直升機飛行模擬器球幕結構輕量化設計研究

王錚 車勇 趙鵬

摘? 要：飛行模擬器能夠影響直升機的設計、訓練、安全等多項內容，能夠為飛行員的培養提供重要依據。飛行模擬器能夠全面展現真實的視覺狀況，直觀反映飛行員需要掌握的現場視覺環境，為了應對工作時經常出現的外力限制，需要對這項總體質量進行管理。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，使其結構變得更輕，符合使用要求，為結構的改進做出重要貢獻。

關鍵詞：直升機? 飛行模擬器? 球幕結構? 輕量化

中圖分類號：TM75 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：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對直升機的各項指標提供重要參考。飛行模擬器的關鍵部分視景系統能為飛行員提供真實的視覺環境，為飛行員呈現出一個與模擬視覺環境相互交流的承載系統。只有擁有良好的視景系統才能為模擬器訓練提供保證。球幕的主要作用是實現視景系統的成像功能，加強對球幕結構的輕量化設計實現模擬器高效運轉。

1? 飛行模擬器的球幕設計指標要求

直升機承擔著重要的運輸任務，其安全性至關重要。在研發的過程中，應該充分利用飛行模擬器開展大量的實驗，進行各項數據的測定，這樣才能準確評價各項機型的運行指標。其中飛行模擬器與發動機、實驗臺和實驗設備共同稱為飛機的實驗基礎設備。在實驗過程中應該充分利用飛行模擬器的優勢，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轉才能滿足飛行要求，保證飛行需要。通常情況下按成像方式進行區分，飛行模擬器的成像系統分為實像視景和虛像視景這兩類。其中實像視景按照結構分為柱幕實像和球幕實像這兩種顯示系統，球幕實像視景在實際中應用更為廣泛，能夠為飛行員帶來較好的視覺感受，并且生產工藝較為簡單、成本造價更低受到市場的歡迎。虛像視景在負壓屏幕上能夠呈現正立放大的虛像，這樣就能滿足成像逼真的特點，但由于其系統結構相對比較繁雜不能滿足實際要求，不能很好地適應直升機飛行模擬器的使用。在實現大視場角的顯示系統中有兩種系統能夠滿足需要，分別是球幕系統和多板塊系統，但在實際性能比較過程中，板塊之間經常會出現接縫，就會導致成像問題的出現，并且屏幕的造價過高。直升機飛行模擬器在選擇過程中，會綜合考慮球幕與其他系統之間的連接問題，這樣就應該選擇實像球形屏幕作為飛行模擬器的組成部分。

1.2 投影機的選用

虛擬景物的產生主要依靠投影機，這就說明投影機的選擇十分關鍵。在實際操作中，投影機的數量直接影響整體工程造價，選擇合適的投影機成為焦點。當前市場上的投影機品種較多，但缺乏適用于直升飛機的品種，這對投影機的要求更高，飛行模擬器的顯示系統會選擇投影面積和距離更大的品種，保證投影機的選擇滿足各項要求。

2? 飛行模擬器的球幕結構要求

飛行模擬器的球幕結構選擇要滿足運動平臺的需求，特別是在總體的重量和慣量方面的需要。對視景系統的要求在于各項指標條件符合的情況下，盡量壓縮結構質量，該文對視景系統進行輕量化設計，采用比強度、比剛度好的復合材料結構，充分考慮制造極限，減少裝配工作量，從而使視景系統滿足模擬器設計的重量及慣量要求。

2.1 成像球幕技術要求

在結構設計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，擔負重要的成像功能;支撐球幕主要承擔支撐工作為投影機的安裝提供條件;在成像工作時上頂蓋不參與工作，而是起到遮光的作用。下面對幾種結構進行介紹分析，前球幕的主要功能是成像，在這個區域會分為6塊部分，分別標為①～⑥號，在球幕的周邊會設置一定高度的翻邊用于安裝結構使用，還要在分球幕之間的翻邊安裝螺母并用螺栓進行加固。這樣就可以使前球幕的頂部與螺栓、螺母進行連接，保證兩側與托板螺母和支撐球幕的連接，這樣完成相關的材料連接，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該選擇用紙蜂窩夾層結構。后球幕也是成像的關鍵區域，分別為后球幕一、二和三組成，這樣的結構設計能夠形成一個過渡區域，保證結構和效果，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，能夠為作用整體的球幕承擔一定的結構作用。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。這樣的結構特點就是與前球幕結構比較相近，上頂蓋的四周都會安裝緊固件，這樣才能保證效果，使上頂蓋與其他結構形成一個連體結構。

2.2 球幕的結構安裝要求

球幕結構的安裝主要是為了能夠為球幕提供一個與底部運動平臺相接的安裝口。這樣使得球幕組件的安裝體能夠變為由4種材料組成的整體，分為是機加盒形件其中數量為2個，安裝板、錐形件和機加角材其中該數量為4個，需要注意的是，安裝板與機加角材進行鉚接之后要與錐形件進行緊密連接，保證對接螺栓的嚴謹。使用螺釘與球幕中的零件進行相連，使球幕組件的安裝結構更加堅固。

2.3 使用的遮光結構要求

該設計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的效果，防止出現干擾現象。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行連接加固。這樣才能保證飛行模擬器球幕結構的質量要求，盡量降低總重量，使用新型材料能夠減少質量的一半以上，通過運用模擬器的運動平臺符合實際要求，減少成本消耗，增加經濟效益。

3? 相關結構強度設計要求

對于球幕組件的模型一般都有嚴格規定，應該采用Hypermesh軟件系統實施嚴格的優化組成，這樣通過導入手段實現軟件的升級，保證球幕的整體應力和設計要求完全符合變形要求，應該使應力最大點處于上后球幕與左后球幕、右后球幕的接觸點位置。這樣才能保證實際應用狀況球幕與后房體構成一個封閉結構，對球幕結構起到重要的支撐效果，對這些結構的改革最大限度滿足整體要求。

4? 結語

加強直升機飛行模擬器的實驗設計要求，就是為了滿足設計飛行需要。通過對球幕實像視景系統的深入研究分析，科學設計制定模擬器的視景要求，研究成像球幕結構的輕量化設計研究，并且要滿足成像的總體需要，設計更為簡單的流程，提高性價比。重點從輕量化的視景系統入手，為提高飛行的模擬程度和訓練效果做出積極貢獻。

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