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LGM-J20型 战斗机训练模拟器

品牌:理工实训 咨询电话:010-82827827 82827835

一、概述
      目前,国际航空业对新飞行员的培训和老飞行的复训主要是在飞行模拟器上面进行的,飞行模拟器实际上是根据真实飞机驾驶舱1:1规格进行设计的,具有模拟真实飞机的操纵感官系统,模拟机训练可以模拟飞行过程中的各种故障,并针对某个问题进行多次的飞行和操作,从而提高飞行员在实际飞行的快速反应能力和安全操作能力,因此用飞行模拟器对飞行员进行飞行训练是飞行培训中心普遍采用的一种方法,即安全又能降低成本。六自由度战斗机模拟器根据真实飞机驾驶座舱1:1规格进行设计,真实还原飞机驾驶的操纵系统,配合六自由度体感仿真平台以及飞行视镜系统,对飞机的空中飞行状态进行复现。
 
图2歼20战斗机模拟器效果图
二、研制依据
2.1研制依据
依据某某招标文件或某某技术要求。
2.2参考文件
GJB 1849-1993 《飞行模拟器术语》;
GJB 2099A-2009 《飞行模拟器分级》;
CCAR-60    《飞行模拟设备的鉴定和使用规则》;
GJB 2021-94    《飞行模拟器六自由度运动系统》;
GB/T 9385-2008 《计算机软件需求规格说明规范》;
GB/T 9386-2008 《计算机软件测试文档编制规范》;
GJB 3872-1999  《装备综合保障通用要求》;
GJB 145A-1993  《防护包装规范》;
三、系统组成、主要功能
3.1系统组成
战斗机模拟器的组成部分主要分为两个部分:
(1)硬件部分包括:模拟座舱、运动系统、视景系统、计算机系统。计算机系统作为整个模拟器的核心,担当着核心运算的功能,将各个模块结合起来,才形成了飞行模拟器。
(2)软件部分包括仪表系统、音响系统、飞行动力学模型、气动模型、发动机模型、视景系统、飞行导航控制系统以及综合自然环境的模拟。
3.2 系统主要功能
战斗机模拟器的整个系统仿真,涵盖了空气动力学、大气模型、机械系统、战斗系统仿真等,对飞机驾驶舱各个部位进行了充分的飞行模拟,利用三维视景生成逼真、准确的虚拟环境,可以多角度的模拟真实飞行中的种种情况。
四、主要技术指标
1、整体外观尺寸
外形尺寸:3100*1900*2200 MM(长宽高)
2、总体设计方案
战斗机模拟器是一台包括机械、电气、数字处理系统的大型训练设备,模拟器由主仿真系统、模拟座舱、操纵负荷系统、六自由度体感仿真平台、飞行作战系统、视镜系统、音响系统七个部分组成。
3、六自由度平台结构设计方案
    六自由度运动平台采用的是Stewart并联结构,由六条电动缸通过虎克铰链或球铰将上、下两个平台连接而成,下平台固定在基座上,借助六条电动缸的伸缩运动,完成上平台在三维空间六个自由度(X, Y, Z,α,β,γ)的运动以及这些自由度的复合运动,从而可以模拟出各种空间运动姿态。Stewart平台是六自由度并联机构的基础平台,具有刚度大、负荷自重比高、载荷分布均匀、运动平稳的特点,在高精度、大载荷且对工作空间要求相对较小的场合得到了很广泛的应用。该平台采用的驱动方式是电机驱动滚珠丝杠驱动方式。
(1)上动平台:为满足设备的外观需求,将上平台制作成一个长2.0米、宽1.6米的平台,平台采用优质的钢材焊接而成,中间斜拉加强筋,配合Q235矩形管和防滑板进行制作,上平台可承载1-2吨重的物体不变形。
(2)下静平台:下平台约长2米、宽约1.6米的平台,如图7所示。采用优质的钢材焊接而成,中间斜拉加强筋,配合Q235矩形管进行制作。机箱围板用冷轧板,固定电缸的受力位置采用45#钢,前后预留两个机箱,后机箱用于放置伺服控制系统,前机箱用于放置电脑主机。下平台的固定方式可根据用户的场地情况进行设计,在需要固定的场合可以选择预埋地笼或直接在地上打膨胀螺丝,在需要移动的场合可以选择配套万向轮和脚垫。
