一種飛機綜合程序訓練裝置以及油門杆裝置的製作方法

2023-05-03 18:53:36 1

專利名稱：一種飛機綜合程序訓練裝置以及油門杆裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及航天領域，具體地，涉及一種飛機綜合程序訓練裝置以及用於飛機綜合程序訓練裝置的油門杆裝置。
背景技術：
飛行訓練器(Flight Training Device，FTD)，從廣義上來說，就是用來模擬飛行器飛行的且用於飛行訓練的機器。如模擬飛機、太空梭、宇宙飛船等飛行的裝置，用來訓練飛行員、航天員、太空人。從狹義上來說，這是一種結構比較簡單、功能較少的小型飛行模擬裝置，是飛行模擬器中比較低檔的一類，可用來進行某些系統的專門訓練和一般的飛行訓練。例如，僅能夠模擬儀表飛行的模擬裝置，稱為儀表飛行訓練器；能夠模擬轟炸機領航轟炸的模擬裝置，稱為領航轟炸訓練器。
飛機綜合程序訓練器(Integrated Procedure Trainer, IPT),是用於飛行員進行飛行程序訓練的飛行訓練設備。通過對飛機駕駛艙的必要設備進行充分的仿真(例如包括遮光罩、主儀錶板、中央操縱臺等)，安裝正確的飛機駕駛艙空間布局和比例，將駕駛艙各個面板分配到多個例如觸控螢幕或者其他形式的模擬裝置上。在飛行訓練中，IPT是必不可少的飛行訓練設備，其仿真度較高，並且相對於FTD和全動模擬機(FFS)，其研發製造成本較低，並且硬體、配件的要求低，所佔空間小、維護簡單。同時，飛行員通過IPT訓練後，能夠熟悉飛機駕駛艙的布局和各個系統面板的功能，熟練掌握飛機的正常操作程序，培養飛行員處理非正常情況的意識，從而減少在FFS上這方面的訓練時間，極大的減少了飛行員的訓練成本。發明內容
根據本發明的第一方面，提出了一種飛機綜合程序訓練裝置，包括以下部分:教員臺裝置，用於輸入所述綜合訓練的教學計劃；人機界面裝置，用於根據飛機的工作邏輯來模擬所述飛機駕駛艙內面板和設備，其中所述人機界面裝置具有油門杆裝置；仿真裝置，用於模擬所述飛機飛行的外部環境以及所述飛機的內部系統；視景裝置，用於根據所述飛機的動態數據實時地渲染座艙外的場景；動態原理圖裝置，用於動態顯示所述飛機的各個系統的原理圖和框圖。
其中，所述飛機綜合程序訓練裝置具有視景裝置，其優點在於，飛行員在訓練中通過視景裝置能真實的感覺到飛機姿態、跑道情況、外界氣象條件等，加強了飛行員的直觀感受。另外，所述飛機綜合程序訓練裝置不僅可以用於飛行機組的訓練，且可用於機務培訓。機務人員可以使用所述飛機綜合程序訓練裝置進行飛機各系統的排除故障訓練，從而節約機務學員的訓練時間和成本，提高訓練效率。
根據本發明的第二方面，提出了一種用於飛機綜合程序訓練裝置的油門杆裝置，包括:油門手柄，用於輸入油門操作命令；信號發生裝置，用於將所述輸入的油門操作命令轉換為模擬電信號；模擬/數字轉換裝置，用於將所述模擬信號轉換為數位訊號；信號處理裝置，用於處理所述數位訊號；信號輸出裝置，用於將所述信號處理裝置處理後的信號輸出。油門杆在飛機的起飛和著陸過程中頻繁使用，在飛機綜合程序訓練裝置的應用中，業界普遍做法是通過軟體模擬進行操作，訓練效果不是很理想。為此，用於飛機綜合程序訓練裝置的油門杆裝置的優點在於，提高了飛機綜合程序訓練裝置的操作性，增強了飛行訓練的效果。


根據以下結合附圖對本發明非限制實施例的詳細描述，本發明的以上和其他目的、特徵和優點將變得更加清楚，其中:
圖1示出了根據本發明實施例的用於ARJ21-700型飛機的綜合程序訓練裝置框圖2示出了根據本發明實施例的用於ARJ21-700型飛機綜合程序訓練裝置的油門杆裝置框附圖中相同或者相似的附圖標識代表相同或者相似的部件。
