舰载飞机飞行员动态模拟训练系统

摘要

本发明的舰载飞机飞行员动态模拟训练系统，包括模拟器，其模拟器设置轮子和旋转机构，模拟器的轮子与滑轨接触；滑轨设置低位水平段和高位水平段，低位水平段和高位水平段之间为斜坡段；滑轨的低位水平段之下和高位水平段之下均设置卷扬机构，卷扬机构内的牵引索卷在卷扬机上；模拟器通过牵引臂和牵引钩连接牵引索；模拟器内设置控制卷扬机构、旋转机构和牵引臂的控制装置，模拟器内还设置制动装置。该模拟训练系统，真实地模拟了舰载飞机在航母上的起降飞行，使舰载飞机飞行员体验到舰载机在航母上起降的感受，解决了飞行员的飞行心理经验不足的问题，克服了舰载飞机飞行员真实训练危险性大、成本高的缺陷，可以大大提高训练效果。

说明书

技术领域

本发明涉及飞行员模拟训练，具体涉及一种舰载飞机飞行员动态模拟训练系统。

背景技术

随着国家的强大，第一艘航空母舰“辽宁”号服役，我国海军力量得到里程碑式的发展。接下来将陆续有第二艘，第三艘航母服役。航母要形成强大的战斗力，就必须搭载舰载机。培训一批高素质的舰载飞行员是关键。通常普通战斗机飞行员要通过500～600小时的飞行训练才能执行战斗任务，而舰载机飞行员不仅要完成这些基本内容，还需要克服航母起降的种种困难，训练时间更长，风险更大。

航空母舰飞行甲板由于环境恶劣，空间狭小，训练变得危险，事故发生率高，所以舰载机飞行员必须长时间训练以适应航母的特别环境。航母舰载机飞行起降的关键在于起飞速度，降落速度及飞行下滑角度。一般飞行模拟器是静态上的六自由度飞行模拟训练，不能真实的反映舰载机在航母上起降的关键要素的感受，舰载机飞行员必须经过大量真实的飞行训练，不断增加飞行经验，才能保障起降的成功率。          

发明内容

本发明的目的在于提供舰载飞机飞行员动态模拟训练系统，真实模拟舰载飞机在航母上的起降飞行，使舰载飞机飞行员体验到舰载机在航母上起降的感受，解决舰载飞机飞行员训练成本高、飞行员的飞行心理经验不足的问题。

本发明的舰载飞机飞行员动态模拟训练系统，包括模拟器，其模拟器设置轮子和旋转机构，模拟器的轮子与滑轨接触；滑轨设置低位水平段和高位水平段，低位水平段和高位水平段之间为斜坡段；滑轨的低位水平段之下和高位水平段之下均设置卷扬机构，卷扬机构内的牵引索卷在卷扬机上；模拟器通过牵引臂和牵引钩连接牵引索；模拟器内设置控制卷扬机构、旋转机构和牵引臂的控制装置，模拟器内还设置制动装置。

为了使模拟器更好地移动，在移动过程中保持稳定，本发明还进一步设置模拟器移动平台，将模拟器安置在移动平台上，模拟器的旋转机构设置在模拟器与移动平台之间，轮子和牵引臂均设置在移动平台之下；在移动平台之下还设置供电轮，供电轮与滑轨上的供电线缆接触；模拟器内还设置电动装置以及电控装置。这里，滑轨上的供电线缆通过供电轮给模拟器提供电能，电动装置可以使模拟器电启动和电驱动。

本发明中，牵引钩与牵引臂为挂钩连接。使得牵引臂便于与牵引索挂上或者脱开。

本发明的系统中，滑轨选用钢轨，滑轨根数为两根或者四根，轮子为橡胶导轮。

滑轨形状最好为工字型，上下两个轮子分别接触工字型滑轨的上横轨的上下两侧。这样的结构相当于将轨道的上横轨卡入上下两个轮子之间，同时，由于两侧都有滑轨，便实现了对模拟器上下左右四个方向的定位限制，使得模拟器稳稳地沿着滑轨运动。

