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LGM-J20型 戰(zhàn)斗機(jī)訓(xùn)練模擬器
品牌：理工偉業(yè) 咨詢電話：010-82827827 82827835
一、概述
目前，國際航空業(yè)對新飛行員的培訓(xùn)和老飛行的復(fù)訓(xùn)主要是在飛行模擬器上面進(jìn)行的，飛行模擬器實(shí)際上是根據(jù)真實(shí)飛機(jī)駕駛艙1：1規(guī)格進(jìn)行設(shè)計(jì)的，具有模擬真實(shí)飛機(jī)的操縱感官系統(tǒng)，模擬機(jī)訓(xùn)練可以模擬飛行過程中的各種故障，并針對某個(gè)問題進(jìn)行多次的飛行和操作，從而提高飛行員在實(shí)際飛行的快速反應(yīng)能力和安全操作能力，因此用飛行模擬器對飛行員進(jìn)行飛行訓(xùn)練是飛行培訓(xùn)中心普遍采用的一種方法，即安全又能降低成本。六自由度戰(zhàn)斗機(jī)模擬器根據(jù)真實(shí)飛機(jī)駕駛座艙1：1規(guī)格進(jìn)行設(shè)計(jì)，真實(shí)還原飛機(jī)駕駛的操縱系統(tǒng)，配合六自由度體感仿真平臺(tái)以及飛行視鏡系統(tǒng)，對飛機(jī)的空中飛行狀態(tài)進(jìn)行復(fù)現(xiàn)。
2.1研制依據(jù)
依據(jù)某某招標(biāo)文件或某某技術(shù)要求。
2.2參考文件
GJB 1849-1993 《飛行模擬器術(shù)語》；
GJB 2099A-2009 《飛行模擬器分級(jí)》；
CCAR-60 《飛行模擬設(shè)備的鑒定和使用規(guī)則》；
GJB 2021-94 《飛行模擬器六自由度運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)》；
GB/T 9385-2008 《計(jì)算機(jī)軟件需求規(guī)格說明規(guī)范》；
GB/T 9386-2008 《計(jì)算機(jī)軟件測試文檔編制規(guī)范》；
GJB 3872-1999 《裝備綜合保障通用要求》；
GJB 145A-1993 《防護(hù)包裝規(guī)范》；
三、系統(tǒng)組成、主要功能
3.1系統(tǒng)組成
戰(zhàn)斗機(jī)模擬器的組成部分主要分為兩個(gè)部分：
（1）硬件部分包括：模擬座艙、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、視景系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為整個(gè)模擬器的核心，擔(dān)當(dāng)著核心運(yùn)算的功能，將各個(gè)模塊結(jié)合起來，才形成了飛行模擬器。
（2）軟件部分包括儀表系統(tǒng)、音響系統(tǒng)、飛行動(dòng)力學(xué)模型、氣動(dòng)模型、發(fā)動(dòng)機(jī)模型、視景系統(tǒng)、飛行導(dǎo)航控制系統(tǒng)以及綜合自然環(huán)境的模擬。
3.2 系統(tǒng)主要功能
戰(zhàn)斗機(jī)模擬器的整個(gè)系統(tǒng)仿真，涵蓋了空氣動(dòng)力學(xué)、大氣模型、機(jī)械系統(tǒng)、戰(zhàn)斗系統(tǒng)仿真等，對飛機(jī)駕駛艙各個(gè)部位進(jìn)行了充分的飛行模擬，利用三維視景生成逼真、準(zhǔn)確的虛擬環(huán)境，可以多角度的模擬真實(shí)飛行中的種種情況。
四、主要技術(shù)指標(biāo)
1、整體外觀尺寸
外形尺寸：3100*1900*2200 MM（長寬高）
2、總體設(shè)計(jì)方案
戰(zhàn)斗機(jī)模擬器是一臺(tái)包括機(jī)械、電氣、數(shù)字處理系統(tǒng)的大型訓(xùn)練設(shè)備，模擬器由主仿真系統(tǒng)、模擬座艙、操縱負(fù)荷系統(tǒng)、六自由度體感仿真平臺(tái)、飛行作戰(zhàn)系統(tǒng)、視鏡系統(tǒng)、音響系統(tǒng)七個(gè)部分組成。
3、六自由度平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)采用的是Stewart并聯(lián)結(jié)構(gòu)，由六條電動(dòng)缸通過虎克鉸鏈或球鉸將上、下兩個(gè)平臺(tái)連接而成，下平臺(tái)固定在基座上，借助六條電動(dòng)缸的伸縮運(yùn)動(dòng)，完成上平臺(tái)在三維空間六個(gè)自由度（X, Y, Z,α，β，γ）的運(yùn)動(dòng)以及這些自由度的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，從而可以模擬出各種空間運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。Stewart平臺(tái)是六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)平臺(tái)，具有剛度大、負(fù)荷自重比高、載荷分布均勻、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)的特點(diǎn),在高精度、大載荷且對工作空間要求相對較小的場合得到了很廣泛的應(yīng)用。該平臺(tái)采用的驅(qū)動(dòng)方式是電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)方式。
（1）上動(dòng)平臺(tái)：為滿足設(shè)備的外觀需求，將上平臺(tái)制作成一個(gè)長2.0米、寬1.6米的平臺(tái)，平臺(tái)采用優(yōu)質(zhì)的鋼材焊接而成，中間斜拉加強(qiáng)筋，配合Q235矩形管和防滑板進(jìn)行制作，上平臺(tái)可承載1-2噸重的物體不變形。
