一种空间定向障碍模拟器的制作方法

本实用新型涉及模拟飞行技术领域，特别是一种空间定向障碍模拟器。

背景技术：

一种空间定向障碍模拟器用于空间定向障碍训练。空间定向障碍是目前严重威胁飞行安全的一个重大航空医学问题，具有普遍性、高危性等特点。近年发生的人的因素产生的飞行事故中，飞行错觉占比已经超过加速度引起的意识丧失。空间定向障碍容易引发空间意识丧失、导致飞行员精神紧张，导致认知差错，若不能正确决断、处理，很有可能导致飞行事故。

进行空间定向障碍训练，即通过模拟器产生易发生空间定向障碍的环境，帮助飞行员正确认识空间定向障碍，做好预防空间定向障碍措施，消除不必要的诱发因素。加强感官功能生理心理训练，积极克服空间定向障碍。

现有技术：

目前专利号cn201821463335.7公布了一种“四自由度直升机动态飞行模拟器”，该专利描述了一种基于离心机平台的四自由度平台，其功能与本实用新型技术方案类似。

但是该专利中的“四自由度直升机动态飞行模拟器”采用了双层布局结构，即主驱动电机及减速器位于地下一层，需要专门的地下室进行布置，这样的缺点是造成土建施工复杂，成本较高，并且造成设备安装调试难度较大。

该专利的偏航框及在其上的滚转框和俯仰座舱位于转臂末端，采用悬臂连接——即单点支承结构，这样导致单一轴承须受重力、离心机及倾覆力矩，轴承受力严酷，导致轴承成本很高，且限制了产品规模的提升（如更大尺寸的座舱），因为选不到合适的产品轴承。

该专利的座舱质心位置与主轴支承点位置处于两个平面，导致偏航框承受过大的倾覆力矩，同时转臂受弯矩很大，加剧运动是的转臂变形，同时要求偏航框具有足够的强度、刚度，使得偏航框重量增大。

该专利的配重与座舱系统质心不在平行于地面的一条线上，形成力偶不平衡，容易引起振动，导致轴承受力严苛。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种空间定向障碍模拟器。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种空间定向障碍模拟器，包括传动支承系统、转臂系统、滚转框系统、偏航框系统和座舱系统；所述的传动支承系统支撑转臂系统并带动其在水平面内转动，所述滚转框系统设置在转臂系统上并绕与转臂系统的连接点转动，所述滚转框系统的转动中心线在水平面内，所述偏航框系统设置在滚转框系统在内并绕与滚转框系统的连接点转动，所述滚转框系统的转动中心与偏航框系统的转动中心垂直，所述座舱系统设置在偏航框系统内并绕与偏航框系统的连接点转动，所述座舱系统的转动中心与偏航框系统的转动中心垂直。

具体的，所述的传动支承系统包括基座、主轴和主电机，所述的基座上设置有主轴安装孔，所述的主轴置于所述主轴安装孔内并通过轴承系与基座转动连接，所述主轴的顶部与主电机的输出端连接，带动主轴旋转。

具体的，所述的转臂系统包括臂架、滚转框驱动电机、滚转框驱动轴、滚转框从动轴，所述臂架的一端与所述基座固定连接，所述的主电机固定在臂架上，所述臂架的另一端设置有两个连接支耳，所述两个连接支耳在水平面内平行设置，所述的两个连接支耳上分别同心设置有滚转框驱动轴安装孔和滚转框从动轴安装孔，所述滚转框驱动电机固定在设置有滚转框驱动轴安装孔的连接支耳上，所述滚转框驱动电机的输出端连接滚转框驱动轴，所述滚转框驱动轴置于所述滚转框驱动轴安装孔内并与连接支耳转动连接，所述滚转框从动轴置于所述滚转框从动轴安装孔内并与其转动连接。

具体的，所述的滚转框系统包括滚转框架、偏航驱动电机、偏航驱动轴、偏航从动轴，所述的滚转框架为环形对称结构，所述滚转框架的外侧分别与滚转框驱动轴和滚转框从动轴连接，所述滚转框架上沿对称中心线对穿设置有偏航驱动轴安装孔和偏航从动轴安装孔，所述偏航驱动电机固定在滚转框架，且其输出端与偏航驱动轴连接，所述偏航驱动轴置于所述偏航驱动轴安装孔并与其转动连接，所述偏航从动轴置于所述偏航从动轴安装孔内并与其转动连接。

