一种五自由度持续载荷模拟平台制造技术

本实用新型专利技术公开了一种五自由度持续载荷模拟平台，包括主驱动系统、主旋转臂系统、垂直运动系统和多自由度运动平台，主驱动系统支撑主旋转臂系统并带动其转动，提供飞行训练所需的过载环境，垂直运动系统设置在主旋转臂系统上，垂直运动系统上设置有多自由度运动平台，垂直运动系统带动多自由度运动平台垂直于主旋转臂系统做上下直线运动，垂直运动系统驱动多自由度运动平台在主旋转臂系统上做垂直运动，提供飞行训练所需的垂直运动，多自由度运动平台具有三个自由度，多自由度运动平台、垂直运动系统和主旋转臂系统相结合实现了五自由度的运动，使其运动模拟功能更加强大，能够实现定向障碍环境的模拟，从而具备定向障碍以及错觉训练的能力。

【技术实现步骤摘要】
一种五自由度持续载荷模拟平台
本技术涉及飞行模拟领域，具体为一种五自由度持续载荷模拟平台。
技术介绍
飞行员训练是一个复杂的体系，为满足训练效率以及安全性、经济性等方面的需求，针对不同的训练目标，发展出了不同的环境模拟平台。如针对操作训练的地面多自由度模拟平台，针对耐力承受训练的高过载模拟平台；以及针对定向障碍训练的低过载多自由度模拟平台。一种五自由度持续载荷模拟平台能够产生持续过载，可提供逼近飞机的真实载荷模拟环境，实现飞行员的过载训练、空间定向障碍训练。其相对于四自由度载人离心机多出一个自由度，使模拟环境更加逼近飞行的真实环境，同时也能提供高过载模拟环境，进行人员选拔、耐力训练等，可实现持续载荷环境中任意姿态变化，特别适合于空间定向障碍训练。空间定向障碍定义为：相对地球参考坐标系或飞机在由重力垂直线构成的坐标系中，飞行员不能正确感知自身位置、运动和姿态等信息。常常会引发飞行员的错误知觉。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。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，对受训飞行员进行原理现象展示、空间定向障碍场景及意识、产生空间障碍后的克服应对方法、人在回路中的自主控制训练等阶次训练。现有的模拟平台虽然形式较多，但基本上是针对某种应用需求设计的平台，由于无法提供较高的载荷，因此无法运用到飞行模拟训练上，同时现有的模拟平台大多数为四自由度模拟平台，存在自由度不够的缺点，无法提供更逼近飞机的真实载荷模拟环境，使得定向障碍环境的模拟范围较小，导致其应用面小，无法满足复杂环境的模拟要求，现有的模拟平台还存在六自由度的载荷平台，但六自由度的载荷平台体积过于庞大，导致驱动系统无法提供较大的动力，导致六自由度载荷平台无法提供较高的载荷，达不到真实训练的环境，因此，设计一种具有多自由度和能提供较高载荷的模拟平台是非常有必要的。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种五自由度持续载荷模拟平台，实现多种姿态可调的运动模拟，同时模拟平台提供持续可控的高过载及快速过载变化的环境模拟。本技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种五自由度持续载荷模拟平台，包括多自由度运动平台、垂直运动系统、主旋转臂系统和主驱动系统，所述主驱动系统支撑主旋转臂系统并带动其转动，所述垂直运动系统设置在所述主旋转臂系统上，所述垂直运动系统上设置有所述多自由度运动平台，所述垂直运动系统带动所述多自由度运动平台垂直于所述主旋转臂系统做上下直线运动；所述多自由度运动平台包括滚转框系统、偏航框系统和座舱，所述座舱设置在所述偏航框系统内并绕着与所述偏航框系统的连接点旋转，所述偏航框系统设置在所述滚转框系统内并绕着与所述滚转框系统连接点旋转，所述座舱的旋转中心与所述偏航框系统的旋转中心垂直，所述滚转框系统设置在所述垂直运动系统上并绕着与所述垂直运动系统的连接点旋转，所述滚转框系统的旋转中心与所述偏航框系统的旋转中心垂直。进一步地，所述主驱动系统包括基座、主电机和主传动轴支座，所述主电机设置在所述基座内，所述基座的顶部设置有所述主传动轴支座，所述主传动轴支座内通过轴承连接有主轴，所述基座上设置有主轴安装孔，所述主轴的一端置于主轴安装孔内并与所述主电机的输出轴连接，所述主轴的另一端转动连接有所述主旋转臂系统，所述的主轴安装孔内设置有轴承系，所述主轴通过轴承系与基座转动连接。