電磁式操縱負(fù)荷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：提出了一種新型的飛行模擬器操縱負(fù)荷仿真系統(tǒng)。依據(jù)電磁學(xué)的有關(guān)知識研制了電磁作動筒，并將電磁作動筒作為飛行模擬器操縱負(fù)荷仿真系統(tǒng)的力伺服系統(tǒng)，構(gòu)成了電磁式力伺服加栽方式的飛機(jī)縱向操縱負(fù)荷仿真系統(tǒng)。試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果和實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)具有仿真精度高、快速性好等特點(diǎn)，負(fù)載力模型和參數(shù)易于修改，可適應(yīng)不同仿真對象和不同工作模式下負(fù)載力特性變化的要求，能廣泛地應(yīng)用于飛行模擬器的操縱力負(fù)荷仿真系統(tǒng)中。該方法還可用于飛機(jī)橫向操縱負(fù)載力及腳蹬力的仿真。
關(guān)鍵詞：操縱負(fù)荷系統(tǒng)；模型負(fù)栽力；電磁作動筒；飛行模擬器

0 引言
飛行模擬器操縱負(fù)荷系統(tǒng)是向飛行員提供操縱力的操縱負(fù)荷仿真系統(tǒng)，用于仿真飛機(jī)縱向駕駛桿力、橫向駕駛桿力和腳蹬力。目前，國內(nèi)外大型的飛行模擬器操縱負(fù)荷仿真系統(tǒng)都采用力伺服系統(tǒng)加載的仿真方法，力伺服系統(tǒng)加載既可以采用液壓式，又可以采用電動式。液壓力伺服系統(tǒng)雖然功率大、快速性好、精度高，但系統(tǒng)復(fù)雜、成本高、維護(hù)工作量大；電動式力伺服系統(tǒng)主要使用力矩電機(jī)產(chǎn)生負(fù)載力，具有成本低、易于維護(hù)、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為一種操縱負(fù)荷仿真系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。
本文以某型教練機(jī)為例，提出了一種新型的電磁式力伺服加載的飛行模擬器操縱負(fù)荷仿真系統(tǒng)。依據(jù)負(fù)載力的數(shù)學(xué)模型，利用電磁式力伺服系統(tǒng)加載技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)操縱負(fù)荷系統(tǒng)縱向駕駛桿力的仿真。

1 負(fù)載力數(shù)學(xué)模型
電磁式操縱負(fù)荷系統(tǒng)是人在回路仿真系統(tǒng)中的負(fù)載模擬裝置，要完成對飛行員十分敏感的駕駛桿力、腳蹬力的仿真。正確建立飛行中飛行員握點(diǎn)處負(fù)載力的模型是十分關(guān)鍵的。以飛行員直接操縱舵面為例，縱向負(fù)載力不僅與桿的位移有關(guān)，而且還與桿的運(yùn)動狀態(tài)及飛機(jī)的運(yùn)動狀態(tài)有關(guān)，飛行員感受到的負(fù)載力主要由氣動力、慣性力、庫侖摩擦力、粘性摩擦力、彈簧力等組成，其中氣動力是飛行員在握點(diǎn)處感受到的主要載荷力。總負(fù)載力可表示為：

圖1為某型教練機(jī)的桿力位移曲線。

操縱負(fù)荷系統(tǒng)計(jì)算機(jī)要能實(shí)時地計(jì)算出操縱駕駛桿時的模型負(fù)載力，給操縱者提供逼真的力感覺，使飛行員在飛行模擬器駕駛桿握點(diǎn)處能感受到像在真正駕駛某型教練機(jī)時所具有的力感，即桿力隨位移的變化規(guī)律應(yīng)與圖1所示某型教練機(jī)桿力桿位移曲線一致，從而訓(xùn)練飛行員能根據(jù)力感大小，判斷飛機(jī)的操縱性、穩(wěn)定性，并能正確把握操縱量的大小范圍。