具体的，所述偏航框系统包括偏航框架、座舱驱动电机、座舱从动轴、座舱驱动轴，所述偏航框架为环形对称结构，所述偏航框架的外侧分别与偏航驱动轴和偏航从动轴固定连接，所述偏航框架上沿对称中心对穿设置有座舱从动轴安装孔和座舱驱动轴安装孔，所述座舱驱动电机固定在偏航框架上，所述座舱驱动电机的输出端连接座舱驱动轴，所述座舱驱动轴置于所述座舱驱动轴安装孔内，并与其转动连接，所述座舱从动轴置于所述座舱从动轴安装孔内，并与其转动连接。

具体的，所述座舱系统包括舱体、屏幕、摄像头、仪表台、座椅；所述舱体的外侧分别与座舱驱动轴和座舱从动轴固定连接，所述屏幕、摄像头、座椅均设置在舱体内。

具体的，所述的轴承系包括第一推力轴承、第一球轴承、第一角接触轴承、轴承套筒，所述轴承套筒安装在基座的主轴安装孔内，所述的第一推力轴承、第一球轴承、第一角接触轴承均设置在轴承套筒内。

具体的，所述的臂架上设置有安装孔，所述臂架的安装孔套设在主轴上，且其底部与基座固定连接，所述主电机的电机定子固定在臂架的顶部，主电机的转子与主轴固定连接；所述的滚转框驱动轴安装孔内设置有第一调心推力轴承和第一调心径向轴承，所述滚转框驱动轴通过第一调心推力轴承和第一调心径向轴承与臂架转动连接，所述滚转框从动轴安装孔内设置有第一调心径向轴承和第二调心径向轴承，所述滚转框从动轴通过第一调心径向轴承和第二调心径向轴承与臂架转动连接。

具体的，所述偏航驱动轴安装孔内设置有第一径向滚子轴承和第一推力滚子轴承，所述偏航驱动轴通过第一径向滚子轴承和第一推力滚子轴承与滚转框架转动连接，所述的偏航从动轴安装孔内设置有第二推力滚子轴承、第二径向滚子轴承，所述偏航从动轴通过第二推力滚子轴承、第二径向滚子轴承与滚转框架转动连接。

具体的，所述的座舱从动轴安装孔和座舱驱动轴安装孔内均固定设置有轴套，所述的座舱从动轴通过第二角接触轴承与座舱从动轴安装孔内的轴套转动连接，与偏航框架形成转动副，所述座舱驱动轴通过第三角接触轴承与座舱驱动轴安装孔内的轴套转动连接，与偏航框架形成转动副。

本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型的传动支承系统中，将主电机安装在转臂系统上，同时将主轴安装在土建基础上，主电机输出轴与主轴固连，电机壳体与转臂系统、基座固连，实现主轴转动，减少传动支承系统位于转臂系统下方的高度尺寸。

2、本实用新型的座舱系统、偏航框系统、滚转框系统、转臂系统均设计成轴对称结构，并且进行配重平衡，同时做到力平衡和力偶平衡，减少运动产生的过大离心力而导致巨大的弯矩加剧转臂垂向变形。

3、本实用新型由座舱系统、偏航框系统、滚转框系统、转臂系统、传动支承系统组成，具有四个旋转轴，各旋转轴线与相邻的旋转轴两两正交，形成转臂运动产生离心过载加速度，和相对于人体坐标系的偏航、俯仰、滚转三个自由度，实现持续过载环境下的空间任意姿态模拟，所有旋转轴均可连续旋转。

4、本实用新型的转臂系统中臂架设计成水平叉形结构，连接支耳两端设置调心推力轴承组成的轴系、调心径向轴承，实现对滚转框系统的两点支承，能够改善轴承受力状态，可以将以往的单一转台复合承载改为常规轴承组成的轴承组承载，可以降低轴承成本，并且便于后续产品规模的提升。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的舱门位置结构示意图；