（2）下靜平臺(tái)：下平臺(tái)約長2米、寬約1.6米的平臺(tái)，如圖7所示。采用優(yōu)質(zhì)的鋼材焊接而成，中間斜拉加強(qiáng)筋，配合Q235矩形管進(jìn)行制作。機(jī)箱圍板用冷軋板，固定電缸的受力位置采用45#鋼，前后預(yù)留兩個(gè)機(jī)箱，后機(jī)箱用于放置伺服控制系統(tǒng)，前機(jī)箱用于放置電腦主機(jī)。下平臺(tái)的固定方式可根據(jù)用戶的場地情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，在需要固定的場合可以選擇預(yù)埋地籠或直接在地上打膨脹螺絲，在需要移動(dòng)的場合可以選擇配套萬向輪和腳墊。
（3）虎克鉸連：采用虎克鉸鏈將電動(dòng)缸與上下平臺(tái)進(jìn)行連接，萬向節(jié)鉸鏈傳動(dòng)效率高，允許兩軸間的角位移大，適用于有大角位移和兩軸之間的連接，一般兩軸的軸間角最大可達(dá)35°-45°，噪音小，對潤滑要求不高，傳遞轉(zhuǎn)矩大，而且使用可靠，因此得到廣泛的應(yīng)用。
（4）電動(dòng)缸：電動(dòng)缸的技術(shù)參數(shù)如下表所示：
（5）伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器：
①伺服電機(jī)
②伺服放大器
4、平臺(tái)參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)
表1：電氣參數(shù)表
（2）翻滾角度為±18°，符合設(shè)計(jì)要求。
（3）偏航角度為±22°，符合設(shè)計(jì)要求。
（4）垂直位移為220mm，符合設(shè)計(jì)要求。
（5）縱向向位移為±250mm，符合設(shè)計(jì)要求。
（6）橫向位移為±210mm，符合設(shè)計(jì)要求。
6、系統(tǒng)分為五個(gè)部分：
（1）上位機(jī)控制軟件：包括飛行模擬器軟件和平臺(tái)控制軟件，飛行模擬軟件主要負(fù)責(zé)模擬飛行駕駛，通過對軟件中飛機(jī)的姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取，經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成平臺(tái)控制信號(hào)，通過網(wǎng)絡(luò)端口發(fā)送到平臺(tái)控制系統(tǒng)，平臺(tái)控制軟件主要完成對平臺(tái)的手動(dòng)控制、自動(dòng)控制、振動(dòng)測試等功能，并通過網(wǎng)絡(luò)端口獲取平臺(tái)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，顯示在軟件的UI界面；
（2）網(wǎng)絡(luò)通信接口：通過指定的數(shù)據(jù)格式完成控制信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)的傳輸；
（3）下位機(jī)控制系統(tǒng)：完成對上位機(jī)數(shù)據(jù)的解算，轉(zhuǎn)換成伺服控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)電動(dòng)缸完成制定的動(dòng)作；
（4）運(yùn)動(dòng)平臺(tái)：帶動(dòng)負(fù)載完成指定的姿態(tài)動(dòng)作；
（5）傳感器模塊：完成平臺(tái)狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集，包括姿態(tài)、振動(dòng)頻率等，并將數(shù)據(jù)反饋回平臺(tái)控制系統(tǒng)。
5.4.2平臺(tái)的基本功能模塊
（1）HMI（人機(jī)界面）控制軟件：它是平臺(tái)控制系統(tǒng)的操作平臺(tái)，功能主要包括：平臺(tái)運(yùn)動(dòng)軌跡監(jiān)視、數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定、運(yùn)行模式設(shè)定以及各缸當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)顯示等，用戶可以使用該軟件對平臺(tái)進(jìn)行多自由度的測試、振動(dòng)測試，還可以完成平臺(tái)狀態(tài)的檢測、振動(dòng)頻譜、故障處理等。
（2）伺服控制系統(tǒng)：利用STM32系列芯片內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)模塊進(jìn)行外部PHY擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信硬件電路。在μC/OS-Ⅲ操作系統(tǒng)上進(jìn)行相關(guān)程序開發(fā)，內(nèi)置公司自主研發(fā)的“六自由度平臺(tái)洗出算法”，可以根據(jù)不同模擬軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，結(jié)合Stewart反解算法實(shí)現(xiàn)對平臺(tái)的精準(zhǔn)控制。也能完成平臺(tái)的自檢、預(yù)位、復(fù)位，以低速自動(dòng)運(yùn)行至零位或中位的功能。
（3）伺服驅(qū)動(dòng)模塊：伺服驅(qū)動(dòng)模塊主要包含伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)，它是控制系統(tǒng)中直接與機(jī)械部分相連的模塊，控制系統(tǒng)通過伺服驅(qū)動(dòng)模塊執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)完成規(guī)定空間運(yùn)動(dòng)軌跡。