进一步地，所述主旋转臂系统包括离心平台和配重，所述离心平台的一端通过轴承可转动的套设在所述主轴上，所述离心平台的顶部开设有模拟腔，所述模拟腔内设置有所述垂直运动系统，所述离心平台靠近所述主轴的一端设置有所述配重。进一步地，所述模拟腔的两侧壁上均竖直开设有垂直运动槽，两个所述垂直运动槽对称设置，两个所述垂直运动槽内均设置有所述垂直运动系统，所述垂直运动系统包括底座、导向杆和直线驱动系统，所述底座可滑动的设置在所述垂直运动槽内，所述底座靠近所述垂直运动槽的一侧固定有导向座，所述导向杆设有两个，两个所述导向杆均可滑动的穿设在所述导向座内且两端分别与所述垂直运动槽的顶部和底部固定，所述模拟腔的底部设置有所述直线驱动系统，所述直线驱动系统与所述底座的底部连接。进一步地，所述滚转框系统包括滚转框体、滚转电机、驱动转轴和滚转框从动轴，所述滚转框体为环形对称结构，所述滚转框体外侧的两端分别固定有所述驱动转轴和滚转框从动轴，所述驱动转轴和滚转框从动轴均设置在所述滚转框体的对称中心线上，所述驱动转轴和滚转框从动轴远离所述滚转框体的一端分别可转动的穿设在所述两个底座内，设有所述驱动转轴的底座内固定有所述滚转电机，所述滚转电机的输出轴与所述驱动转轴连接。进一步地，所述偏航框系统包括偏航框体、偏航电机、偏航转轴和偏航从动轴，所述偏航框体为环形对称结构，所述偏航框体外侧的两端分别固定有所述偏航转轴和偏航从动轴，所述偏航转轴和偏航从动轴均设置在所述偏航框体的对称中心线上，所述偏航转轴和偏航从动轴远离所述偏航框体的一端均与所述滚转框体转动连接，所述偏航转轴穿过所述滚转框体并与所述偏航电机的输出轴连接，所述偏航电机固定在所述滚转框体上。进一步地，所述座舱包括舱体、俯仰电机、俯仰转轴和俯仰从动轴，所述舱体为立方体结构，所述舱体的两端分别固定有所述俯仰转轴和俯仰从动轴，所述俯仰转轴和俯仰从动轴均设置在所述舱体的对称中心线上，所述俯仰转轴和俯仰从动轴远离所述舱体的一端均与所述偏航框体转动连接，所述俯仰转轴穿过所述偏航框体并与所述俯仰电机的输出轴连接，所述俯仰电机固定在所述偏航框体上。进一步地，所述的轴承系包括第一推力轴承、球轴承、第三角接触轴承和轴承套筒，所述轴承套筒安装在所述基座的主轴安装孔内，所述的第一推力轴承、球轴承、第三角接触轴承均设置在轴承套筒内。本技术的有益效果是：1.本技术的主驱动系统驱动主旋转臂系统，产生持续离心过载加速度；主旋转臂系统驱动滚转框系统产生相对于受训飞行员的滚转角运动；垂直运动系统驱动滚转框系统产生垂直于主旋转臂系统的直线运动；滚转框系统驱动偏航框系统产生相对于受训飞行员的偏航角运动；偏航框系统驱动座舱产生相对于受训飞行员的俯仰角运动，受训飞行员坐在座舱中，承受离心过载加速度和空间四个姿态角运动，实现多种姿态可调的运动模拟，同时提供持续可控的高过载及快速过载变化的环境模拟，拓宽了模拟平台的模拟能力，使模拟环境更加贴近真实的飞行环境。2.本技术的座舱、滚转框系统、偏航框系统、均设计成轴对称结构，同时对主旋转臂系统进行配重平衡，做到力平衡和力偶平衡，能够减少主旋转臂系统和多自由度运动平台系统承受的倾覆力矩和转臂弯矩，降低离心平台垂向变形，同时降低系统的振动。3.一种五自由度持续载荷模拟平台，使多自由度运动平台与持续载荷离心平台完美结合，为可实现多种姿态可调的运动模拟平台提供持续可控的高过载及快速过载变化的环境模拟。附图说明图1为本技术一种五自由度持续载荷模拟平台本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种五自由度持续载荷模拟平台，其特征在于，包括多自由度运动平台（4）、垂直运动系统（3）、主旋转臂系统（2）和主驱动系统（1），所述主驱动系统（1）支撑主旋转臂系统（2）并带动其转动，所述垂直运动系统（3）设置在所述主旋转臂系统（2）上，所述垂直运动系统（3）上设置有所述多自由度运动平台（4），所述垂直运动系统（3）带动所述多自由度运动平台（4）垂直于所述主旋转臂系统（2）做上下直线运动；/n所述多自由度运动平台（4）包括滚转框系统（41）、偏航框系统（42）和座舱（43），所述座舱（43）设置在所述偏航框系统（42）内并绕着与所述偏航框系统（42）的连接点旋转，所述偏航框系统（42）设置在所述滚转框系统（41）内并绕着与所述滚转框系统（41）连接点旋转，所述座舱（43）的旋转中心与所述偏航框系统（42）的旋转中心垂直，所述滚转框系统（41）设置在所述垂直运动系统（3）上并绕着与所述垂直运动系统（3）的连接点旋转，所述滚转框系统（41）的旋转中心与所述偏航框系统（42）的旋转中心垂直。/n

