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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，飛行模擬器實際上是根據(jù)真實飛機駕駛艙1：1規(guī)格進(jìn)行設(shè)計的，具有模擬真實飛機的操縱感官系統(tǒng)，模擬機訓(xùn)練可以模擬飛行過程中的各種故障，并針對某個問題進(jìn)行多次的飛行和操作，從而提高飛行員在實際飛行的快速反應(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)斗機模擬器根據(jù)真實飛機駕駛座艙1：1規(guī)格進(jìn)行設(shè)計，真實還原飛機駕駛的操縱系統(tǒng)，配合六自由度體感仿真平臺以及飛行視鏡系統(tǒng)，對飛機的空中飛行狀態(tài)進(jìn)行復(fù)現(xiàn)。 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》；
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動系統(tǒng)》；
GB/T 9385-2008 《計算機軟件需求規(guī)格說明規(guī)范》；
GB/T 9386-2008 《計算機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)斗機模擬器的組成部分主要分為兩個部分：
（1）硬件部分包括：模擬座艙、運動系統(tǒng)、視景系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)。計算機系統(tǒng)作為整個模擬器的核心，擔(dān)當(dāng)著核心運算的功能，將各個模塊結(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)、飛行動力學(xué)模型、氣動模型、發(fā)動機模型、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)斗機模擬器的整個系統(tǒng)仿真，涵蓋了空氣動力學(xué)、大氣模型、機械系統(tǒng)、戰(zhàn)斗系統(tǒng)仿真等，對飛機駕駛艙各個部位進(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)計方案
戰(zhàn)斗機模擬器是一臺包括機械、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、飛行作戰(zhàn)系統(tǒng)、視鏡系統(tǒng)、音響系統(tǒng)七個部分組成。
3、六自由度平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計方案
    六自由度運動平臺采用的是Stewart并聯(lián)結(jié)構(gòu)，由六條電動缸通過虎克鉸鏈或球鉸將上、下兩個平臺連接而成，下平臺固定在基座上，借助六條電動缸的伸縮運動，完成上平臺在三維空間六個自由度（X, Y, Z,α，β，γ）的運動以及這些自由度的復(fù)合運動，從而可以模擬出各種空間運動姿態(tài)。Stewart平臺是六自由度并聯(lián)機構(gòu)的基礎(chǔ)平臺，具有剛度大、負(fù)荷自重比高、載荷分布均勻、運動平穩(wěn)的特點,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。該平臺采用的驅(qū)動方式是電機驅(qū)動滾珠絲杠驅(qū)動方式。
（1）上動平臺：為滿足設(shè)備的外觀需求，將上平臺制作成一個長2.0米、寬1.6米的平臺，平臺采用優(yōu)質(zhì)的鋼材焊接而成，中間斜拉加強筋，配合Q235矩形管和防滑板進(jìn)行制作，上平臺可承載1-2噸重的物體不變形。
（2）下靜平臺：下平臺約長2米、寬約1.6米的平臺，如圖7所示。采用優(yōu)質(zhì)的鋼材焊接而成，中間斜拉加強筋，配合Q235矩形管進(jìn)行制作。機箱圍板用冷軋板，固定電缸的受力位置采用45#鋼，前后預(yù)留兩個機箱，后機箱用于放置伺服控制系統(tǒng)，前機箱用于放置電腦主機。下平臺的固定方式可根據(jù)用戶的場地情況進(jìn)行設(shè)計，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缸與上下平臺進(jìn)行連接，萬向節(jié)鉸鏈傳動效率高，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）電動缸：電動缸的技術(shù)參數(shù)如下表所示：

名   稱	參 數(shù)	備 注
電動缸類型	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
電機功率（W）	750
電機額定轉(zhuǎn)矩(Nm)	2.39
電機額定轉(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

（5）伺服電機及驅(qū)動器：
①伺服電機

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	運行：0℃~40℃（無結(jié)凍） 保管：-15℃~70℃（無結(jié)凍）
	環(huán)境濕度	運行：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