（4）安全檢測模塊：為了規(guī)范平臺(tái)的使用以及保障人員安全，平臺(tái)增加一個(gè)安全檢測模塊，即當(dāng)使用流程規(guī)范沒有達(dá)到安全指標(biāo)時(shí)，平臺(tái)不能運(yùn)行，例如使用人員未佩戴安全帶、平臺(tái)電缸超過限位點(diǎn)、平臺(tái)未到達(dá)啟動(dòng)點(diǎn)等一系列安全規(guī)范。
（5）緊急制動(dòng)模塊：當(dāng)平臺(tái)出現(xiàn)緊急故障狀態(tài)時(shí)，可以通過緊急制動(dòng)模塊快速停止平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到保護(hù)人員和平臺(tái)的目的。
（6）故障檢測模塊：當(dāng)平臺(tái)運(yùn)行時(shí)，控制系統(tǒng)通過Modbus RTU協(xié)議與伺服控制器及其他控制部件進(jìn)行數(shù)據(jù)的對聯(lián)，實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)的運(yùn)行狀態(tài)，能及時(shí)對出現(xiàn)的故障做出響應(yīng)，同時(shí)停止平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，保障人員與平臺(tái)的安全。
（7）狀態(tài)檢測模塊：通過在平臺(tái)安裝姿態(tài)傳感器和振動(dòng)傳感器，實(shí)時(shí)獲取平臺(tái)的運(yùn)行狀態(tài)，獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)過控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)洗出，解算出平臺(tái)的姿態(tài)與振動(dòng)數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)通信方式將數(shù)據(jù)發(fā)送到HMI模塊進(jìn)行平臺(tái)狀態(tài)的顯示與對比。
7、平臺(tái)運(yùn)動(dòng)功能模式
運(yùn)動(dòng)平臺(tái)可以完成包括：單自由度運(yùn)動(dòng)、任意自由度組合復(fù)合運(yùn)動(dòng)、單缸測試、振動(dòng)測試等多種運(yùn)行模式：
（1）平臺(tái)參數(shù)調(diào)整：
（2）單自由度運(yùn)動(dòng)：可以完成任意一個(gè)自由度的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，用戶可以通過控制軟件輸入指定角度，平臺(tái)就會(huì)運(yùn)行到指定角度；
（3）復(fù)合運(yùn)動(dòng)：可以完成任意六個(gè)自由度的組合，用戶可以通過控制軟件輸入指定角度與平移量，平臺(tái)就會(huì)運(yùn)行到指定位置；
（4）單缸測試：可以任意控制平臺(tái)的電缸進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)，用戶可以通過控制軟件輸入指定的伸縮量，電缸會(huì)運(yùn)行到指定的位置；
（5）振動(dòng)測試：可以讓平臺(tái)以指定的頻率進(jìn)行振動(dòng)，用戶可以通過控制軟件輸入指定的振動(dòng)頻率與自由度、運(yùn)動(dòng)范圍，平臺(tái)會(huì)根據(jù)設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行振動(dòng)測試；
8、模擬座艙設(shè)計(jì)
模擬座艙外罩：座艙罩用玻璃鋼材質(zhì)制造，玻璃鋼材料是屬于一種玻璃纖維的復(fù)合材料,玻璃鋼在行業(yè)中也稱為FRP(玻璃纖維強(qiáng)化塑料)在工業(yè)中我們采用,環(huán)氧樹脂與飽和聚脂等為基體采用與玻璃纖維復(fù)合制作而成的增強(qiáng)型塑料這便是我們現(xiàn)在看到的玻璃鋼,這種玻璃鋼的強(qiáng)化復(fù)合材料在性能上具有很多優(yōu)于塑料的優(yōu)點(diǎn),例如機(jī)械強(qiáng)度高、質(zhì)輕而硬、不導(dǎo)電。
9、視景系統(tǒng)
視景系統(tǒng)軟件是利用計(jì)算機(jī)圖像生成技術(shù)，產(chǎn)生逼真的窗外影像，如機(jī)場、跑道、田野、河流、道路等地形地貌，云、霧、雨、雪以及白天、黃昏、夜間等天氣氣象，燈光、建筑物等模型，汽車、輪船、飛機(jī)等活動(dòng)目標(biāo)，為駕駛員、參試者、工程設(shè)計(jì)人員和觀察者提供體現(xiàn)飛機(jī)性能表現(xiàn)及飛機(jī)飛行時(shí)的真實(shí)世界的窗外景象。
（1）硬件結(jié)構(gòu)：1、視景系統(tǒng)硬件由視景支架、3臺(tái)32寸顯示器等組成。
視景支架由基座、電視架連接板、電視支撐板、電視架支撐板、電視架支撐骨架組成；整體噴漆(亞光黑色)；
視景顯示器采用: 1、32英寸全高清顯示器。
（2）場景模擬：采用了大量渲染貼圖材質(zhì)，無論是戰(zhàn)斗機(jī)、坦克還是地面建筑都進(jìn)行了細(xì)致認(rèn)真的三維建模，萬里無云的天空、呼嘯而過的戰(zhàn)機(jī)等，在細(xì)膩的紋理襯托下，顯得極其真實(shí)、生動(dòng)。使用虛構(gòu)的世界和國家，許多細(xì)節(jié)和現(xiàn)實(shí)中的戰(zhàn)爭非常相似。一些戰(zhàn)斗機(jī)的現(xiàn)實(shí)特征在游戲中表現(xiàn)出來，也包括一些虛構(gòu)的飛機(jī)，尤其是空中堡壘。
10、軟件仿真系統(tǒng)