为了更加真实地模拟舰载飞机在航母上的起降飞行，本发明的系统中，斜坡与水平的夹角为8～15度，低位水平段长度为100～120m，高位水平段长度为100～120m，斜坡段长度为40～60m。

为了在停机时施加更大的制动力，本发明还在滑轨的低位水平段和高位水平段的端部设置阻拦器。停机时牵引臂碰触该阻拦器，阻拦器就会起到阻拦作用。

为了在起跑时施加更大的助推力，本发明优选将阻拦器采用弹簧。停机时弹簧被压缩，起到阻拦作用。而当起跑时被压缩的弹簧又给与牵引臂推力，发挥助推作用。

本发明中，卷扬机构的电动机的一侧通过离合器连接飞轮，电动机的另一侧通过另一个离合器连接卷扬机，飞轮和卷扬机分别连接有刹车鼓。

优选地，飞轮直径为轴直径的6～10倍。

作为系统中的关键部件，卷扬机构的主要作用是在起跑时使得模拟器能够在很短的时间内（1秒多不到2秒）、很短的距离内（100～120m），达到很高的速度。模拟真实的舰载飞机起跑起飞，就要在短短的100m内，使得模拟器的速度达到200km/h左右。同样，卷扬机构的另一个主要作用是在停机时使得模拟器在很短的时间内、很短的距离内，从很高的速度（200km/h左右）降为零。

为此，本发明的卷扬机构采取了双离合器、双刹车鼓的结构，并采取了飞轮提前运转辅助加速的方式。模拟器需要起跑时，先将卷扬机构中的卷扬机一侧的离合器松开，将另一侧的离合器合上；启动电动机，飞轮就会转动起来，直至达到最大转速；然后将飞轮一侧的离合器松开，之后飞轮以很高的速度惯性旋转；与此同时将卷扬机一侧的离合器合上，电动机带动卷扬机转动，进而带动牵引索移动，最终带动模拟器运动；当模拟器运动达到一定的速度时（由于时间的限制，这个速度肯定达不到最大转速，也肯定比此时的飞轮的转速要低），再将飞轮一侧的离合器合上，惯性旋转的飞轮就给卷扬机施加助推力，进一步提高卷扬机转速，使模拟器的运动速度大大加快，在规定的时间内达到规定的速度。此时牵引臂必须与牵引索脱开。无论是在低水平段准备起飞，还是在高水平段准备降落，上述形都是一样的。只不过卷扬机构不是同一套而已。这里，由于飞轮的直径很大，因此飞轮的惯性也就很大，当飞轮在电动机驱动下达到最大速度后，即使离合器松开，电动机不再给飞轮动力，在很短时间内，飞轮依靠惯性，其转速就不会有太多的降低，仍然能够保持很大。

模拟器需要停机时，牵引臂必须与另一套卷扬机构的牵引索再次挂上。将这一套卷扬机构两个离合器都合上，同时制动两个刹车鼓，通过双刹车鼓对卷扬机作用，使得牵引索尽量不动，进而对模拟器给予牵制作用，而对模拟器给予有效减速，使之在规定的时间内（1秒多不到2秒）停下来。

 本发明的系统，有三个装置提供驱动力：卷扬机构、电动装置和阻拦器，所以才能够在很短的时间内将模拟器的速度提高到所需的程度。同样地，也有三个装置提供制动力：卷扬机构、阻拦器和模拟器内的制动装置（模拟器内的制动装置用于制动模拟器的轮子），所以才能够在很短的时间内将模拟器的速度从很高降低到零。

本发明的系统，构思巧妙，可以进行连续地循环模拟训练。模拟器的旋转机构便于在停机后很方便地将模拟器掉头，这样，在训练了起飞并停止后又可以开始训练降落。同样地也可以在训练了降落并停止后又可以开始训练起飞。另外阻拦器还可以作为助推器。两套卷扬机构更是精妙，不但可以加速，还可以减速。而且在起跑后，这一套卷扬机构的牵引钩就会停止在前端，待模拟器转向回头进行降落停机时，挂钩就会在这个位置挂住牵引臂，为减速留有足够的距离。