具體實施方式
儘管下面的文本闡述了本發明的各種不同實施方式的詳細描述，但是應當理解至IJ，本發明的法律範圍由本專利所附的權利要求的文字來界定。詳細描述應當被解釋為僅是示範性的，並非描述本發明的每種可能的實施方式，因為描述每種可能的實施方式，即使有可能，也是不切實際的。利用當前技術或在本專利申請日之後研發的技術，能夠實現各種可替換的實施方式，這仍將落入界定本發明的權利要求的範圍內。
圖1示出了根據本發明實施例的用於ARJ21-700型飛機的綜合程序訓練裝置10的框圖。如圖所示，該綜合程序訓練裝置10包括:教員臺裝置101，用於輸入ARJ21-700型飛機的綜合訓練的教學計劃；人機界面裝置102，用於根據ARJ21-700型飛機的工作邏輯來模擬該飛機駕駛艙內面板和設備，其中該人機界面裝置102具有油門杆裝置；仿真裝置103，用於模擬ARJ21-700型飛機的飛機飛行的外部環境以及該飛機的內部系統；視景裝置，用於根據ARJ21-700型飛機的動態數據實時地渲染座艙外的場景；動態原理圖裝置，用於動態顯示該ARJ21-700型飛機的各個系統的原理圖和框圖。
具體地，教員臺裝置101實現了對該綜合程序訓練裝置10進行各種設置的人機接口，教員可以用它設置教學過程中所需要的飛行狀態或飛行階段，包括設置狀態和參數、故障設置、顯示狀態和參數、圖形顯示、飛行狀態和參數的凍結等功能。具體來說，比如凍結功能可以分為五類:位置凍結，本功能可以凍結飛機的水平位置(經度/緯度)，而飛機的高度、速度、航向等其他功能並不受影響；高度凍結，本功能將凍結飛機的高度，而飛機的位置、速度、航向等其他功能並不受影響；燃油凍結，本功能將凍結飛機的燃油，即油量不再消耗，飛機和燃油總重量不再減少，而其他功能並不受影響；飛行凍結，本功能將凍結飛機的飛行，即凍結飛機的位置(經度/緯度)、高度、速度、航向將被凍結，但飛機燃油仍在消耗，而其他功能並不受影響；以及總凍結，本功能能夠在任何情況下將飛機操控凍結，而此時不能進行任何的操作，除非凍結解除。
通過教員臺裝置101所進行的飛機狀態設置比如包括如下飛機狀態參數的設置，例如各郵箱中的燃油數量、燃油總重量、零燃油重量、飛機總重量、重心等等。外部環境設置例如包括風速、世界協調時(UTC)，溫度、海平面氣壓(QNH)、場壓(QFE)。還可以包括故障設置，諸如包括故障列表，通過選擇列表中的故障進行設置，還包括觸發狀態的選擇，可以設置故障觸發的條件，即立即觸發、在設定的空速觸發、在設定的壓力高度觸發、在設定的飛行階段觸發等等。當然，還有很多教學計劃中所包括的設定，不一一贅述。
根據本實施例的人機界面裝置102根據ARJ21-700飛機真實駕駛艙內各面板和設備的工作邏輯，實現駕駛艙效應的輸入控制和輸出顯示。具體地，人機界面裝置102的各個部件對ARJ21-700飛機的駕駛艙部分進行了充分的仿真，其與真實的ARJ21-700飛機的駕駛艙部分一致，具有正確的駕駛艙效應。該人機界面裝置102主要包括頭頂板、遮光罩、主儀錶板和中央操作臺。其中油門杆的功能由仿真件實現，這些仿真件備份有觸摸式的二維圖形形式，以備仿真件失效。在根據本實施例的人機界面裝置102中涉及到通信系統、氣象雷達、氧氣系統、以及飛行數據記錄儀、駕駛艙照明駕駛艙呼叫等都不進行功能仿真，而只是用圖片顯示器位置和形狀，而駕駛盤和腳蹬則用二維圖形實現其基本的操縱檢查功能。
根據本實施例的仿真裝置103根據ARJ21-700飛機系統手冊和工程數據包，實現了大氣模型、空氣動力學模型、空調系統、自動飛行系統、電源系統、防火系統、飛行控制系統、燃油系統、液壓系統、防冰系統、指示記錄系統、起落架系統、照明系統、導航系統、氣源系統、中央維護系統、APU系統、艙門系統、發動機系統的仿真。
