一种风向可调节的模拟帆船驾驶训练用模拟风力系统

本发明属于帆船模拟训练领域，尤其涉及一种风向可调节的模拟帆船驾驶训练用模拟风力系统。

背景技术：

1、帆船运动是一项水上运动项目。运动员操作风帆与舵柄等设备，利用自然风力使帆船前进，在行驶的过程中，充分利用风力、水力的影响，并通过运动员的操作保持船体的平衡与前进运动。在对帆船运动进行驾驶模拟时，主要考虑三个方面，即分别对船帆、船舵和体重分配的控制。运动员通过拉动帆绳改变船帆的迎风面积和角度，为帆船航行提供航行动力，并在稳向板和运动员自身的体重分配作用下保持帆船的前进方向和船体的平衡。当自然风作用在风帆上时，会对风帆产生一个空气动力，这个空气动力会使帆船发生前进和漂移，同时在水流会在水下稳定板上产生一个水体动力，起到抗漂流和阻力的作用。从上往下看帆船时，当空气动力和水体动力在同一轴线时，船体将沿直线运动，否则，空气动力与水体动力将会产生一对力偶，使航向发生偏转。在不同风向的自然风的情况下，可能造成空气动力与水体动力不在同一轴线上，这就需要运动员转动风帆，改变迎风角度或者采用压弦的方式来保持船体直线运动。

2、中国专利cn202020660736.2公开了一种多角度体验式飞机模拟机舱，包括飞机、支撑架以及风机，飞机与支撑架连接，支撑架固定于地面，支撑架设有伸缩柱和摆动电机，伸缩柱和摆动电机均与地面液压装置连接，风机的中心与飞机的中端在同一竖直面；飞机包括驾驶舱、客舱以及跳伞舱，各个舱的控制系统相互独立，驾驶舱内的驾驶操作台采用全息技术，驾驶操作台包括客机、运输机以及直升机的操作模式，驾驶舱内的座椅设有5d功能，驾驶操作台前设有全景显示装置；客舱设有失重模式、客舱泄压模式、客舱过压模式、飞机颠簸模式以及客舱缺氧模式；跳伞舱内设有跳伞装备和风机控制终端，风机的总控室在地面，控制终端与总控室相互通讯。本实用新型体验方式全面，最大程度的还原飞机飞行的各种状态。

3、但现有技术中传统帆船运动的训练在水中进行，水上训练有一定的危险性，且对场地和天气有较苛刻要求。而对帆船运动进行驾驶模拟，使用的方法一般是对真帆船改造，结合运动视景仿真，让操作员在陆地上进行练习。由于水上与陆地环境的差异，模拟驾驶用船无法因为空气动力与水体动力产生力偶而发生转动反馈，并且操作员无法真切感受到风向风力，只能通过系统的提示了解信息，从而无法根据体感做出判断，与现实情况不符，影响操作员对自身驾驶状态和驾驶策略的判断。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明针对上述问题，保证在进行帆船驾驶模拟时，操作员能够感受到不同风向的来风，并且船体可以根据操作员的操作(转动风帆或压弦)给予实时的转动反馈，本发明提出了一种用于帆船驾驶训练的风向可调节的模拟风力系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案实现：一种用于帆船驾驶训练的风向可调节的模拟风力系统，系统包括固定框架10，环绕辅助风机装置20，转动底座装置30，主风机装置40，所述固定框架10设置在模拟船体周围，所述固定框架10上方设置有环绕辅助风机装置20，所述环绕辅助风机装置20用于产生辅助风力；所述转动底座装置30设置在模拟船体下方，所述转动底座装置30用于支撑和转动模拟船体；所述主风机装置40安装在所述固定框架10上和模拟船体的后方，所述主风机装置40用于产生和调节风力。

3、优选地，所述环绕辅助风机装置20包括轴流式风机201、步进电机202、联轴器203、滚动轴承204、连接板205、导轨外壳206、风机底座207、丝杠209、丝杠螺母210、连接块208；所述导轨外壳206通过所述连接板205固定在所述固定框架10上方，前端设置有突起导轨；所述风机底座207的后部设置有导轨凹槽，安装在所述导轨外壳206上，用于沿导轨轴向运动；所述轴流式风机201通过螺栓连接固定在所述风机底座207上；所述丝杠螺母210安装在所述丝杠209上，所述丝杠209安装在所述导轨外壳206内，用于将电机202圆周运动转换成直线运动；所述滚动轴承204安装在导轨外壳206两端，用于支撑丝杠209；所述步进电机202设置在所述固定框架10上；所述联轴器203设置在所述步进电机202和所述滚动轴承204之间；所述连接块208设置在所述风机底座207的中央，与所述丝杠螺母210螺栓连接，用于传递动力。