（1）戰(zhàn)斗機(jī)模擬器仿真系統(tǒng)由飛行性能仿真系統(tǒng)和設(shè)備系統(tǒng)仿真系統(tǒng)兩部分組成。飛行性能仿真包括飛行動(dòng)力學(xué)與飛行運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算、動(dòng)力裝置模擬及特情處置模擬等部分組成，主要模擬戰(zhàn)斗機(jī)的飛行性能和操穩(wěn)特性，并且提供每個(gè)時(shí)刻的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)；設(shè)備系統(tǒng)仿真包括操縱、電氣、發(fā)動(dòng)機(jī)、燃油、告警、剎車、儀表等機(jī)載設(shè)備系統(tǒng)仿真軟件模塊，主要完成機(jī)載設(shè)備系統(tǒng)的操作與操作響應(yīng)模擬。
（2）模擬器是人在回路中的仿真系統(tǒng)，由接口軟件實(shí)時(shí)檢測飛行人員對操縱系統(tǒng)及座艙設(shè)備系統(tǒng)的操縱變化，仿真計(jì)算機(jī)通過飛行器性能仿真和設(shè)備仿真軟件及軟件模塊，解算出飛行器運(yùn)動(dòng)及姿態(tài)等性能數(shù)據(jù)及飛行人員對座艙設(shè)備的操作響應(yīng)數(shù)據(jù)，各分系統(tǒng)仿真軟件及仿真模塊利用上述數(shù)據(jù)解算出此刻的系統(tǒng)響應(yīng)狀態(tài)數(shù)據(jù)，再經(jīng)過接口轉(zhuǎn)換及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，通過顯示器顯示、儀表指示、信號(hào)燈指示、視景圖像、動(dòng)感平臺(tái)、音響聲音等，將飛行人員的操作響應(yīng)實(shí)時(shí)反饋給飛行人員，從而模擬出實(shí)裝駕駛的整個(gè)過程。
（2）其具體工作過程如下：飛行人員在模擬座艙內(nèi)操縱側(cè)桿、加油及其他座艙設(shè)備，由各類操縱傳感器感知駕駛員的操縱動(dòng)作并發(fā)出工作信號(hào)，接口系統(tǒng)將這些信息輸給仿真計(jì)算機(jī)，仿真計(jì)算機(jī)通過飛行性能仿真和設(shè)備仿真等軟件系統(tǒng)對飛行動(dòng)力學(xué)模塊、設(shè)備系統(tǒng)工作模塊、環(huán)境仿真模塊和外部仿真模塊等進(jìn)行解算，解算結(jié)果經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)輸送給各仿真物理效應(yīng)分系統(tǒng)；儀表及航空電子模擬分系統(tǒng)實(shí)時(shí)指示或顯示各種飛行參數(shù)和系統(tǒng)工作參數(shù)；視景分系統(tǒng)按駕駛員視點(diǎn)關(guān)系及設(shè)定的能見度和氣象條件生成此刻座艙外的各種景象，包括跑道、燈光、建筑物、田野、河流、海浪、地形地貌、活動(dòng)目標(biāo)（空中、地面、海面）等；聲音模擬分系統(tǒng)給飛行人員提供音響效果，如發(fā)動(dòng)機(jī)聲響、氣流噪聲、設(shè)備工作聲音等。各仿真物理分系統(tǒng)給飛行人員提供多維感知信息，根據(jù)上述信息飛行人員可以在地面完成各種條件下的模擬飛行訓(xùn)練。
五、配置參數(shù)表
關(guān)鍵詞： 數(shù)控車床 實(shí)訓(xùn)設(shè)備 實(shí)訓(xùn)裝置 教學(xué)儀器 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 教學(xué)設(shè)備 實(shí)訓(xùn)臺(tái) 考核裝置 技能考核 電工電子 實(shí)驗(yàn)裝置 數(shù)控技術(shù) 實(shí)訓(xùn)考核 技能實(shí)訓(xùn) 數(shù)控系統(tǒng) 電氣控制 自控實(shí)訓(xùn) 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 數(shù)控軟件 數(shù)控實(shí)訓(xùn) 電氣技術(shù) 數(shù)控設(shè)備 數(shù)控銑床 高教設(shè)備 教學(xué)車床 數(shù)控機(jī)床 職教設(shè)備 PLC控制 PLC技術(shù) PLC實(shí)驗(yàn)
目前，國際航空業(yè)對新飛行員的培訓(xùn)和老飛行的復(fù)訓(xùn)主要是在飛行模擬器上面進(jìn)行的，飛行模擬器實(shí)際上是根據(jù)真實(shí)飛機(jī)駕駛艙1：1規(guī)格進(jìn)行設(shè)計(jì)的，具有模擬真實(shí)飛機(jī)的操縱感官系統(tǒng)，模擬機(jī)訓(xùn)練可以模擬飛行過程中的各種故障，并針對某個(gè)問題進(jìn)行多次的飛行和操作，從而提高飛行員在實(shí)際飛行的快速反應(yīng)能力和安全操作能力，因此用飛行模擬器對飛行員進(jìn)行飛行訓(xùn)練是飛行培訓(xùn)中心普遍采用的一種方法，即安全又能降低成本。六自由度戰(zhàn)斗機(jī)模擬器根據(jù)真實(shí)飛機(jī)駕駛座艙1：1規(guī)格進(jìn)行設(shè)計(jì)，真實(shí)還原飛機(jī)駕駛的操縱系統(tǒng)，配合六自由度體感仿真平臺(tái)以及飛行視鏡系統(tǒng)，對飛機(jī)的空中飛行狀態(tài)進(jìn)行復(fù)現(xiàn)。
圖2殲20戰(zhàn)斗機(jī)模擬器效果圖
二、研制依據(jù)2.1研制依據(jù)
依據(jù)某某招標(biāo)文件或某某技術(shù)要求。
2.2參考文件
GJB 1849-1993 《飛行模擬器術(shù)語》；
GJB 2099A-2009 《飛行模擬器分級(jí)》；
CCAR-60 《飛行模擬設(shè)備的鑒定和使用規(guī)則》；
GJB 2021-94 《飛行模擬器六自由度運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)》；
GB/T 9385-2008 《計(jì)算機(jī)軟件需求規(guī)格說明規(guī)范》；
GB/T 9386-2008 《計(jì)算機(jī)軟件測試文檔編制規(guī)范》；
GJB 3872-1999 《裝備綜合保障通用要求》；