图3为本实用新型的传动支承系统及滚转框系统结构示意图；

图4为本实用新型的转臂系统、偏航框系统及座舱系统结构示意图；

图中：1-座舱系统，11-舱体，12-舱门，13-屏幕，14-仪表台，15-座椅，2-偏航框系统，21-偏航框架，22-座舱驱动电机，23-座舱驱动轴，24-轴套，25-座舱从动轴，26-第三角接触轴承，27-第二角接触轴承，3-滚转框系统，31-滚转框架，32-偏航驱动电机，33-偏航从动轴，34-偏航从动轴滑环，35-偏航驱动轴，36-第一推力滚子轴承，37-第二径向滚子轴承，38-第一推力滚子轴承，39-第一径向滚子轴承，4-转臂系统，41-臂架，42-连接支耳，43-滚转框驱动电机，44-滚转框驱动轴，45-滚转框从动轴，46-滚转框从动轴滑环，47-第二调心推力轴承，48-第二调心径向轴承，49-第一调心径向轴承，410-第一调心推力轴承，5-传动支承系统，51-基座，52-主电机，53-主轴，54-轴承套筒，55-第一角接触轴承，56-第一推力轴承，57-第一球轴承，58-制动器。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1～4所示，一种空间定向障碍模拟器，包括传动支承系统5、转臂系统4、滚转框系统3、偏航框系统2和座舱系统1；所述的传动支承系统5支撑转臂系统4并带动其在水平面内转动，产生持续离心过载加速度，所述滚转框系统3设置在转臂系统4上并绕与转臂系统4的连接点转动，实现系统的滚转运动，所述滚转框系统3的转动中心线在水平面内，所述偏航框系统2设置在滚转框系统3在内并绕与滚转框系统3的连接点转动，实现系统的偏航运动，所述滚转框系统3的转动中心与偏航框系统2的转动中心垂直，所述座舱系统1设置在偏航框系统2内并绕与偏航框系统2的连接点转动，实现系统的俯仰运动，所述座舱系统1的转动中心与偏航框系统2的转动中心垂直。本方案中有四个具有四个旋转轴，各旋转轴线与相邻的旋转轴两两正交，形成转臂运动产生离心过载加速度，和相对于人体坐标系的偏航、俯仰、滚转三个自由度，实现持续过载环境下的空间任意姿态模拟，所有旋转轴均可连续旋转；其中转臂系统4的一端与传动支承系统5连接，这样传动支承系统5带动转臂系统4时，在转臂系统4的另一端产生持续离心过载加速度，将滚转框系统3、偏航框系统2和座舱系统1设置在这一端，就能实现持续过载环境下的空间任意姿态模拟，其中滚转框系统3的转动中心在水平面内，偏航框系统2的转动中心在竖直方向，座舱系统1的转动中心在水平面内，滚转框系统3、偏航框系统2和座舱系统1的转动中心相互垂直。座舱系统1、偏航框系统2、滚转框系统3、转臂系统4均设计成轴对称结构，并且进行配重平衡，同时做到力平衡和力偶平衡，减少运动产生的过大离心力而导致巨大的弯矩加剧转臂垂向变形。

进一步的，所述的传动支承系统5包括基座51、主轴53和主电机52，所述的基座51上设置有主轴安装孔，所述的主轴53置于所述主轴安装孔内并通过轴承系与基座51转动连接，所述主轴53的顶部与主电机52的输出端连接。本方案中的主轴53的底部设置有连接法兰盘，主轴53通过地脚螺栓固定在土建基础上，主轴53固定不转动，采用主电机52旋转的方式带动转臂系统4旋转，主电机52的转子通过联轴器与主轴53连接，实现电机转子的固定，然后通过将主电机52的电机定子固定在转臂系统4上，就能带动转臂系统4旋转，将扭矩传递给转臂系统4，同时在基座51上还设置有制动器58，所述制动器58通过抱紧主轴53实现制动。