本发明的舰载飞机飞行员动态模拟训练系统，真实地模拟了舰载飞机在航母上的起降飞行，使舰载飞机飞行员体验到舰载机在航母上起降的感受，解决了飞行员的飞行心理经验不足的问题，克服了舰载飞机飞行员真实训练危险性大、成本高的缺陷，可以大大提高训练效果。

附图说明

图1是本发明的动态模拟训练系统的总图；

图2是本发明的系统中的模拟器与滑轨接触的横向示意图；

图3是本发明的系统中的模拟器与滑轨接触的纵向示意图；

图4是本发明的系统中的卷扬机构的结构框图。

图中有：高位阻拦器1，模拟器2，高位牵引钩3，滑轨4，低位阻拦器5，低位卷扬机构6，低位牵引索7，高位牵引索8，高位卷扬机构9，移动平台10，旋转机构11，供电轮12，橡胶轮子13，牵引臂14，低位牵引钩15，电动机21，左离合器22，飞轮23，右离合器24，卷扬机25，左刹车鼓26，右刹车鼓27，主轴28。

具体实施方式

见图1、图2和图3。

    本发明的舰载飞机飞行员动态模拟训练系统，包括模拟器2，模拟器2设置橡胶轮子13和旋转机构11，模拟器2的橡胶轮子13与滑轨4接触；滑轨4设置低位水平段（图1的左边段）和高位水平段（图1的右边段），低位水平段和高位水平段之间为斜坡段（图1的中间段）；滑轨4的低位水平段之下和高位水平段之下均设置卷扬机构（低位卷扬机构6，和高位卷扬机构9），卷扬机构内的牵引索（低位牵引索7和高位牵引索8）卷在卷扬机（见图4的卷扬机25）上；模拟器2通过牵引臂14和牵引钩（高位牵引钩3和低位牵引钩15）连接牵引索（低位牵引索7和高位牵引索8）；模拟器2内设置控制卷扬机构、旋转机构11和牵引臂14的控制装置（在模拟器2内，图中未画出），模拟器2内还设置制动装置（在模拟器2内，图中未画出）。

模拟器2安置在移动平台10上，模拟器2的旋转机构11设置在模拟器2与移动平台10之间，橡胶轮子13和牵引臂14均设置在移动平台10之下；在移动平台10之下还设置供电轮12，供电轮12与滑轨4上的供电线缆（图中未画出）接触；模拟器2内还设置电动装置以及电控装置（均在模拟器2内，图中未画出）。

牵引钩（高位牵引钩3和低位牵引钩15）与牵引臂14为挂钩连接。

滑轨4为钢轨，滑轨4的根数为两根。

滑轨4形状为工字型，上下两个橡胶轮子13分别接触工字型滑轨4的上横轨的上下两侧。

滑轨4的斜坡与水平的夹角为8～15度，低位水平段长度为100～120m，高位水平段长度为100～120m，斜坡段长度为40～60m。

在滑轨4的低位水平段的端部设置低位阻拦器5，高位水平段的端部设置高位阻拦器1。

高位阻拦器1和低位阻拦器5均为弹簧。

见图4。

卷扬机构的电动机21的左侧通过左离合器22连接飞轮23，电动机21的右侧通过右离合器24连接卷扬机25，飞轮23和卷扬机25分别连接有刹车鼓（左刹车鼓26和右刹车鼓27）。

飞轮23的直径为主轴28直径的6～10倍。 

起飞训练：

模拟器2位于滑轨4的低位水平段的端部，此时模拟器2通过牵引臂14与低位牵引钩15连接着低位水平段之下的卷扬机构上的低位牵引索7。低位阻拦器5处于被牵引臂14压缩的状态。模拟器2处于制动状态。