(3)虎克铰连:采用虎克铰链将电动缸与上下平台进行连接,万向节铰链传动效率高,允许两轴间的角位移大,适用于有大角位移和两轴之间的连接,一般两轴的轴间角最大可达35°-45°,噪音小,对润滑要求不高,传递转矩大,而且使用可靠,因此得到广泛的应用。
(4)电动缸:电动缸的技术参数如下表所示:
名   称 参 数 备 注
电动缸类型 折返式  
丝杆导程 10 滚珠丝杆
行程(mm) 200  
额定出力(kN) 7.6KN  
额定速度(mm/sec) 83.3  
电机功率(W) 750  
电机额定转矩(Nm) 2.39  
电机额定转速(rpm) 3000  
减速比 6:1  
内置磁环 无需  
润滑方式 脂润滑  
安装方式 前关节轴承、后铰链座 参考外形图
(5)伺服电机及驱动器:
①伺服电机
额定转矩 2.4N.m
额定转速 3000r/min
额定电流 5.6A
环境条件 环境温度 运行:0℃~40℃(无结冻)
保管:-15℃~70℃(无结冻)
环境湿度 运行:80%RH以下(无凝露)
保管:90%RH以下(无凝露)
周围环境 室内(无阳光直射),无腐蚀性气体、可燃性气体、油雾及灰尘的场所。
海拔 海拔1000m以下
②伺服放大器
电源输入 AC200-240V,
额定电流 3.8A
伺服功能 高级振动抑制控制、自适应滤波器、自动调谐、驱动记录仪功能、设备诊断功能、电力监视功能
控制模式 位置模式、速度模式、转矩模式
环境条件 运行环境 0℃-55℃(无冻结)、保存:-20℃-65℃(无冻结)
环境湿度 运行/保存:90%RH以下(无结露)
空气条件 室内(无阳光直射),无腐蚀性气体、可燃性气体、油雾及灰尘的场所。
海拔 海拔1000m以下
4、平台参数及技术指标
表1:电气参数表
电缸 电缸行程 电缸推力 丝杆导程 推杆直径 额定转速
200mm 7.6KN 10mm 35mm 3000r/min
伺服电机 电机功率 电机转矩 最大扭矩 额定电流 额定转速
750W 2.4N.m 7.2 N.m 5.6A 3000r/min
电气 供电电压 峰值功率 均值功率 工作电流 峰值噪音(分贝)
AC 220V 3.5Kw 1.5KW 4-12A <60
表2:平台技术指标表
自由度 位移或角度 速度 加速度
运动范围 定位精度 重复精度
翻滚(Roll) ±18° 0.05° 0.01° ±20°/s ±50°/s2
俯仰(Pitch) ±20° 0.05° 0.01° ±20°/s ±50°/s2
偏航(Yaw) ±22° 0.05° 0.01° ±20°/s ±50°/s2
纵荡(Surge) ±150mm 0.1mm 0.02mm 83mm/s ±0.2g
横荡(Sway) ±150mm 0.1mm 0.02mm 83mm/s ±0.2g
垂荡(Heave) ±110mm 0.1mm 0.02mm 83mm/s ±0.3g
系统工作频率 0-4Hz可调 通讯速率 1-10ms
表3:平台参数表
上平台支点间最小圆心角 38.21° 上平台直径 1222mm
下平台支点间最小圆心角 32.49° 下平台直径 1430mm
上平台支点间最短距离 400mm 电缸最长距离 812mm
下平台支点间最短距离 400mm 电缸最短距离 612mm
5、平台结构仿真
(1)俯仰角度为20°,符合设计要求。
(2)翻滚角度为±18°,符合设计要求。
(3)偏航角度为±22°,符合设计要求。
(4)垂直位移为220mm,符合设计要求。
(5)纵向向位移为±250mm,符合设计要求。
(6)横向位移为±210mm,符合设计要求。
6、系统分为五个部分:
