直升機(jī)飛行模擬器球幕結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)研究

王錚 車勇 趙鵬

摘? 要：飛行模擬器能夠影響直升機(jī)的設(shè)計(jì)、訓(xùn)練、安全等多項(xiàng)內(nèi)容，能夠?yàn)轱w行員的培養(yǎng)提供重要依據(jù)。飛行模擬器能夠全面展現(xiàn)真實(shí)的視覺狀況，直觀反映飛行員需要掌握的現(xiàn)場視覺環(huán)境，為了應(yīng)對工作時經(jīng)常出現(xiàn)的外力限制，需要對這項(xiàng)總體質(zhì)量進(jìn)行管理。球幕是飛行模擬器的重要組成部件，在提高成像程度的前提下，使其結(jié)構(gòu)變得更輕，符合使用要求，為結(jié)構(gòu)的改進(jìn)做出重要貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：直升機(jī)? 飛行模擬器? 球幕結(jié)構(gòu)? 輕量化

中圖分類號：TM75 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）07（c）-0089-03

Research on Lightweight Design of Ball Curtain Structure of Helicopter Flight Simulator

WANG Zheng? CHE Yong? ZHAO Peng

（93199 Army， Harbin， Heilongjiang Province， 150001 China）

Abstract： Flight simulator can affect the design， training and safety of helicopter and provide important basis for the training of pilots. The flight simulator can fully show the real visual situation and intuitively reflect the field visual environment that the pilot needs to master. In order to deal with the external force limitation that often occurs in the work， the overall quality needs to be managed. The ball curtain is an important component of the flight simulator. On the premise of improving the imaging level， it makes its structure lighter， meets the use requirements， and makes an important contribution to the improvement of the structure.

Key Words： Helicopter; Flight simulator; Ball Curtain Structure; Lightweight

使用飛行模擬器能夠?qū)χ鄙龣C(jī)的各項(xiàng)指標(biāo)提供重要參考。飛行模擬器的關(guān)鍵部分視景系統(tǒng)能為飛行員提供真實(shí)的視覺環(huán)境，為飛行員呈現(xiàn)出一個與模擬視覺環(huán)境相互交流的承載系統(tǒng)。只有擁有良好的視景系統(tǒng)才能為模擬器訓(xùn)練提供保證。球幕的主要作用是實(shí)現(xiàn)視景系統(tǒng)的成像功能，加強(qiáng)對球幕結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)模擬器高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

1? 飛行模擬器的球幕設(shè)計(jì)指標(biāo)要求

直升機(jī)承擔(dān)著重要的運(yùn)輸任務(wù)，其安全性至關(guān)重要。在研發(fā)的過程中，應(yīng)該充分利用飛行模擬器開展大量的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)的測定，這樣才能準(zhǔn)確評價(jià)各項(xiàng)機(jī)型的運(yùn)行指標(biāo)。其中飛行模擬器與發(fā)動機(jī)、實(shí)驗(yàn)臺和實(shí)驗(yàn)設(shè)備共同稱為飛機(jī)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)備。在實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)該充分利用飛行模擬器的優(yōu)勢，才能滿足工作的需要。

1.1 飛行模擬器的顯示屏幕要求

飛行模擬器的顯示屏幕是最為重要的零件之一，只有顯示屏幕的正常運(yùn)轉(zhuǎn)才能滿足飛行要求，保證飛行需要。通常情況下按成像方式進(jìn)行區(qū)分，飛行模擬器的成像系統(tǒng)分為實(shí)像視景和虛像視景這兩類。其中實(shí)像視景按照結(jié)構(gòu)分為柱幕實(shí)像和球幕實(shí)像這兩種顯示系統(tǒng)，球幕實(shí)像視景在實(shí)際中應(yīng)用更為廣泛，能夠?yàn)轱w行員帶來較好的視覺感受，并且生產(chǎn)工藝較為簡單、成本造價(jià)更低受到市場的歡迎。虛像視景在負(fù)壓屏幕上能夠呈現(xiàn)正立放大的虛像，這樣就能滿足成像逼真的特點(diǎn)，但由于其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對比較繁雜不能滿足實(shí)際要求，不能很好地適應(yīng)直升機(jī)飛行模擬器的使用。在實(shí)現(xiàn)大視場角的顯示系統(tǒng)中有兩種系統(tǒng)能夠滿足需要，分別是球幕系統(tǒng)和多板塊系統(tǒng)，但在實(shí)際性能比較過程中，板塊之間經(jīng)常會出現(xiàn)接縫，就會導(dǎo)致成像問題的出現(xiàn)，并且屏幕的造價(jià)過高。直升機(jī)飛行模擬器在選擇過程中，會綜合考慮球幕與其他系統(tǒng)之間的連接問題，這樣就應(yīng)該選擇實(shí)像球形屏幕作為飛行模擬器的組成部分。

1.2 投影機(jī)的選用

虛擬景物的產(chǎn)生主要依靠投影機(jī)，這就說明投影機(jī)的選擇十分關(guān)鍵。在實(shí)際操作中，投影機(jī)的數(shù)量直接影響整體工程造價(jià)，選擇合適的投影機(jī)成為焦點(diǎn)。當(dāng)前市場上的投影機(jī)品種較多，但缺乏適用于直升飛機(jī)的品種，這對投影機(jī)的要求更高，飛行模擬器的顯示系統(tǒng)會選擇投影面積和距離更大的品種，保證投影機(jī)的選擇滿足各項(xiàng)要求。