训练人员在模拟器2内准备。然后给低位卷扬机构6通电工作，模拟器2内的电动装置以及电控装置启动。参见图4。电动机21运转，松开左刹车鼓26和右刹车鼓27，将右离合器24松开，左离合器22合上，此时，电动机21带动飞轮23运转。

当飞轮23运转到最大速度时，松开左离合器22，同时合上右离合器24，松开模拟器2内的制动。低位卷扬机构6 内的卷扬机25转动，带动低位牵引索7移动。低位牵引索7通过低位牵引钩15以及挂接在一起的牵引臂14牵引模拟器2向右移动。同时通过滑轨4上的供电线缆和供电轮12给模拟器2内的电动装置供电，电动装置也驱动模拟器2向右移动。同时，由于牵引臂14随着模拟器向右移动，被压缩的低位阻拦器5解除限制，弹簧的弹力也给予模拟器2一个向右的弹射力。在牵引力、电机驱动力和弹射力的共同作用下，模拟器2会在很短时间内达到很高的速度。但是由于要真实模拟舰载飞机的起飞状态，因而必须限制非常严格的条件，即在100m内不超过2秒的时间内使模拟器2的速度达到200km/h左右。上述三个力的作用依然做不到这一点，因为时间太短了，卷扬机25以及电动机21的转速不可能在如此短的时间内达到最高转速。而飞轮23由于直径很大，所以惯性很大，在被提前加速到最大速度后，极短的时间内依然可以保持极大的速度，这个速度比电动机21在极短的时间内可以达到的速度要大。 所以此时需要将左离合器22重新合上，让高速运转的飞轮23给予卷扬机25一个加速力。最终将模拟器2的移动速度提高到规定值。

之后，模拟器2在低位水平段高速滑行100m后，将要爬上夹角为8度的斜坡段，进入起飞状态。此时训练人员需要脱开牵引臂14与低位牵引钩15的连接并通过控制装置使低位牵引钩15停留在靠近起飞处。同时给模拟器2内的电动装置断电。模拟器2进入惯性起飞。

当模拟器2在斜坡段高速滑行40m后，进入高位水平段。此时起飞训练完成，开始停车训练。模拟器2下的牵引臂14挂接高位牵引索8上的高位牵引钩3（高位牵引钩3已经预先停留在合适的位置），通过高位卷扬机构9 中的左刹车鼓26和右刹车鼓27，对模拟器2给予一个制动力。同时运行模拟器2内的制动装置，对橡胶轮子13给予制动。当模拟器2在减速滑行至高位水平段的端部，牵引臂14触碰高位阻拦器1，高位阻拦器1在被压缩的同时给模拟器2施加阻力。在高位卷扬机构9、高位阻拦器1和模拟器2轮子制动的三重作用下，模拟器2就在短短的100m内从200km/h的高速度降为零而停下来。从而完成停车训练。

最后通过操控，依靠旋转机构11，模拟器2旋转180度，可向下进行下降训练。

下降训练：

与模拟器2进行起飞训练完全一样，模拟器2受到高位卷扬机构9的牵引力、高位阻拦器1的弹射力和模拟器2内的电机驱动力的共同作用下，模拟器2会在很短时间内达到很高的速度。再加之高位卷扬机构9内的飞轮23的惯性力加速，最终将模拟器2的移动速度提高到规定值。

之后，模拟器2在高位水平段结束处，脱开牵引臂14与高位牵引钩3的连接并通过控制装置使高位牵引钩3停留在靠近下降处。同时给模拟器2内的电动装置断电。模拟器2将沿着夹角为8度的斜坡段，进入下降状态。

之后，模拟器2进入低位水平段停车。牵引臂14钩挂住起飞时就已经停留在合适位置（靠近起飞处）的低位牵引钩15，在低位卷扬机构6、低位阻拦器5和模拟器2轮子制动的三重作用下，模拟器2就在短短的100m内从200km/h的高速度降为零而停下来。

最后通过操控，依靠旋转机构11，模拟器2旋转180度，又可再一次进行起飞训练。