申请/专利权人：沈阳航空航天大学

申请日：2022-04-26

公开（公告）日：2024-03-29

公开（公告）号：CN114999267B

主分类号：G09B9/08

分类号：G09B9/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.29#授权;2022.09.20#实质审查的生效;2022.09.02#公开

摘要：本发明提供一种过载可调控的弹射跳伞模拟器，涉及弹射跳伞模拟技术领域。该模拟器包括全尺寸驾驶舱系统、主体支撑结构、垂直弹射系统和伞降模拟系统；主体支撑结构包括垂直升降塔体、塔体顶部横梁和电气控制系统；垂直升降塔体一侧总宽度能够安装配备弹射座椅的弹射轨道，用于实现受训人员的模拟弹射；全尺寸驾驶舱系统采用通用的歼击机驾驶舱舱体，驾驶舱座椅为可活动的弹射座椅，弹射座椅与垂直升降系统和伞降模拟系统相配合，使飞行员在主体支撑结构上实现弹射跳伞模拟。该模拟器集弹射和跳伞模拟功能为一体，仿真模拟流程更完善、真实程度更高，弹射过载可以自由调控，能够大幅提高弹射跳伞科目的训练水平。

主权项：1.一种过载可调控的弹射跳伞模拟器，其特征在于：包括全尺寸驾驶舱系统、主体支撑结构、垂直弹射系统和伞降模拟系统；所述全尺寸驾驶舱系统采用通用的歼击机驾驶舱舱体，驾驶舱座椅为可活动的弹射座椅，弹射座椅与垂直升降系统和伞降模拟系统相配合，使飞行员在主体支撑结构上实现弹射跳伞模拟；所述主体支撑结构包括垂直升降塔体、塔体顶部横梁和电气控制系统；垂直升降塔体总高度满足弹射跳伞仿真需求，垂直升降塔塔体一侧总宽度能够安装配备弹射座椅的弹射轨道，用于实现受训人员的模拟弹射；塔体顶部横梁装配在两个塔体之间，尺寸满足安装伞绳牵引车，用于实现受训人员的模拟跳伞；电气控制系统配备在主体支撑结构的底部，能够实现对弹射跳伞模拟器中全部的电气设备的集成控制，电气控制系统中配备紧急制动开关，在开关被按下时，全部运行机构将紧急制动停车；所述弹射座椅下方配备一个弹射拉环，当弹射拉环拉出后，弹射座椅能够脱离驾驶舱系统，启动弹射仿真模拟；弹射座椅还配备刹车装置，在弹射座椅的弹射高度超过距轨道端头安全位置时启动；所述垂直弹射系统包括弹射轨道、两个弹射电机、传动带和弹射座椅定位装置四个部分；弹射轨道为平行双轨结构，嵌入式安装在垂直升降塔体内侧，并将弹射座椅安装在弹射轨道上，弹射座椅受弹射电机驱动后可升降地运行在弹射轨道上，弹射轨道两端设有缓冲器，以实现冲顶和墩底的保护；两个弹射电机分别安装在弹射轨道两端，驱动方式为伺服电机驱动，电机控制方式为根据弹射座椅上设置的速度传感器采集的弹射座椅上升速度实现速度闭环PI控制，能够根据载荷和训练过载自适应地调节运行速度；传动带由两条高强度同步带组成，用于连接弹射电机与弹射座椅，实现二者的同步传动；弹射座椅定位装置安装在弹射轨道底部，用于实时定位弹射座椅的上升高度，其定位方式为双激光测距绝对认址；所述伞降模拟系统包括伞绳牵引车、伞绳收放机构和安全带切割装置三个部分；所述伞绳牵引车安装在塔体顶部横梁上，是一个在水平方向运行的轨道车结构；伞绳牵引车的驱动方式为伺服电机驱动，驱动机构采用齿条和齿轮方式传动，定位方式为采用电开关、旋转编码器和激光测距的组合认址方式定位；伞绳收放机构安装在伞绳牵引车上，包括三台伺服电机和三条伞绳；伞绳收放机构采用三台伺服电机驱动，电机控制方式为速度闭环PI控制，三条伞绳与受训人员身体连接；安全带切割装置安装在弹射座椅配备的安全带根部位置，在弹射座椅上升过程中，当弹射座椅的上升速度达到设定阈值时，立即切断安全带；在切断安全带后，伞绳收放机构向座椅外拉动飞行员以实现人椅分离，随后三台伺服电机执行放绳动作