(1)上位机控制软件:包括飞行模拟器软件和平台控制软件,飞行模拟软件主要负责模拟飞行驾驶,通过对软件中飞机的姿态数据进行获取,经过数据转换成平台控制信号,通过网络端口发送到平台控制系统,平台控制软件主要完成对平台的手动控制、自动控制、振动测试等功能,并通过网络端口获取平台的状态数据,通过数据转换,显示在软件的UI界面;
(2)网络通信接口:通过指定的数据格式完成控制信号和状态信号的传输;
(3)下位机控制系统:完成对上位机数据的解算,转换成伺服控制信号,驱动电机带动电动缸完成制定的动作;
(4)运动平台:带动负载完成指定的姿态动作;
(5)传感器模块:完成平台状态的数据采集,包括姿态、振动频率等,并将数据反馈回平台控制系统。
5.4.2平台的基本功能模块
(1)HMI(人机界面)控制软件:它是平台控制系统的操作平台,功能主要包括:平台运动轨迹监视、数据管理、系统参数设定、运行模式设定以及各缸当前运行状态显示等,用户可以使用该软件对平台进行多自由度的测试、振动测试,还可以完成平台状态的检测、振动频谱、故障处理等。
(2)伺服控制系统:利用STM32系列芯片内部网络模块进行外部PHY扩展,实现网络通信硬件电路。在μC/OS-Ⅲ操作系统上进行相关程序开发,内置公司自主研发的“六自由度平台洗出算法”,可以根据不同模拟软件进行数据处理,结合Stewart反解算法实现对平台的精准控制。也能完成平台的自检、预位、复位,以低速自动运行至零位或中位的功能。
(3)伺服驱动模块:伺服驱动模块主要包含伺服驱动器与伺服电机,它是控制系统中直接与机械部分相连的模块,控制系统通过伺服驱动模块执行相应的动作,驱动机械结构完成规定空间运动轨迹。
(4)安全检测模块:为了规范平台的使用以及保障人员安全,平台增加一个安全检测模块,即当使用流程规范没有达到安全指标时,平台不能运行,例如使用人员未佩戴安全带、平台电缸超过限位点、平台未到达启动点等一系列安全规范。
(5)紧急制动模块:当平台出现紧急故障状态时,可以通过紧急制动模块快速停止平台的运动,从而达到保护人员和平台的目的。
(6)故障检测模块:当平台运行时,控制系统通过Modbus RTU协议与伺服控制器及其他控制部件进行数据的对联,实时监控平台的运行状态,能及时对出现的故障做出响应,同时停止平台的运动,保障人员与平台的安全。
(7)状态检测模块:通过在平台安装姿态传感器和振动传感器,实时获取平台的运行状态,获取的数据经过控制系统的数据洗出,解算出平台的姿态与振动数据,通过网络通信方式将数据发送到HMI模块进行平台状态的显示与对比。
7、平台运动功能模式
运动平台可以完成包括:单自由度运动、任意自由度组合复合运动、单缸测试、振动测试等多种运行模式:
(1)平台参数调整:
(2)单自由度运动:可以完成任意一个自由度的独立运动,用户可以通过控制软件输入指定角度,平台就会运行到指定角度;
(3)复合运动:可以完成任意六个自由度的组合,用户可以通过控制软件输入指定角度与平移量,平台就会运行到指定位置;
(4)单缸测试:可以任意控制平台的电缸进行伸缩运动,用户可以通过控制软件输入指定的伸缩量,电缸会运行到指定的位置;
(5)振动测试:可以让平台以指定的频率进行振动,用户可以通过控制软件输入指定的振动频率与自由度、运动范围,平台会根据设置的参数进行振动测试;
8、模拟座舱设计
    模拟座舱外罩:座舱罩用玻璃钢材质制造,玻璃钢材料是属于一种玻璃纤维的复合材料,玻璃钢在行业中也称为FRP(玻璃纤维强化塑料)在工业中我们采用,环氧树脂与饱和聚脂等为基体采用与玻璃纤维复合制作而成的增强型塑料这便是我们现在看到的玻璃钢,这种玻璃钢的强化复合材料在性能上具有很多优于塑料的优点,例如机械强度高、质轻而硬、不导电。
9、视景系统
    视景系统软件是利用计算机图像生成技术,产生逼真的窗外影像,如机场、跑道、田野、河流、道路等地形地貌,云、雾、雨、雪以及白天、黄昏、夜间等天气气象,灯光、建筑物等模型,汽车、轮船、飞机等活动目标,为驾驶员、参试者、工程设计人员和观察者提供体现飞机性能表现及飞机飞行时的真实世界的窗外景象。