进一步的，所述的转臂系统4包括臂架41、滚转框驱动电机43、滚转框驱动轴44、滚转框从动轴45，所述臂架41的一端与所述基座51固定连接，所述的主电机52固定在臂架41上，所述臂架41的另一端设置有两个连接支耳42，所述两个连接支耳42在水平面内平行设置，所述的两个连接支耳42上分别同心设置有滚转框驱动轴安装孔和滚转框从动轴安装孔，所述滚转框驱动电机43固定在设置有滚转框驱动轴安装孔的连接支耳42上，所述滚转框驱动电机43的输出端连接滚转框驱动轴44，所述滚转框驱动轴44置于所述滚转框驱动轴安装孔内并与连接支耳42转动连接，所述滚转框从动轴45置于所述滚转框从动轴安装孔内并与其转动连接。本方案中臂架41的一端设置有安装孔，主轴53穿过所述安装孔，然后将臂架41的底部与基座51的顶部采用柱面加螺钉的结构固定连接在一起，同时，主电机52的定子通过螺栓固定在臂架41的顶部，这样主轴53固定不动，通过主电机52的定子带动臂架41和基座51一起转动，实现转臂系统4的转动，臂架41的另一端为叉形的结构，设置的两个连接支耳42用于连接滚转框系统3，两个连接支耳42在同一水平面内，这样滚转框系统3设置在两个连接支耳42之间，就使得滚转框系统3的转动中心在水平面内，滚转框驱动电机43的电机定子通过螺栓固定在臂架41上，电机转子通过胀套连接滚转框驱动轴44，滚转框驱动轴44通过第一调心推力轴承410和第一调心径向轴承49与臂架41转动连接，转臂系统4还包括滚转框从动轴滑环46，滚转框从动轴滑环46的定子通过螺栓固定在臂架41上，滚转框从动轴滑环46的转子通过交叉口结构安装在滚转框从动轴45上，与滚转框从动轴45一起转动，滚转框从动轴45通过第二调心推力轴承47和第二调心径向轴承48与臂架41转动连接，第一调心径向轴承49和第二调心径向轴承48的一侧外圈不约束，使得轴承外圈具有一定的微位移，使得调心径向轴承只承受径向力而不承受轴向力，采用两个“半轴”从外侧插入进行装配，安装便捷。

进一步的，所述的滚转框系统3包括滚转框架31、偏航驱动电机32、偏航驱动轴35、偏航从动轴33，所述的滚转框架31为环形对称结构，所述滚转框架31的外侧分别与滚转框驱动轴44和滚转框从动轴45连接，所述滚转框架31上沿对称中心线对穿设置有偏航驱动轴安装孔和偏航从动轴安装孔，所述偏航驱动电机32固定在滚转框架31，且其输出端与偏航驱动轴35连接，所述偏航驱动轴35置于所述偏航驱动轴安装孔并与其转动连接，所述偏航从动轴33置于所述偏航从动轴安装孔内并与其转动连接。滚转框驱动轴44和滚转框从动轴45的一端均设置有法兰结结构，通过法兰结构与偏航框架21连接，带动偏航框架21转动，偏航驱动电机32的电机定子通过螺栓固定在滚转框架31上，偏航驱动电机32的电机转子通过胀套与偏航驱动轴35固定连接，偏航驱动轴35通过第一径向滚子轴承39和第一推力滚子轴承38与滚转框架31转动连接，形成转动副，还包括偏航从动轴滑环34，偏航从动轴滑环34的定子通过螺栓固定在滚转框架31上，偏航从动轴滑环34的转子通过交叉口结构与偏航从动轴33固定连接，形成转动副，偏航从动轴33通过第一推力滚子轴承36、第二径向滚子轴承37与滚转框架31转动连接，形成转动副，带单边挡边的第一径向滚子轴承39和第二径向滚子轴承37内圈一端采用轴肩定位、另一端采用轴用弹性挡圈定位，外圈一端采用孔肩定位，另一端自由，使得带单边挡边的第一径向滚子轴承39和第二径向滚子轴承37只承受径向力，并且能够向两个方向微移动，同时保证轴向受热膨胀时具有膨胀量。

