上增加弹簧223进行极限位置的安全防护；并且，整个平台的负载直接和弹簧缓冲结构22连接，负载的重量也都由弹簧缓冲结构22承担，从而减小了对电机41功率的需求。

下面以全电机41伺服控制、承载能力1100kg、最高振动频率22Hz、最高振幅6mm、平台高度369mm、台体重量400kg的抖振平台为例，进行平台运动仿真分析。

根据平台承载设计单根弹簧，四个弹簧缓冲结构分布在座舱下方四周，初步上座舱重量为1100±50kg，根据均布设计单根弹簧性能如下：工作载荷为：1100×9.8÷4＝2695N；根据杠杆型抖振平台整体特性，平台的运动振幅为±5mm。通过计算得出弹簧钢丝直径14mm，有效弹簧圈数5圈。并根据相关软件进行设计校核。根据参数需求，使用inventor2012进行杠杆型抖振平台建模及运动分析，设计输入运动，例如运动情况为平台振幅0.55，振动频率22Hz，设置平台运动输入，并根据运动输入进行运动仿真计算。平台运动参数见图8所示的平台运动仿真参数。通过运动仿真计算得出平台运动情况下的驱动力情况，根据平台运动指标要求，通过运动分析得出平台运动参数最高情况下相关驱动力如图9所示。经过不同运动状态下运动仿真计算，最终仿真计算验算及不同情况下运动分析比较，确定振动台驱动力情况,根据仿真数据对比及相关选型分析，确定主驱动器电机扭矩为20NM，转速1500转/分。确定整体结构和相关参数后通过计算机设计软件对整个结构的主要支撑部分及转动传动部分进行机械结构强度校核。根据结构特点和相关运动分析，确定本平台的易损部件，并确定其为关重件，通过软件对关重件进行相关受力分析及相关计算，确保整体结构的强度满足应用。

除了上述抖振平台，本发明还提供一种包括该抖振平台的飞行模拟***，该飞行模拟***的其他各部分结构请参考现有技术，在此不做赘述。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种用于飞行模拟***的抖振平台，其特征在于，包括支撑座舱的上平台(1)、通过支腿组件(2)支撑所述上平台(1)的下平台(3)，以及安装于所述下平台(3)上的振动机构和振幅调整机构；

所述振动机构包括电机(41)、与所述电机(41)的输出轴传动连接的偏心轮(42)，和与所述偏心轮(42)相固接的传动杆组；所述传动杆组包括导向杆(43)和振动杆(44)，所述导向杆(43)与所述偏心轮(42)相接，所述振动杆(44)的顶端抵靠于所述上平台(1)；

所述振幅调整机构包括伸缩缸(51)、与所述伸缩缸(51)的缸杆固接的滑块(52)，和开设于所述下平台(3)上的导轨(53)；所述滑块(52)与所述导向杆(43)可滑动连接，所述振动杆(44)与所述滑块(52)固定连接。

2.根据权利要求1所述的抖振平台，其特征在于，所述支腿组件(2)包括支腿本体(21)和弹簧缓冲结构(22)，所述支腿本体(21)安装于所述下平台(3)，所述弹簧缓冲结构(22)设置于所述支腿本体(21)与所述上平台(1)之间。

3.根据权利要求2所述的抖振平台，其特征在于，所述弹簧缓冲结构(22)包括与所述支腿本体(21)固接的弹簧固定底座(221)、安装于所述弹簧固定底座(221)的导向支撑杆(222)、套设于所述导向支撑杆(222)的弹簧(223)，以及固接于所述支撑杆顶部的压盖(224)。

4.根据权利要求1-3任一项所述的抖振平台，其特征在于，所述上平台(1)和下平台(3)均为矩形平台，所述支腿组件(2)为四组，各所述支腿组件(2)分设于所述矩形平台的四角。

5.根据权利要求1-3任一项所述的抖振平台，其特征在于，所述上平台(1)和/或所述下平台(3)为框架式结构。

6.根据权利要求5所述的抖振平台，其特征在于，所述下平台(3)的中轴线上安装有支撑梁，所述振动机构和所述振幅调整机构均安装于所述支撑梁上。

7.根据权利要求1-3任一项所述的抖振平台，其特征在于，所述电机(41)为伺服电机(41)。

8.一种飞行模拟***，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的抖振平台。