GJB 145A-1993 《防護(hù)包裝規(guī)范》；
三、系統(tǒng)組成、主要功能
3.1系統(tǒng)組成
戰(zhàn)斗機(jī)模擬器的組成部分主要分為兩個(gè)部分：
（1）硬件部分包括：模擬座艙、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、視景系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為整個(gè)模擬器的核心，擔(dān)當(dāng)著核心運(yùn)算的功能，將各個(gè)模塊結(jié)合起來，才形成了飛行模擬器。
（2）軟件部分包括儀表系統(tǒng)、音響系統(tǒng)、飛行動(dòng)力學(xué)模型、氣動(dòng)模型、發(fā)動(dòng)機(jī)模型、視景系統(tǒng)、飛行導(dǎo)航控制系統(tǒng)以及綜合自然環(huán)境的模擬。
3.2 系統(tǒng)主要功能
戰(zhàn)斗機(jī)模擬器的整個(gè)系統(tǒng)仿真，涵蓋了空氣動(dòng)力學(xué)、大氣模型、機(jī)械系統(tǒng)、戰(zhàn)斗系統(tǒng)仿真等，對飛機(jī)駕駛艙各個(gè)部位進(jìn)行了充分的飛行模擬，利用三維視景生成逼真、準(zhǔn)確的虛擬環(huán)境，可以多角度的模擬真實(shí)飛行中的種種情況。
四、主要技術(shù)指標(biāo)
1、整體外觀尺寸
外形尺寸：3100*1900*2200 MM（長寬高）
2、總體設(shè)計(jì)方案
戰(zhàn)斗機(jī)模擬器是一臺(tái)包括機(jī)械、電氣、數(shù)字處理系統(tǒng)的大型訓(xùn)練設(shè)備，模擬器由主仿真系統(tǒng)、模擬座艙、操縱負(fù)荷系統(tǒng)、六自由度體感仿真平臺(tái)、飛行作戰(zhàn)系統(tǒng)、視鏡系統(tǒng)、音響系統(tǒng)七個(gè)部分組成。
3、六自由度平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)采用的是Stewart并聯(lián)結(jié)構(gòu)，由六條電動(dòng)缸通過虎克鉸鏈或球鉸將上、下兩個(gè)平臺(tái)連接而成，下平臺(tái)固定在基座上，借助六條電動(dòng)缸的伸縮運(yùn)動(dòng)，完成上平臺(tái)在三維空間六個(gè)自由度（X, Y, Z,α，β，γ）的運(yùn)動(dòng)以及這些自由度的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，從而可以模擬出各種空間運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。Stewart平臺(tái)是六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)平臺(tái)，具有剛度大、負(fù)荷自重比高、載荷分布均勻、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)的特點(diǎn),在高精度、大載荷且對工作空間要求相對較小的場合得到了很廣泛的應(yīng)用。該平臺(tái)采用的驅(qū)動(dòng)方式是電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)方式。
（1）上動(dòng)平臺(tái)：為滿足設(shè)備的外觀需求，將上平臺(tái)制作成一個(gè)長2.0米、寬1.6米的平臺(tái)，平臺(tái)采用優(yōu)質(zhì)的鋼材焊接而成，中間斜拉加強(qiáng)筋，配合Q235矩形管和防滑板進(jìn)行制作，上平臺(tái)可承載1-2噸重的物體不變形。
（2）下靜平臺(tái)：下平臺(tái)約長2米、寬約1.6米的平臺(tái)，如圖7所示。采用優(yōu)質(zhì)的鋼材焊接而成，中間斜拉加強(qiáng)筋，配合Q235矩形管進(jìn)行制作。機(jī)箱圍板用冷軋板，固定電缸的受力位置采用45#鋼，前后預(yù)留兩個(gè)機(jī)箱，后機(jī)箱用于放置伺服控制系統(tǒng)，前機(jī)箱用于放置電腦主機(jī)。下平臺(tái)的固定方式可根據(jù)用戶的場地情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，在需要固定的場合可以選擇預(yù)埋地籠或直接在地上打膨脹螺絲，在需要移動(dòng)的場合可以選擇配套萬向輪和腳墊。
（3）虎克鉸連：采用虎克鉸鏈將電動(dòng)缸與上下平臺(tái)進(jìn)行連接，萬向節(jié)鉸鏈傳動(dòng)效率高，允許兩軸間的角位移大，適用于有大角位移和兩軸之間的連接，一般兩軸的軸間角最大可達(dá)35°-45°，噪音小，對潤滑要求不高，傳遞轉(zhuǎn)矩大，而且使用可靠，因此得到廣泛的應(yīng)用。
（4）電動(dòng)缸：電動(dòng)缸的技術(shù)參數(shù)如下表所示：
| 名 稱 | 參 數(shù) | 備 注 |
| 電動(dòng)缸類型 | 折返式 | |
| 絲桿導(dǎo)程 | 10 | 滾珠絲桿 |
| 行程(mm) | 200 | |
| 額定出力(kN) | 7.6KN | |
| 額定速度(mm/sec) | 83.3 | |
| 電機(jī)功率（W） | 750 | |
| 電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩(Nm) | 2.39 | |
| 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速(rpm) | 3000 | |
| 減速比 | 6:1 | |
| 內(nèi)置磁環(huán) | 無需 | |
| 潤滑方式 | 脂潤滑 | |
| 安裝方式 | 前關(guān)節(jié)軸承、后鉸鏈座 | 參考外形圖 |
①伺服電機(jī)
| 額定轉(zhuǎn)矩 | 2.4N.m | |