，直到训练人员落地；所述伞绳收放机构的收绳速度与弹射座椅的上升速度保持一致，为跳伞仿真做好准备工作；伞绳牵引车和伞绳收放机构均设有极限限制开关，以防止伞绳牵引车和伞绳收放机构超过行程；所述弹射跳伞模拟器进行弹射跳伞模拟，包括飞行员弹射仿真模拟和飞行员跳伞仿真模拟两个过程；所述弹射仿真模拟包括垂直弹射系统设备准备阶段、飞行员弹射出舱仿真阶段和飞行员惯性上升仿真阶段；所述垂直弹射系统设备准备阶段所有设备进行运行自检；所述飞行员弹射出舱仿真阶段，在飞行员拉出弹射座椅下的弹射拉环后，开始进行弹射仿真；弹射过载依据加速度定律确定，从而实现过载可调控的弹射仿真模拟，如式1所示： 其中，G为弹射过载值，ve为期望弹射速度，tm为电机运转时间，g为重力加速度；在弹射座椅的上升阶段，安装在弹射轨道两端的弹射电机启动，将弹射座椅快速提升，从而完成弹射出舱的仿真模拟，电机参数与期望弹射速度的关系如式2所示： 其中，n为电机转速，l为传送带在电机每转一周时的运动长度，U为电枢电压，I为电枢电流，R为电枢电路总电阻，K为电机结构参数，为磁通量；弹射电机采用速度闭环控制，使用M法对电机转速进行测量，即根据单位时间获取的脉冲数测量电机的速度信息，并与设定的目标速度值相比较，从而得出速度偏差，然后通过比例Kp和积分Ki控制电机电压，使速度偏差趋向于零；在速度闭环控制中，使用PI控制，控制方法式3所示：Pwm＝Kp*ek+Ki·∑ek3其中，Pwm表示脉冲宽度调制值，k表示采样周期，ek表示当前控制周期的控制偏差，ek-1表示上一采样周期的控制偏差；所述飞行员惯性上升仿真阶段为：在弹射座椅达到最大弹射速度后，安装在弹射轨道低端的弹射电机停止运行，飞行员和弹射座椅进入惯性上升阶段，此时飞行员和弹射座椅仍被限制在弹射轨道内；当设定的最大弹射速度会使弹射座椅在垂直上升时驶过距轨道端头的安全位置时，刹车装置启动，使弹射座椅减速上升，并在与轨道顶端的缓冲器碰撞前停止；所述飞行员跳伞仿真模拟运行过程包括弹射与跳伞的模式切换阶段、自由下落及开伞减速阶段和匀速下落阶段；所述弹射与跳伞的模式切换阶段，当弹射座椅的运行速度小于设定阈值时，即开启弹射与跳伞模拟的模式切换阶段；在模式切换时，第一时间启动安全带切割装置，切断飞行员与弹射座椅之间连接；安全带脱开后启动伞绳牵引车和伞绳收放机构的伺服电机，此时，弹射电机快速带动座椅下降，伞绳牵引车带动受训人员向两个塔体顶部横梁中部运动，弹射电机和伞绳牵引电机同时启动以避免飞行员与弹射座椅和垂直弹射轨道发生碰撞，从而安全的实现人椅分离动作；所述自由下落及开伞减速阶段：1自由下落及开伞减速过程依据跳伞的实际情况完成建模，建立弹射座椅自由下落及开伞减速过程的微分方程，如式4所示： 其中，v为伞降速度，t为伞降时间，Q为降落伞阻力，θ为座椅中心与地坐标系y轴的夹角，m为飞行员和穿戴装备的总质量；2自由下落及开伞减速过程的电机控制方法与弹射出舱仿真阶段相同，均采用速度闭环PID控制，伞绳收放机构的三台伺服电机的放绳速度能够预先设置，从而实现自适应的训练过程；所述匀速下落阶段：1飞行员在自由下落及开伞减速后至匀速下降阶段后，根据实际开伞高度设定伞绳收放机构的运行速度，使飞行员受控下降，飞行员在跳伞模拟中与VR仿真模拟同时抵达地面；2飞行员降落指定位置后，断开伞绳与飞行员之间的连接，伞绳牵引车从塔体中部返回初始的塔体一侧。

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百度查询： 沈阳航空航天大学 一种过载可调控的弹射跳伞模拟器

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