【技术特征摘要】
1.一种五自由度持续载荷模拟平台，其特征在于，包括多自由度运动平台（4）、垂直运动系统（3）、主旋转臂系统（2）和主驱动系统（1），所述主驱动系统（1）支撑主旋转臂系统（2）并带动其转动，所述垂直运动系统（3）设置在所述主旋转臂系统（2）上，所述垂直运动系统（3）上设置有所述多自由度运动平台（4），所述垂直运动系统（3）带动所述多自由度运动平台（4）垂直于所述主旋转臂系统（2）做上下直线运动；
所述多自由度运动平台（4）包括滚转框系统（41）、偏航框系统（42）和座舱（43），所述座舱（43）设置在所述偏航框系统（42）内并绕着与所述偏航框系统（42）的连接点旋转，所述偏航框系统（42）设置在所述滚转框系统（41）内并绕着与所述滚转框系统（41）连接点旋转，所述座舱（43）的旋转中心与所述偏航框系统（42）的旋转中心垂直，所述滚转框系统（41）设置在所述垂直运动系统（3）上并绕着与所述垂直运动系统（3）的连接点旋转，所述滚转框系统（41）的旋转中心与所述偏航框系统（42）的旋转中心垂直。


2.根据权利要求1所述的一种五自由度持续载荷模拟平台，其特征在于，所述主驱动系统（1）包括基座（11）、主电机（12）和主传动轴支座（13），所述主电机（12）设置在所述基座（11）内，所述基座（11）的顶部设置有所述主传动轴支座（13），所述主传动轴支座（13）内通过轴承连接有主轴（14），所述基座（11）上设置有主轴（14）安装孔，所述主轴（14）的一端置于主轴（14）安装孔内并与所述主电机（12）的输出轴连接，所述主轴（14）的另一端转动连接有所述主旋转臂系统（2），所述的主轴（14）安装孔内设置有轴承系，所述主轴（14）通过轴承系与基座（11）转动连接。


3.根据权利要求2所述的一种五自由度持续载荷模拟平台，其特征在于，所述主旋转臂系统（2）包括离心平台（21）和配重（22），所述离心平台（21）的一端通过轴承可转动的套设在所述主轴（14）上，所述离心平台（21）的顶部开设有模拟腔（23），所述模拟腔（23）内设置有所述垂直运动系统（3），所述离心平台（21）靠近所述主轴（14）的一端设置有所述配重（22）。


4.根据权利要求3所述的一种五自由度持续载荷模拟平台，其特征在于，所述模拟腔（23）的两侧壁上均竖直开设有垂直运动槽（33），两个所述垂直运动槽（33）对称设置，两个所述垂直运动槽（33）内均设置有所述垂直运动系统（3），所述垂直运动系统（3）包括底座（31）、导向杆（32）和直线驱动系统，所述底座（31）可滑动的设置在所述垂直运动槽（33）内，所述底座（31）靠近所述垂直运动槽（33）的一侧固定有导向座（34），所述导向杆（32）设有两个，两个所述导向杆（32）均可滑动的穿设在所述导向...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎启胜，杨永生，张贞，舒杨，茅坪，徐胜，宋琼，陈国军，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院总体工程研究所，
类型：新型
国别省市：四川;51