| 額定轉(zhuǎn)速 | 3000r/min | |
| 額定電流 | 5.6A | |
| 環(huán)境條件 | 環(huán)境溫度 |
運(yùn)行：0℃~40℃（無結(jié)凍） 保管：-15℃~70℃（無結(jié)凍） |
| 環(huán)境濕度 |
運(yùn)行：80%RH以下（無凝露） 保管：90%RH以下（無凝露） |
|
| 周圍環(huán)境 | 室內(nèi)（無陽光直射），無腐蝕性氣體、可燃性氣體、油霧及灰塵的場所。 | |
| 海拔 | 海拔1000m以下 | |
| 電源輸入 | AC200-240V， | |
| 額定電流 | 3.8A | |
| 伺服功能 | 高級(jí)振動(dòng)抑制控制、自適應(yīng)濾波器、自動(dòng)調(diào)諧、驅(qū)動(dòng)記錄儀功能、設(shè)備診斷功能、電力監(jiān)視功能 | |
| 控制模式 | 位置模式、速度模式、轉(zhuǎn)矩模式 | |
| 環(huán)境條件 | 運(yùn)行環(huán)境 | 0℃-55℃（無凍結(jié)）、保存：-20℃-65℃（無凍結(jié)） |
| 環(huán)境濕度 | 運(yùn)行/保存：90%RH以下（無結(jié)露） | |
| 空氣條件 | 室內(nèi)（無陽光直射），無腐蝕性氣體、可燃性氣體、油霧及灰塵的場所。 | |
| 海拔 | 海拔1000m以下 | |
表1：電氣參數(shù)表
| 電缸 | 電缸行程 | 電缸推力 | 絲桿導(dǎo)程 | 推桿直徑 | 額定轉(zhuǎn)速 |
| 200mm | 7.6KN | 10mm | 35mm | 3000r/min | |
| 伺服電機(jī) | 電機(jī)功率 | 電機(jī)轉(zhuǎn)矩 | 最大扭矩 | 額定電流 | 額定轉(zhuǎn)速 |
| 750W | 2.4N.m | 7.2 N.m | 5.6A | 3000r/min | |
| 電氣 | 供電電壓 | 峰值功率 | 均值功率 | 工作電流 | 峰值噪音（分貝） |
| AC 220V | 3.5Kw | 1.5KW | 4-12A | <60 |
表2：平臺(tái)技術(shù)指標(biāo)表
| 自由度 | 位移或角度 | 速度 | 加速度 | ||
| 運(yùn)動(dòng)范圍 | 定位精度 | 重復(fù)精度 | |||
| 翻滾(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 |
| 縱蕩(Surge) | ±150mm | 0.1mm | 0.02mm | 83mm/s | ±0.2g |
| 橫蕩(Sway) | ±150mm | 0.1mm | 0.02mm | 83mm/s | ±0.2g |
| 垂蕩(Heave) | ±110mm | 0.1mm | 0.02mm | 83mm/s | ±0.3g |
| 系統(tǒng)工作頻率 | 0-4Hz可調(diào) | 通訊速率 | 1-10ms | ||
表3：平臺(tái)參數(shù)表
| 上平臺(tái)支點(diǎn)間最小圓心角 | 38.21° | 上平臺(tái)直徑 | 1222mm |
| 下平臺(tái)支點(diǎn)間最小圓心角 | 32.49° | 下平臺(tái)直徑 | 1430mm |
| 上平臺(tái)支點(diǎn)間最短距離 | 400mm | 電缸最長距離 | 812mm |
| 下平臺(tái)支點(diǎn)間最短距離 | 400mm | 電缸最短距離 | 612mm |
5、平臺(tái)結(jié)構(gòu)仿真
（1）俯仰角度為20°，符合設(shè)計(jì)要求。（2）翻滾角度為±18°，符合設(shè)計(jì)要求。
（3）偏航角度為±22°，符合設(shè)計(jì)要求。
（4）垂直位移為220mm，符合設(shè)計(jì)要求。
（5）縱向向位移為±250mm，符合設(shè)計(jì)要求。
（6）橫向位移為±210mm，符合設(shè)計(jì)要求。
6、系統(tǒng)分為五個(gè)部分：
（1）上位機(jī)控制軟件：包括飛行模擬器軟件和平臺(tái)控制軟件，飛行模擬軟件主要負(fù)責(zé)模擬飛行駕駛，通過對軟件中飛機(jī)的姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取，經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成平臺(tái)控制信號(hào)，通過網(wǎng)絡(luò)端口發(fā)送到平臺(tái)控制系統(tǒng)，平臺(tái)控制軟件主要完成對平臺(tái)的手動(dòng)控制、自動(dòng)控制、振動(dòng)測試等功能，并通過網(wǎng)絡(luò)端口獲取平臺(tái)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，顯示在軟件的UI界面；
（2）網(wǎng)絡(luò)通信接口：通過指定的數(shù)據(jù)格式完成控制信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)的傳輸；
（3）下位機(jī)控制系統(tǒng)：完成對上位機(jī)數(shù)據(jù)的解算，轉(zhuǎn)換成伺服控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)電動(dòng)缸完成制定的動(dòng)作；
（4）運(yùn)動(dòng)平臺(tái)：帶動(dòng)負(fù)載完成指定的姿態(tài)動(dòng)作；
（5）傳感器模塊：完成平臺(tái)狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集，包括姿態(tài)、振動(dòng)頻率等，并將數(shù)據(jù)反饋回平臺(tái)控制系統(tǒng)。
5.4.2平臺(tái)的基本功能模塊