进一步的，所述偏航框系统2包括偏航框架21、座舱驱动电机22、座舱从动轴25、座舱驱动轴23，所述偏航框架21为环形对称结构，所述偏航框架21的外侧分别与偏航驱动轴35和偏航从动轴33固定连接，所述偏航框架21上沿对称中心对穿设置有座舱从动轴安装孔和座舱驱动轴安装孔，所述座舱驱动电机22固定在偏航框架21上，所述座舱驱动电机22的输出端连接座舱驱动轴23，所述座舱驱动轴23置于所述座舱驱动轴安装孔内，并与其转动连接，所述座舱从动轴25置于所述座舱从动轴安装孔内，并与其转动连接。本方案中偏航驱动轴35和偏航从动轴33均通过胀套连接偏航框架21，采用圆柱面配合止口的结构，通过垫片间隙，能够承受偏航框系统2不同位姿是带来的轴向力；座舱驱动电机22的电机定子通过螺栓固定在偏航框架21上，座舱驱动电机22的电机转子与轴套24固定，轴套24固定在座舱驱动轴安装孔内，轴套24与座舱从动轴安装孔和座舱驱动轴安装孔的配合孔为较紧的间隙配合，座舱驱动轴23通过第三角接触轴承26与轴套24转动连接，形成转动副，第三角接触轴承26采用内外圈均定位的安装方式，实现双向轴向、径向的联合承载，还包括座舱从动轴滑环，座舱从动轴滑环的定子通过螺栓与座舱从动轴安装孔内的轴套24固定连接，座舱从动轴滑环的转子通过叉口结构与座舱从动轴25固定连接，并通过第二角接触轴承27与轴套24转动连接，

进一步的，所述座舱系统1包括舱体11、屏幕13、摄像头、仪表台14、座椅15；所述舱体11的外侧分别与座舱驱动轴23和座舱从动轴25固定连接，所述屏幕13、摄像头、座椅15均设置在舱体11内。座舱驱动轴23具有锥面定位配合结构，与座舱系统1中的舱体11通过胀套固定，驱动座舱系统1旋转，座舱从动轴25与舱体11采用圆柱面配合止口结构，通过垫片调整座舱系统1的位置，使得座舱驱动轴23的锥面定位配合结构和座舱从动轴25的圆柱面配合止口结构同时接触，能够承受座舱系统1不同位姿是带来的轴向力；通过屏幕13显示的视频渲染场景提供模拟视觉环境，通过仪表台14训练飞行员进行状态、姿态认知，座椅15安装在舱体11底部，仪表台14位于座椅15前方及两侧。舱体11的舱门12的活页结构位于1舱体11底部，覆盖舱体11的侧面，飞行员上下座舱时，偏航框系统2转动90°或者270°，将舱门12放下，舱门12位于1座舱系统1底部位置，同时舱门带有若干阶梯，方便飞行员出入，避免飞行员登高，当飞行员进行正常训练时，偏航框系统2恢复初始位置，形成各旋转轴线与相邻的旋转轴两两正交的初始位置，然后根据控制系统的指令调节各轴的运动，屏幕13位于仪表台14前方，据人眼距离≥900mm，提供舒适的视景距离。

进一步的，所述的轴承系包括第一推力轴承56、第一球轴承57、第一角接触轴承55、轴承套筒54，所述轴承套筒54安装在基座51的主轴安装孔内，所述的第一推力轴承56、第一球轴承57、第一角接触轴承55均设置在轴承套筒54内。本方案中的轴承套筒54通过螺钉固定在基座51上，便于整体拆装。

进一步的，所述的臂架41上设置有安装孔，所述臂架41的安装孔套设在主轴53上，且其底部与基座51固定连接，所述主电机52的电机定子固定在臂架41的顶部，主电机52的转子与主轴53固定连接；所述的滚转框驱动轴安装孔内设置有第一调心推力轴承410和第一调心径向轴承49，所述滚转框驱动轴44通过第一调心推力轴承410和第一调心径向轴承49与臂架41转动连接，所述滚转框从动轴安装孔内设置有第二调心推力轴承47和第二调心径向轴承48，所述滚转框从动轴45通过第二调心推力轴承47和第二调心径向轴承48与臂架41转动连接。

进一步的，所述偏航驱动轴安装孔内设置有第一径向滚子轴承39和第一推力滚子轴承38，所述偏航驱动轴35通过第一径向滚子轴承39和第一推力滚子轴承38与滚转框架31转动连接，所述的偏航从动轴安装孔内设置有第一推力滚子轴承36、第二径向滚子轴承37，所述偏航从动轴33通过第一推力滚子轴承36、第二径向滚子轴承37与滚转框架31转动连接。

进一步的，所述的座舱从动轴安装孔和座舱驱动轴安装孔内均固定设置有轴套24，所述的座舱从动轴25通过第二角接触轴承27与座舱从动轴安装孔内的轴套24转动连接，与偏航框架21形成转动副，所述座舱驱动轴23通过第三角接触轴承26与座舱驱动轴安装孔内的轴套24转动连接，与偏航框架21形成转动副。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。

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