根據本實施例的視景裝置104根據飛機的動態數據實時快速的渲染座艙外的場景，真實地再現機場情況和周圍的環境，同時模擬不同訓練條件下的飛行氣象環境。其中，其渲染的場景包括飛機姿態、跑道情況以及外界氣象情況。視景裝置104通過接收部分接收飛機視點位置和姿態信息，實時生成視景圖像，通過顯示部分為飛行提供逼真的艙外模擬景象，以判斷飛機的姿態、位置、氣象條件、地面及空中目標等情況，並可判斷飛行的真實高度和空速。在本實施例中，主要包括北京和昆明兩個機場的視景。
根據本實施例的動態原理圖裝置105實現了 ARJ21-700飛機各個系統原理圖和框圖的動態顯示，展示系統工作特性，為學員提供一種直觀生動的了解飛機系統實際工作的方式，以加深對飛機運行和操縱的理解。
圖2示出了根據本發明實施例的用於ARJ21-700型飛機綜合程序訓練裝置的油門杆裝置20的框圖。如圖所示，該油門杆裝置20包括油門手柄201、信號發生裝置202、模擬/數字轉換裝置203、信號處理裝置204以及信號輸出裝置205。其中，油門手柄201用於由訓練學員輸入油門操作命令；信號發生裝置202用於將所述輸入的油門操作命令轉換為模擬電信號；模擬/數字轉換裝置203用於將所述模擬信號轉換為數位訊號；信號處理裝置204用於處理所述數位訊號；信號輸出裝置205用於將所述信號處理裝置處理後的信號輸出。
具體地，該油門杆裝置20屬於機械電子一體化裝置，其首先包括機械部分，即油門手柄201，其具有一系列的機械傳動結構和彈性負荷，用於模擬飛機油門手柄的功能，即通過油門操作命令產生機械信號。其中，在本實施例中，油門手柄201的外部輪廓尺寸、基本動作過程和力矩參數等均根據ARJ21-700飛機油門杆的數據資料確定。依據實際要求，在機械結構中，採用導槽結構來限制手柄的運動軌跡，採用齒輪盤結構來實現手柄與信號發生裝置202的聯動，採用阻尼盒結構來提供手柄運動過程中必要的阻尼力矩要求，採用彈簧結構來實現反推解鎖手柄的提起和滑落，以實現最大反推位-最小反推位的自動回彈。
其次，油門杆裝置20也具有電氣部分，即信號發生裝置202、模擬/數字轉換裝置203、信號處理裝置204以及信號輸出裝置205，用於實現油門杆裝置20的數據採集及處理。
具體地，根據油門杆裝置20的數據採集需要，採用高精度的旋轉電位器作為信號發生裝置202，同時採用可靠的防脫落接頭作為電氣接口。油門手柄201的軸與作為信號發生裝置202的旋轉電位器的軸之間通過齒輪盤結構進行無間隙連接，通過設置齒輪盤的減速比使電位器的旋轉角度保持在270°左右，這樣就可以保證旋轉電位器的輸出範圍最大，從而提高採集數據量。
在操作過程中，由油門手柄所產生的機械信號通過旋轉電位器轉換為模擬信號，需要轉換為數位訊號才能夠進行處理。通過旋轉電位器所轉換出的模擬信號通過電氣接口進入模擬/數字轉換裝置203，並在此轉換為數位訊號。隨後，該數位訊號進入信號處理裝置，其將模數轉換完畢的信號進行處理，即比較、整合。
最後，處理後的數位訊號進入信號輸出裝置205。在此，規範了數據的輸出格式，同時操作CAN總線進行數據交互。
油門杆20的數據是通過信號輸出裝置205經由CAN總線輸出到相關的上位處理裝置進行處理的。由於使用的模擬/數字轉換裝置203，即A/D轉換晶片速率高，程序處理環節短，使得油門杆的信號從產生到傳輸給相關上位處理裝置只需要0.6ms左右的周期，極大的減少了相關上位處理獲取信號的延遲時間，保證了設備的可靠運行。