（1）HMI（人機(jī)界面）控制軟件：它是平臺(tái)控制系統(tǒng)的操作平臺(tái)，功能主要包括：平臺(tái)運(yùn)動(dòng)軌跡監(jiān)視、數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定、運(yùn)行模式設(shè)定以及各缸當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)顯示等，用戶可以使用該軟件對平臺(tái)進(jìn)行多自由度的測試、振動(dòng)測試，還可以完成平臺(tái)狀態(tài)的檢測、振動(dòng)頻譜、故障處理等。
（2）伺服控制系統(tǒng)：利用STM32系列芯片內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)模塊進(jìn)行外部PHY擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信硬件電路。在μC/OS-Ⅲ操作系統(tǒng)上進(jìn)行相關(guān)程序開發(fā)，內(nèi)置公司自主研發(fā)的“六自由度平臺(tái)洗出算法”，可以根據(jù)不同模擬軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，結(jié)合Stewart反解算法實(shí)現(xiàn)對平臺(tái)的精準(zhǔn)控制。也能完成平臺(tái)的自檢、預(yù)位、復(fù)位，以低速自動(dòng)運(yùn)行至零位或中位的功能。
（3）伺服驅(qū)動(dòng)模塊：伺服驅(qū)動(dòng)模塊主要包含伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)，它是控制系統(tǒng)中直接與機(jī)械部分相連的模塊，控制系統(tǒng)通過伺服驅(qū)動(dòng)模塊執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)完成規(guī)定空間運(yùn)動(dòng)軌跡。
（4）安全檢測模塊：為了規(guī)范平臺(tái)的使用以及保障人員安全，平臺(tái)增加一個(gè)安全檢測模塊，即當(dāng)使用流程規(guī)范沒有達(dá)到安全指標(biāo)時(shí)，平臺(tái)不能運(yùn)行，例如使用人員未佩戴安全帶、平臺(tái)電缸超過限位點(diǎn)、平臺(tái)未到達(dá)啟動(dòng)點(diǎn)等一系列安全規(guī)范。
（5）緊急制動(dòng)模塊：當(dāng)平臺(tái)出現(xiàn)緊急故障狀態(tài)時(shí)，可以通過緊急制動(dòng)模塊快速停止平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到保護(hù)人員和平臺(tái)的目的。
（6）故障檢測模塊：當(dāng)平臺(tái)運(yùn)行時(shí)，控制系統(tǒng)通過Modbus RTU協(xié)議與伺服控制器及其他控制部件進(jìn)行數(shù)據(jù)的對聯(lián)，實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)的運(yùn)行狀態(tài)，能及時(shí)對出現(xiàn)的故障做出響應(yīng)，同時(shí)停止平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，保障人員與平臺(tái)的安全。
（7）狀態(tài)檢測模塊：通過在平臺(tái)安裝姿態(tài)傳感器和振動(dòng)傳感器，實(shí)時(shí)獲取平臺(tái)的運(yùn)行狀態(tài)，獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)過控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)洗出，解算出平臺(tái)的姿態(tài)與振動(dòng)數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)通信方式將數(shù)據(jù)發(fā)送到HMI模塊進(jìn)行平臺(tái)狀態(tài)的顯示與對比。
7、平臺(tái)運(yùn)動(dòng)功能模式
運(yùn)動(dòng)平臺(tái)可以完成包括：單自由度運(yùn)動(dòng)、任意自由度組合復(fù)合運(yùn)動(dòng)、單缸測試、振動(dòng)測試等多種運(yùn)行模式：
（1）平臺(tái)參數(shù)調(diào)整：
（2）單自由度運(yùn)動(dòng)：可以完成任意一個(gè)自由度的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，用戶可以通過控制軟件輸入指定角度，平臺(tái)就會(huì)運(yùn)行到指定角度；
（3）復(fù)合運(yùn)動(dòng)：可以完成任意六個(gè)自由度的組合，用戶可以通過控制軟件輸入指定角度與平移量，平臺(tái)就會(huì)運(yùn)行到指定位置；
（4）單缸測試：可以任意控制平臺(tái)的電缸進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)，用戶可以通過控制軟件輸入指定的伸縮量，電缸會(huì)運(yùn)行到指定的位置；
（5）振動(dòng)測試：可以讓平臺(tái)以指定的頻率進(jìn)行振動(dòng)，用戶可以通過控制軟件輸入指定的振動(dòng)頻率與自由度、運(yùn)動(dòng)范圍，平臺(tái)會(huì)根據(jù)設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行振動(dòng)測試；
8、模擬座艙設(shè)計(jì)