(1)硬件结构:1、视景系统硬件由视景支架、3台32寸显示器等组成。
 视景支架由基座、电视架连接板、电视支撑板、电视架支撑板、电视架支撑骨架组成;整体喷漆(亚光黑色);
视景显示器采用:  1、32英寸全高清显示器。 
屏幕尺寸 最佳分辨率 屏幕比例 视场角 接口
32英寸 1920x1080 16:9 垂直150°
水平150°
1HDMI、1DVI
 (2)场景模拟:采用了大量渲染贴图材质,无论是战斗机、坦克还是地面建筑都进行了细致认真的三维建模,万里无云的天空、呼啸而过的战机等,在细腻的纹理衬托下,显得极其真实、生动。使用虚构的世界和国家,许多细节和现实中的战争非常相似。一些战斗机的现实特征在游戏中表现出来,也包括一些虚构的飞机,尤其是空中堡垒。
10、软件仿真系统
(1)战斗机模拟器仿真系统由飞行性能仿真系统和设备系统仿真系统两部分组成。飞行性能仿真包括飞行动力学与飞行运动学计算、动力装置模拟及特情处置模拟等部分组成,主要模拟战斗机的飞行性能和操稳特性,并且提供每个时刻的飞行状态数据;设备系统仿真包括操纵、电气、发动机、燃油、告警、刹车、仪表等机载设备系统仿真软件模块,主要完成机载设备系统的操作与操作响应模拟。
(2)模拟器是人在回路中的仿真系统,由接口软件实时检测飞行人员对操纵系统及座舱设备系统的操纵变化,仿真计算机通过飞行器性能仿真和设备仿真软件及软件模块,解算出飞行器运动及姿态等性能数据及飞行人员对座舱设备的操作响应数据,各分系统仿真软件及仿真模块利用上述数据解算出此刻的系统响应状态数据,再经过接口转换及驱动系统驱动,通过显示器显示、仪表指示、信号灯指示、视景图像、动感平台、音响声音等,将飞行人员的操作响应实时反馈给飞行人员,从而模拟出实装驾驶的整个过程。
(2)其具体工作过程如下:飞行人员在模拟座舱内操纵侧杆、加油及其他座舱设备,由各类操纵传感器感知驾驶员的操纵动作并发出工作信号,接口系统将这些信息输给仿真计算机,仿真计算机通过飞行性能仿真和设备仿真等软件系统对飞行动力学模块、设备系统工作模块、环境仿真模块和外部仿真模块等进行解算,解算结果经网络分系统输送给各仿真物理效应分系统;仪表及航空电子模拟分系统实时指示或显示各种飞行参数和系统工作参数;视景分系统按驾驶员视点关系及设定的能见度和气象条件生成此刻座舱外的各种景象,包括跑道、灯光、建筑物、田野、河流、海浪、地形地貌、活动目标(空中、地面、海面)等;声音模拟分系统给飞行人员提供音响效果,如发动机声响、气流噪声、设备工作声音等。各仿真物理分系统给飞行人员提供多维感知信息,根据上述信息飞行人员可以在地面完成各种条件下的模拟飞行训练。
五、配置参数表
产品名称 配置参数 附图 备注
战斗机模拟器 ♦ 六自由度
♦ 全钢制骨架,玻璃钢外罩
♦ 模拟战斗机驾驶舱制作,表面高亮喷漆漆,单人座 
♦ 规格:3100*1900*2200 MM(长宽高)
♦ 控制系统:A10C战斗机摇杆、脚舵控制系统
♦ 引擎控制单元:双油门控制键,Shift按钮,11个指令按钮,1个滚轮,一个3D轴,7个金属上下拨动开关多种组装搭配:配合固定夹可任意组合,强大的智能技术编程软件可以自行设定需要的功能。
♦ 三屏32寸高清无边框显示器,分辨率为:5760*1080,60Hz
♦ 主机控制:
CPU i7\内存:8G\硬盘M.2  500G\主板:微星迫击炮B360,显卡:微星魔龙 GeForce GTX 1660 SUPER GAMING X6G 1660S
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

关键词:
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