[发明专利]基于离心机的飞行模拟器

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背景技术

飞行模拟器被军队和民航领域用作对实际飞行时间的低成本替换方式，允许飞行员获得宝贵的飞行经验。

虽然在飞行模拟中使用许多装置，但是所有这些装置都能够被分为无运动和运动训练机。

在运动训练机的范畴内，最普遍已知的装置被称为斯图尔特平台(Stewart Platform)、六自由度(DoF)平台(“DoF”，在本领域中发音为“doff”，意思是“自由度”)、或六足(hexapod)平台。六个自由度是俯仰、滚转、偏航、垂荡、横移和纵移。这种平台是一种运动提示装置，因为这种平台给予飞行员最初的爬升或俯冲效果，但是由于限制，不能复制完整的飞行包线。

另一种运动训练机是连续G装置(CGD)，该装置通常具有俯仰、滚转和偏航自由度以及行星运动，因此称为连续G装置。CGD本质上是基于离心机的模拟器。

近年来，六自由度平台已经变为标准，并且是下列民航管理机构的所谓D水平飞行模拟器标准必需的，诸如美国联邦航空管理局(FAA)和欧洲航空安全局(EASA)。这种基于平台的固定训练机以高分辨率、宽视野视觉显示的飞行场景，向受训人提供处于飞机驾驶舱内的经验。这些模拟器也试图通过使用位于模拟器平台之下的活塞驱动运动系统，复制运动提示。活塞将模拟器的平台定位为不同角度，该不同角度通常被限制在运动范围内。例如，这些模拟器不能使它们自身的角度超过+/-45度俯仰，或者+/-45度滚转。它们也不具有产生正或负G力，以使受训人颠倒，或者在受训人身上施加生理应力的能力。

因此，这种基于六自由度平台的固定模拟器的主要缺点在于，它们不能复制完全360度的飞行运动范围，也不能在飞行员身上施加重(G)力。

不幸的是，民航中失去对飞机的控制导致的大多数事故——有时称为飞机“失控”，都涉及处于正常飞行包线之外的飞机状态，诸如超过25度升起的俯仰姿态；超过10度俯冲的俯仰姿态；超过45度的倾斜角；以及在机组成员身上施加的更大G力。正是与更大重力结合的这些飞机运动，其通常在真实世界的飞行状态期间，导致飞行员前庭定向力障碍和有触觉应力。

因而，即使飞行员学习了从失控情况，诸如从飞机的失控状态恢复的正确程序，仅在基于六自由度平台的固定模拟器上训练的飞行员也可能不能在现实世界中的飞机上正确地执行控制，因为他或她未准备在遇到飞行员在实际飞行中通常经历的生理应力、外部力和定向力障碍影响时正确地响应；在正常飞行包线外的飞行状态下尤其如此。

另一方面，基于离心机的模拟器通常能够向受训人提供基于六自由度平台的固定模拟器的所有益处，并且也能够通过使用行星运动，复制与实际提升G力结合的全多轴运动(对于俯仰、滚转或偏航)。因而，基于离心机的模拟器能够解决基于平台的固定模拟器不能复制的不足，诸如在飞行员身上布置提升G力，以及生理应力，同时允许飞行员也经历结合实际飞行的不受约束的多轴运动。这允许飞行员受训练，以应对日常飞行期间，以及正常飞行包线外的飞行状态下的生理应力。

发明内容

虽然基于离心机的模拟器优于活塞驱动的固定模拟器，因为它们允许复制现实G力和全运动自由度，但是传统的离心机模拟器保持行星运动的恒定常态，在模拟器的整个运行期间持续旋转。

基于离心机的模拟器中的行星运动的恒定常态能够在受训人体内产生飞行员在实际飞行中将不经历的生理挑战和人为现象。这些挑战能够包括运动不适、疲劳、定向力障碍、视觉干扰和其它负面的运动错觉。换句话说，传统离心机模拟器的恒定行星运动能够导致对受训人产生负面生理影响，该负面生理影响超过了实际飞行导致的预期的实际影响。

本文所述的各种实施例解决了传统的基于离心机的模拟器中的恒定行星运动导致的挑战。

在一个示例中，用于控制模拟器的控制器以若干不同模式中的至少一种运行：加强G力模式；正常G力模式；和加强G力模式与正常G力模式之间的过渡模式(即斜升和斜降模式)。

当以加强G力模式运行时，控制器指令模拟器通过使模拟器以多个旋转速度旋转，复制多个第一飞行状态，在模拟器的运行期间，该多个旋转速度在受训人身上物理地施加大于约一(1)G的G力。

当以正常G力模式运行时，控制器指令模拟器通过完全停止模拟器的旋转，或者使模拟器以第二、较小旋转速度旋转，复制第二飞行状态，在模拟器的运行期间，该第二、较小旋转速度在受训人身上物理地施加不大于约一(1)G的G力。

并且当以过渡运行模式(即，斜升或斜降模式)运行时，飞行模拟器在加强G力运行模式和正常G力运行模式之间过渡，反之亦然。