模擬座艙外罩：座艙罩用玻璃鋼材質(zhì)制造，玻璃鋼材料是屬于一種玻璃纖維的復(fù)合材料,玻璃鋼在行業(yè)中也稱為FRP(玻璃纖維強(qiáng)化塑料)在工業(yè)中我們采用,環(huán)氧樹脂與飽和聚脂等為基體采用與玻璃纖維復(fù)合制作而成的增強(qiáng)型塑料這便是我們現(xiàn)在看到的玻璃鋼,這種玻璃鋼的強(qiáng)化復(fù)合材料在性能上具有很多優(yōu)于塑料的優(yōu)點(diǎn),例如機(jī)械強(qiáng)度高、質(zhì)輕而硬、不導(dǎo)電。
9、視景系統(tǒng)
視景系統(tǒng)軟件是利用計(jì)算機(jī)圖像生成技術(shù)，產(chǎn)生逼真的窗外影像，如機(jī)場、跑道、田野、河流、道路等地形地貌，云、霧、雨、雪以及白天、黃昏、夜間等天氣氣象，燈光、建筑物等模型，汽車、輪船、飛機(jī)等活動(dòng)目標(biāo)，為駕駛員、參試者、工程設(shè)計(jì)人員和觀察者提供體現(xiàn)飛機(jī)性能表現(xiàn)及飛機(jī)飛行時(shí)的真實(shí)世界的窗外景象。
（1）硬件結(jié)構(gòu)：1、視景系統(tǒng)硬件由視景支架、3臺(tái)32寸顯示器等組成。
視景支架由基座、電視架連接板、電視支撐板、電視架支撐板、電視架支撐骨架組成；整體噴漆(亞光黑色)；
視景顯示器采用: 1、32英寸全高清顯示器。
| 屏幕尺寸 | 最佳分辨率 | 屏幕比例 | 視場角 | 接口 |
| 32英寸 | 1920x1080 | 16:9 |
垂直150° 水平150° |
1HDMI、1DVI |
10、軟件仿真系統(tǒng)
（1）戰(zhàn)斗機(jī)模擬器仿真系統(tǒng)由飛行性能仿真系統(tǒng)和設(shè)備系統(tǒng)仿真系統(tǒng)兩部分組成。飛行性能仿真包括飛行動(dòng)力學(xué)與飛行運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算、動(dòng)力裝置模擬及特情處置模擬等部分組成，主要模擬戰(zhàn)斗機(jī)的飛行性能和操穩(wěn)特性，并且提供每個(gè)時(shí)刻的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)；設(shè)備系統(tǒng)仿真包括操縱、電氣、發(fā)動(dòng)機(jī)、燃油、告警、剎車、儀表等機(jī)載設(shè)備系統(tǒng)仿真軟件模塊，主要完成機(jī)載設(shè)備系統(tǒng)的操作與操作響應(yīng)模擬。
（2）模擬器是人在回路中的仿真系統(tǒng)，由接口軟件實(shí)時(shí)檢測飛行人員對操縱系統(tǒng)及座艙設(shè)備系統(tǒng)的操縱變化，仿真計(jì)算機(jī)通過飛行器性能仿真和設(shè)備仿真軟件及軟件模塊，解算出飛行器運(yùn)動(dòng)及姿態(tài)等性能數(shù)據(jù)及飛行人員對座艙設(shè)備的操作響應(yīng)數(shù)據(jù)，各分系統(tǒng)仿真軟件及仿真模塊利用上述數(shù)據(jù)解算出此刻的系統(tǒng)響應(yīng)狀態(tài)數(shù)據(jù)，再經(jīng)過接口轉(zhuǎn)換及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，通過顯示器顯示、儀表指示、信號(hào)燈指示、視景圖像、動(dòng)感平臺(tái)、音響聲音等，將飛行人員的操作響應(yīng)實(shí)時(shí)反饋給飛行人員，從而模擬出實(shí)裝駕駛的整個(gè)過程。
（2）其具體工作過程如下：飛行人員在模擬座艙內(nèi)操縱側(cè)桿、加油及其他座艙設(shè)備，由各類操縱傳感器感知駕駛員的操縱動(dòng)作并發(fā)出工作信號(hào)，接口系統(tǒng)將這些信息輸給仿真計(jì)算機(jī)，仿真計(jì)算機(jī)通過飛行性能仿真和設(shè)備仿真等軟件系統(tǒng)對飛行動(dòng)力學(xué)模塊、設(shè)備系統(tǒng)工作模塊、環(huán)境仿真模塊和外部仿真模塊等進(jìn)行解算，解算結(jié)果經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)輸送給各仿真物理效應(yīng)分系統(tǒng)；儀表及航空電子模擬分系統(tǒng)實(shí)時(shí)指示或顯示各種飛行參數(shù)和系統(tǒng)工作參數(shù)；視景分系統(tǒng)按駕駛員視點(diǎn)關(guān)系及設(shè)定的能見度和氣象條件生成此刻座艙外的各種景象，包括跑道、燈光、建筑物、田野、河流、海浪、地形地貌、活動(dòng)目標(biāo)（空中、地面、海面）等；聲音模擬分系統(tǒng)給飛行人員提供音響效果，如發(fā)動(dòng)機(jī)聲響、氣流噪聲、設(shè)備工作聲音等。各仿真物理分系統(tǒng)給飛行人員提供多維感知信息，根據(jù)上述信息飛行人員可以在地面完成各種條件下的模擬飛行訓(xùn)練。
五、配置參數(shù)表
| 產(chǎn)品名稱 | 配置參數(shù) | 附圖 | 備注 |
| 戰(zhàn)斗機(jī)模擬器 |
♦ 六自由度 ♦ 全鋼制骨架，玻璃鋼外罩 ♦ 模擬戰(zhàn)斗機(jī)駕駛艙制作，表面高亮噴漆漆，單人座 ♦ 規(guī)格：3100*1900*2200 MM（長寬高） ♦ 控制系統(tǒng)：A10C戰(zhàn)斗機(jī)搖桿、腳舵控制系統(tǒng) ♦ 引擎控制單元：雙油門控制鍵,Shift按鈕,11個(gè)指令按鈕,1個(gè)滾輪,一個(gè)3D軸，7個(gè)金屬上下?lián)軇?dòng)開關(guān)多種組裝搭配：配合固定夾可任意組合，強(qiáng)大的智能技術(shù)編程軟件可以自行設(shè)定需要的功能。 ♦ 三屏32寸高清無邊框顯示器，分辨率為：5760*1080，60Hz ♦ 主機(jī)控制： CPU i7\內(nèi)存：8G\硬盤M.2 500G\主板：微星迫擊炮B360，顯卡：微星魔龍 GeForce GTX 1660 SUPER GAMING X6G 1660S |
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