直升机飞行模拟器球幕结构轻量化设计研究

王铮 车勇 赵鹏

摘  要：飞行模拟器能够影响直升机的设计、训练、安全等多项内容，能够为飞行员的培养提供重要依据。飞行模拟器能够全面展现真实的视觉状况，直观反映飞行员需要掌握的现场视觉环境，为了应对工作时经常出现的外力限制，需要对这项总体质量进行管理。球幕是飞行模拟器的重要组成部件，在提高成像程度的前提下，使其结构变得更轻，符合使用要求，为结构的改进做出重要贡献。

关键词：直升机  飞行模拟器  球幕结构  轻量化

中图分类号：TM75           文献标识码：A 文章编号：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

使用飞行模拟器能够对直升机的各项指标提供重要参考。飞行模拟器的关键部分视景系统能为飞行员提供真实的视觉环境，为飞行员呈现出一个与模拟视觉环境相互交流的承载系统。只有拥有良好的视景系统才能为模拟器训练提供保证。球幕的主要作用是实现视景系统的成像功能，加强对球幕结构的轻量化设计实现模拟器高效运转。

1  飞行模拟器的球幕设计指标要求

直升机承担着重要的运输任务，其安全性至关重要。在研发的过程中，应该充分利用飞行模拟器开展大量的实验，进行各项数据的测定，这样才能準确评价各项机型的运行指标。其中飞行模拟器与发动机、实验台和实验设备共同称为飞机的实验基础设备。在实验过程中应该充分利用飞行模拟器的优势，才能满足工作的需要。

1.1 飞行模拟器的显示屏幕要求

飞行模拟器的显示屏幕是最为重要的零件之一，只有显示屏幕的正常运转才能满足飞行要求，保证飞行需要。通常情况下按成像方式进行区分，飞行模拟器的成像系统分为实像视景和虚像视景这两类。其中实像视景按照结构分为柱幕实像和球幕实像这两种显示系统，球幕实像视景在实际中应用更为广泛，能够为飞行员带来较好的视觉感受，并且生产工艺较为简单、成本造价更低受到市场的欢迎。虚像视景在负压屏幕上能够呈现正立放大的虚像，这样就能满足成像逼真的特点，但由于其系统结构相对比较繁杂不能满足实际要求，不能很好地适应直升机飞行模拟器的使用。在实现大视场角的显示系统中有两种系统能够满足需要，分别是球幕系统和多板块系统，但在实际性能比较过程中，板块之间经常会出现接缝，就会导致成像问题的出现，并且屏幕的造价过高。直升机飞行模拟器在选择过程中，会综合考虑球幕与其他系统之间的连接问题，这样就应该选择实像球形屏幕作为飞行模拟器的组成部分。

1.2 投影机的选用

虚拟景物的产生主要依靠投影机，这就说明投影机的选择十分关键。在实际操作中，投影机的数量直接影响整体工程造价，选择合适的投影机成为焦点。当前市场上的投影机品种较多，但缺乏适用于直升飞机的品种，这对投影机的要求更高，飞行模拟器的显示系统会选择投影面积和距离更大的品种，保证投影机的选择满足各项要求。

2  飞行模拟器的球幕结构要求

飞行模拟器的球幕结构选择要满足运动平台的需求，特别是在总体的重量和惯量方面的需要。对视景系统的要求在于各项指标条件符合的情况下，尽量压缩结构质量，该文对视景系统进行轻量化设计，采用比强度、比刚度好的复合材料结构，充分考虑制造极限，减少装配工作量，从而使视景系统满足模拟器设计的重量及惯量要求。

2.1 成像球幕技术要求

在结构设计方面成像球幕主要分为5个方面，分别为前、后球幕、支撑球幕、上顶盖和安装组成。在这些组成部分中，前、后球幕是主成像区，担负重要的成像功能;支撑球幕主要承担支撑工作为投影机的安装提供条件;在成像工作时上顶盖不参与工作，而是起到遮光的作用。下面对几种结构进行介绍分析，前球幕的主要功能是成像，在这个区域会分为6块部分，分别标为①～⑥号，在球幕的周边会设置一定高度的翻边用于安装结构使用，还要在分球幕之间的翻边安装螺母并用螺栓进行加固。这样就可以使前球幕的顶部与螺栓、螺母进行连接，保证两侧与托板螺母和支撑球幕的连接，这样完成相关的材料连接，保证螺栓与螺母和遮光角材的安装。还要注意的是球幕材料应该选择用纸蜂窝夹层结构。后球幕也是成像的关键区域，分别为后球幕一、二和三组成，这样的结构设计能够形成一个过渡区域，保证结构和效果，后球幕与螺栓、螺母、支撑球幕和后房体形成一个连接体。支撑球幕起到成像和平台的支持作用，能够为作用整体的球幕承担一定的结构作用。还有上顶盖的部分作用是便于形成一个封闭的整体，这样能够保证不漏光，为成像提供保证，但不参与其成像。这样的结构特点就是与前球幕结构比较相近，上顶盖的四周都会安装紧固件，这样才能保证效果，使上顶盖与其他结构形成一个连体结构。

2.2 球幕的结构安装要求

球幕结构的安装主要是为了能够为球幕提供一个与底部运动平台相接的安装口。这样使得球幕组件的安装体能够变为由4种材料组成的整体，分为是机加盒形件其中数量为2个，安装板、锥形件和机加角材其中该数量为4个，需要注意的是，安装板与机加角材进行铆接之后要与锥形件进行紧密连接，保证对接螺栓的严谨。使用螺钉与球幕中的零件进行相连，使球幕组件的安装结构更加坚固。

2.3 使用的遮光结构要求

该设计要求要保证遮光角材能够彻底遮挡外部光线，这样才能保证视景系统的效果，防止出现干扰现象。使用的遮光角材通常都是钣金件，使用螺栓和板螺母把前球幕底平台进行连接加固。这样才能保证飞行模拟器球幕结构的质量要求，尽量降低总重量，使用新型材料能够减少质量的一半以上，通过运用模拟器的运动平台符合实际要求，减少成本消耗，增加经济效益。

3  相关结构强度设计要求

对于球幕组件的模型一般都有严格规定，应该采用Hypermesh軟件系统实施严格的优化组成，这样通过导入手段实现软件的升级，保证球幕的整体应力和设计要求完全符合变形要求，应该使应力最大点处于上后球幕与左后球幕、右后球幕的接触点位置。这样才能保证实际应用状况球幕与后房体构成一个封闭结构，对球幕结构起到重要的支撑效果，对这些结构的改革最大限度满足整体要求。

4  结语

加强直升机飞行模拟器的实验设计要求，就是为了满足设计飞行需要。通过对球幕实像视景系统的深入研究分析，科学设计制定模拟器的视景要求，研究成像球幕结构的轻量化设计研究，并且要满足成像的总体需要，设计更为简单的流程，提高性价比。重点从轻量化的视景系统入手，为提高飞行的模拟程度和训练效果做出积极贡献。

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