②伺服放大器

電源輸入		AC200-240V，
額定電流		3.8A
伺服功能		高級振動抑制控制、自適應(yīng)濾波器、自動調(diào)諧、驅(qū)動記錄儀功能、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	運行環(huán)境	0℃-55℃（無凍結(jié)）、保存：-20℃-65℃（無凍結(jié)）
	環(huán)境濕度	運行/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

4、平臺參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)
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	電機功率	電機轉(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

自由度	位移或角度			速度	加速度
	運動范圍	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

上平臺支點間最小圓心角	38.21°	上平臺直徑	1222mm
下平臺支點間最小圓心角	32.49°	下平臺直徑	1430mm
上平臺支點間最短距離	400mm	電缸最長距離	812mm
下平臺支點間最短距離	400mm	電缸最短距離	612mm

（1）俯仰角度為20°，符合設(shè)計要求。
（2）翻滾角度為±18°，符合設(shè)計要求。
（3）偏航角度為±22°，符合設(shè)計要求。
（4）垂直位移為220mm，符合設(shè)計要求。
（5）縱向向位移為±250mm，符合設(shè)計要求。
（6）橫向位移為±210mm，符合設(shè)計要求。
6、系統(tǒng)分為五個部分：
（1）上位機控制軟件：包括飛行模擬器軟件和平臺控制軟件，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)換成平臺控制信號，通過網(wǎng)絡(luò)端口發(fā)送到平臺控制系統(tǒng)，平臺控制軟件主要完成對平臺的手動控制、自動控制、振動測試等功能，并通過網(wǎng)絡(luò)端口獲取平臺的狀態(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)格式完成控制信號和狀態(tài)信號的傳輸；
（3）下位機控制系統(tǒng)：完成對上位機數(shù)據(jù)的解算，轉(zhuǎn)換成伺服控制信號，驅(qū)動電機帶動電動缸完成制定的動作；
（4）運動平臺：帶動負(fù)載完成指定的姿態(tài)動作；
（5）傳感器模塊：完成平臺狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集，包括姿態(tài)、振動頻率等，并將數(shù)據(jù)反饋回平臺控制系統(tǒng)。
5.4.2平臺的基本功能模塊
（1）HMI（人機界面）控制軟件：它是平臺控制系統(tǒng)的操作平臺，功能主要包括：平臺運動軌跡監(jiān)視、數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定、運行模式設(shè)定以及各缸當(dāng)前運行狀態(tài)顯示等，用戶可以使用該軟件對平臺進(jìn)行多自由度的測試、振動測試，還可以完成平臺狀態(tài)的檢測、振動頻譜、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擴展，實現(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反解算法實現(xiàn)對平臺的精準(zhǔn)控制。也能完成平臺的自檢、預(yù)位、復(fù)位，以低速自動運行至零位或中位的功能。
（3）伺服驅(qū)動模塊：伺服驅(qū)動模塊主要包含伺服驅(qū)動器與伺服電機，它是控制系統(tǒng)中直接與機械部分相連的模塊，控制系統(tǒng)通過伺服驅(qū)動模塊執(zhí)行相應(yīng)的動作，驅(qū)動機械結(jié)構(gòu)完成規(guī)定空間運動軌跡。
（4）安全檢測模塊：為了規(guī)范平臺的使用以及保障人員安全，平臺增加一個安全檢測模塊，即當(dāng)使用流程規(guī)范沒有達(dá)到安全指標(biāo)時，平臺不能運行，例如使用人員未佩戴安全帶、平臺電缸超過限位點、平臺未到達(dá)啟動點等一系列安全規(guī)范。
（5）緊急制動模塊：當(dāng)平臺出現(xiàn)緊急故障狀態(tài)時，可以通過緊急制動模塊快速停止平臺的運動，從而達(dá)到保護(hù)人員和平臺的目的。
（6）故障檢測模塊：當(dāng)平臺運行時，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)，實時監(jiān)控平臺的運行狀態(tài)，能及時對出現(xiàn)的故障做出響應(yīng)，同時停止平臺的運動，保障人員與平臺的安全。
（7）狀態(tài)檢測模塊：通過在平臺安裝姿態(tài)傳感器和振動傳感器，實時獲取平臺的運行狀態(tài)，獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)過控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)洗出，解算出平臺的姿態(tài)與振動數(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)行平臺狀態(tài)的顯示與對比。
7、平臺運動功能模式
運動平臺可以完成包括：單自由度運動、任意自由度組合復(fù)合運動、單缸測試、振動測試等多種運行模式：
（1）平臺參數(shù)調(diào)整：
（2）單自由度運動：可以完成任意一個自由度的獨立運動，用戶可以通過控制軟件輸入指定角度，平臺就會運行到指定角度；
（3）復(fù)合運動：可以完成任意六個自由度的組合，用戶可以通過控制軟件輸入指定角度與平移量，平臺就會運行到指定位置；
（4）單缸測試：可以任意控制平臺的電缸進(jìn)行伸縮運動，用戶可以通過控制軟件輸入指定的伸縮量，電缸會運行到指定的位置；
（5）振動測試：可以讓平臺以指定的頻率進(jìn)行振動，用戶可以通過控制軟件輸入指定的振動頻率與自由度、運動范圍，平臺會根據(jù)設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行振動測試；
8、模擬座艙設(shè)計
    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)合制作而成的增強型塑料這便是我們現(xiàn)在看到的玻璃鋼,這種玻璃鋼的強化復(fù)合材料在性能上具有很多優(yōu)于塑料的優(yōu)點,例如機械強度高、質(zhì)輕而硬、不導(dǎo)電。
9、視景系統(tǒng)
    視景系統(tǒng)軟件是利用計算機圖像生成技術(shù)，產(chǎn)生逼真的窗外影像，如機場、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、飛機等活動目標(biāo)，為駕駛員、參試者、工程設(shè)計人員和觀察者提供體現(xiàn)飛機性能表現(xiàn)及飛機飛行時的真實世界的窗外景象。
（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