儘管在附圖和前述的描述中詳細闡明和描述了本發明，應認為該闡明和描述是說明性的和示例性的，而不是限制性的；本發明不限於所上述實施方式。
那些本技術領域的一般技術人員可以通過研究說明書、公開的內容及附圖和所附的權利要求書，理解和實施對披露的實施方式的其他改變。在權利要求中，措詞「包括」不排除其他的元素和步驟，並且措辭「一」、「一個」不排除複數。在發明的實際應用中，一個零件可能執行權利要求中所引用的多個技術特徵的功能。權利要求中的任何附圖標記不應理解為對範圍的限制。
權利要求
1.一種飛機綜合程序訓練裝置，包括以下部分: -教員臺裝置，用於輸入所述綜合訓練的教學計劃； -人機界面裝置，用於根據飛機的工作邏輯來模擬所述飛機駕駛艙內面板和設備，其中所述人機界面裝置具有油門杆裝置； -仿真裝置，用於模擬所述飛機飛行的外部環境以及所述飛機的內部系統； -視景裝置，用於根據所述飛機的動態數據實時地渲染座艙外的場景； -動態原理圖裝置，用於動態顯示所述飛機的各個系統的原理圖和框圖。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述輸入所述綜合訓練的教學計劃包括設置所述飛機的狀態和參數、設置故障、顯示狀態和參數、顯示圖形、凍結飛行狀態和參數。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述視景裝置所渲染的所述座艙外的場景包括所述飛機姿態、跑道情況以及外界氣象情況。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述仿真裝置所模擬的所述外部環境包括大氣模型和空氣動力學模型。
5.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述視景裝置接收所述飛機的視點位置和姿態信息，實時地生成視景圖像。
6.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述飛機為ARJ21-700型飛機。
7.一種用於飛機綜合程序訓練裝置的油門杆裝置，包括: -油門手柄，用於輸入油門操作命令； -信號發生裝置，用於將所述輸入的油門操作命令轉換為模擬電信號； -模擬/數字轉換裝置，用於將所述模擬信號轉換為數位訊號； -信號處理裝置，用於處理所述數位訊號； -信號輸出裝置，用於將所述信號處理裝置處理後的信號輸出。
8.根據權利要求6所述的油門杆裝置，其特徵在於，所述信號發生裝置為旋轉電位器。
9.根據權利要求6所述的油門杆裝置，其特徵在於，採用齒輪盤結構實現所述手柄與所述信號發生器的聯動。
10.根據權利要求6所述的油門杆裝置，其特徵在於，所述飛機為ARJ21-700型飛機。
全文摘要
本發明涉及一種飛機綜合程序訓練裝置，包括以下部分教員臺裝置，用於輸入所述綜合訓練的教學計劃；人機界面裝置，用於根據飛機的工作邏輯來模擬所述飛機駕駛艙內面板和設備，其中所述人機界面裝置具有油門杆裝置；仿真裝置，用於模擬所述飛機飛行的外部環境以及所述飛機的內部系統；視景裝置，用於根據所述飛機的動態數據實時地渲染座艙外的場景；動態原理圖裝置，用於動態顯示所述飛機的各個系統的原理圖和框圖。飛行員在訓練中通過飛機綜合程序訓練裝置的視景裝置能真實的感覺到飛機姿態、跑道情況、外界氣象條件等，加強了飛行員的直觀感受。
文檔編號G09B9/28GK103136979SQ20111038849
公開日2013年6月5日 申請日期2011年11月29日 優先權日2011年11月29日
發明者王震威, 吳波, 寧麗萍, 馮曉旦, 李發生, 陸曉華, 高雲 申請人:中國商用飛機有限責任公司, 上海飛機客戶服務有限公司