2? 飛行模擬器的球幕結(jié)構(gòu)要求

飛行模擬器的球幕結(jié)構(gòu)選擇要滿足運(yùn)動平臺的需求，特別是在總體的重量和慣量方面的需要。對視景系統(tǒng)的要求在于各項(xiàng)指標(biāo)條件符合的情況下，盡量壓縮結(jié)構(gòu)質(zhì)量，該文對視景系統(tǒng)進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，采用比強(qiáng)度、比剛度好的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，充分考慮制造極限，減少裝配工作量，從而使視景系統(tǒng)滿足模擬器設(shè)計(jì)的重量及慣量要求。

2.1 成像球幕技術(shù)要求

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面成像球幕主要分為5個方面，分別為前、后球幕、支撐球幕、上頂蓋和安裝組成。在這些組成部分中，前、后球幕是主成像區(qū)，擔(dān)負(fù)重要的成像功能;支撐球幕主要承擔(dān)支撐工作為投影機(jī)的安裝提供條件;在成像工作時上頂蓋不參與工作，而是起到遮光的作用。下面對幾種結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹分析，前球幕的主要功能是成像，在這個區(qū)域會分為6塊部分，分別標(biāo)為①～⑥號，在球幕的周邊會設(shè)置一定高度的翻邊用于安裝結(jié)構(gòu)使用，還要在分球幕之間的翻邊安裝螺母并用螺栓進(jìn)行加固。這樣就可以使前球幕的頂部與螺栓、螺母進(jìn)行連接，保證兩側(cè)與托板螺母和支撐球幕的連接，這樣完成相關(guān)的材料連接，保證螺栓與螺母和遮光角材的安裝。還要注意的是球幕材料應(yīng)該選擇用紙蜂窩夾層結(jié)構(gòu)。后球幕也是成像的關(guān)鍵區(qū)域，分別為后球幕一、二和三組成，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠形成一個過渡區(qū)域，保證結(jié)構(gòu)和效果，后球幕與螺栓、螺母、支撐球幕和后房體形成一個連接體。支撐球幕起到成像和平臺的支持作用，能夠?yàn)樽饔谜w的球幕承擔(dān)一定的結(jié)構(gòu)作用。還有上頂蓋的部分作用是便于形成一個封閉的整體，這樣能夠保證不漏光，為成像提供保證，但不參與其成像。這樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)就是與前球幕結(jié)構(gòu)比較相近，上頂蓋的四周都會安裝緊固件，這樣才能保證效果，使上頂蓋與其他結(jié)構(gòu)形成一個連體結(jié)構(gòu)。

2.2 球幕的結(jié)構(gòu)安裝要求

球幕結(jié)構(gòu)的安裝主要是為了能夠?yàn)榍蚰惶峁┮粋€與底部運(yùn)動平臺相接的安裝口。這樣使得球幕組件的安裝體能夠變?yōu)橛?種材料組成的整體，分為是機(jī)加盒形件其中數(shù)量為2個，安裝板、錐形件和機(jī)加角材其中該數(shù)量為4個，需要注意的是，安裝板與機(jī)加角材進(jìn)行鉚接之后要與錐形件進(jìn)行緊密連接，保證對接螺栓的嚴(yán)謹(jǐn)。使用螺釘與球幕中的零件進(jìn)行相連，使球幕組件的安裝結(jié)構(gòu)更加堅(jiān)固。

2.3 使用的遮光結(jié)構(gòu)要求

該設(shè)計(jì)要求要保證遮光角材能夠徹底遮擋外部光線，這樣才能保證視景系統(tǒng)的效果，防止出現(xiàn)干擾現(xiàn)象。使用的遮光角材通常都是鈑金件，使用螺栓和板螺母把前球幕底平臺進(jìn)行連接加固。這樣才能保證飛行模擬器球幕結(jié)構(gòu)的質(zhì)量要求，盡量降低總重量，使用新型材料能夠減少質(zhì)量的一半以上，通過運(yùn)用模擬器的運(yùn)動平臺符合實(shí)際要求，減少成本消耗，增加經(jīng)濟(jì)效益。

3? 相關(guān)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求

對于球幕組件的模型一般都有嚴(yán)格規(guī)定，應(yīng)該采用Hypermesh軟件系統(tǒng)實(shí)施嚴(yán)格的優(yōu)化組成，這樣通過導(dǎo)入手段實(shí)現(xiàn)軟件的升級，保證球幕的整體應(yīng)力和設(shè)計(jì)要求完全符合變形要求，應(yīng)該使應(yīng)力最大點(diǎn)處于上后球幕與左后球幕、右后球幕的接觸點(diǎn)位置。這樣才能保證實(shí)際應(yīng)用狀況球幕與后房體構(gòu)成一個封閉結(jié)構(gòu)，對球幕結(jié)構(gòu)起到重要的支撐效果，對這些結(jié)構(gòu)的改革最大限度滿足整體要求。

4? 結(jié)語

加強(qiáng)直升機(jī)飛行模擬器的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，就是為了滿足設(shè)計(jì)飛行需要。通過對球幕實(shí)像視景系統(tǒng)的深入研究分析，科學(xué)設(shè)計(jì)制定模擬器的視景要求，研究成像球幕結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)研究，并且要滿足成像的總體需要，設(shè)計(jì)更為簡單的流程，提高性價(jià)比。重點(diǎn)從輕量化的視景系統(tǒng)入手，為提高飛行的模擬程度和訓(xùn)練效果做出積極貢獻(xiàn)。

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