 （2）場景模擬：采用了大量渲染貼圖材質(zhì)，無論是戰(zhàn)斗機、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)機等，在細(xì)膩的紋理襯托下，顯得極其真實、生動。使用虛構(gòu)的世界和國家，許多細(xì)節(jié)和現(xiàn)實中的戰(zhàn)爭非常相似。一些戰(zhàn)斗機的現(xiàn)實特征在游戲中表現(xiàn)出來，也包括一些虛構(gòu)的飛機，尤其是空中堡壘。
10、軟件仿真系統(tǒng)
（1）戰(zhàn)斗機模擬器仿真系統(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力學(xué)與飛行運動學(xué)計算、動力裝置模擬及特情處置模擬等部分組成，主要模擬戰(zhàn)斗機的飛行性能和操穩(wěn)特性，并且提供每個時刻的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)；設(shè)備系統(tǒng)仿真包括操縱、電氣、發(fā)動機、燃油、告警、剎車、儀表等機載設(shè)備系統(tǒng)仿真軟件模塊，主要完成機載設(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)，由接口軟件實時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，仿真計算機通過飛行器性能仿真和設(shè)備仿真軟件及軟件模塊，解算出飛行器運動及姿態(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)動系統(tǒng)驅(qū)動，通過顯示器顯示、儀表指示、信號燈指示、視景圖像、動感平臺、音響聲音等，將飛行人員的操作響應(yīng)實時反饋給飛行人員，從而模擬出實裝駕駛的整個過程。
（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作并發(fā)出工作信號，接口系統(tǒng)將這些信息輸給仿真計算機，仿真計算機通過飛行性能仿真和設(shè)備仿真等軟件系統(tǒng)對飛行動力學(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)實時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)動機聲響、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)斗機模擬器	♦ 六自由度 ♦ 全鋼制骨架，玻璃鋼外罩 ♦ 模擬戰(zhàn)斗機駕駛艙制作，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個指令按鈕,1個滾輪,一個3D軸，7個金屬上下?lián)軇娱_關(guān)多種組裝搭配：配合固定夾可任意組合，強大的智能技術(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