4、优选地，所述转动底座装置30包括固定底座303、伺服电机301、减速器302、转轴310、联轴器309、轴承支座312、圆锥滚子轴承316、圆锥齿轮318、转盘304、底板314、支柱305、推力球轴承318、深沟球轴承317、光电传感器306、传感器放置台307、控制硬件315；所述固定底座303设置在模拟船体的正下方，中间设有通孔，用于安装所述支柱305；所述伺服电机301设置在所述固定底座303上，用于为船体的转动提供动力；所述减速器302设置在所述固定底座303上；所述支柱305设置在固定底座303的中间，用于支撑模拟船体；所述转盘304设置在所述支柱305的上方，并通过所述推力球轴承318轴向定位，通过所述深沟球轴承317周向定位；所述转轴310设置在减速器302与转盘304之间，用于传递动力，并设置有轴肩用于轴向定位；所诉圆锥齿轮313分别设置在所述转盘304下侧和所述转轴310上，用于传递动力；所述圆锥滚子轴承316设置在所述转轴310和所述圆锥齿轮313之间；所述轴承支座312设置在圆锥滚子轴承316和固定底座303之间，用于支撑所述转轴310；所述底板314设置在所述转盘310上方，用于连接模拟船体；所述联轴器309分别设置在所述伺服电机301和所述减速器302之间以及所述减速器302与所述转轴310之间；所述传感器放置台307设置在所述固定底座303的前方和两侧，中间设置有凹槽，用于放置光电传感器306；所述光电传感器306设置在所述传感器放置台307的凹槽内，用于模拟船体的旋转角度限位检测；所述控制硬件315设置在所述固定底座303上，用于接受和传递数据并控制设备。

5、优选地，所述主风机装置40包括离心式风机外壳403、通风管道402、风力调节管道401、电动推杆404、连接肋板408、长连杆405、短连架杆406、挡风板411、挡风板杆407、联轴器412、三相异步电动机410、风机叶片409、右轴承端盖413、深沟球轴承414、转轴415、键416、轴承套筒417、左轴承端盖418；所述风力调节管道401的输出端安装在所述固定框架10上，上方设置有若干通孔，用于安装所述挡风板杆407；所述通风管道402安装在所述风力调节管道401的输入端；所述离心式风机安装在所述通风管道402的输入端；所述三相异步电动机410通过所述联轴器412与所述离心式风机相连接；所述连接肋板408安装在所述风力调节管道401的一侧，用于支撑所述电动推杆404；所述电动推杆404安装在所述连接肋板408上，推杆前端设置有椭圆通孔，用于连接长连杆405；所述长连杆405设置在所述风力调节管道401上，所述长连杆405设置有若干突起，前端突起与所述电动推杆404的通孔连接；所述挡风板杆407安装在所述风力调节管道401上方的通孔处，前端设置六边形截面的轴段，用于传递扭矩；所述挡风板411设置有通孔，安装在所述挡风板杆407上；所述短连架杆406一端设置有六边形通孔，一边设置有圆形通孔，圆形通孔端与所述长连杆的突起连接，六边形通孔端与所述挡风板杆407连接；所述转轴415与所述联轴器412连接，用于支撑所述风机叶片409以及传递动动力；所述深沟球轴承414设置在转轴两端用于轴向定位以及支撑转轴415；所述右轴承端盖413与所述离心式风机外壳403通过螺钉连接；所述风机叶片409安装在所述转轴415上；所述轴承套筒417以及所述左轴承端盖418通过螺钉与所述风机叶片409连接；所述键416安装在转轴415的键槽内，用于传递扭矩。

6、首先操作员需要在模拟平台中选择好风向风力，开始工作时，通过模拟平台计算出视风与船体纵轴线的夹角并将数据传递给所述控制硬件315，所述控制硬件315控制所述伺服电机301将扭矩经过所述减速器302传递给所述圆锥齿轮313，驱动所述转盘304转动到相应位置。同时，模拟平台将相应风力数据传输给所述电动推杆，所述电动推杆404推动所述长连杆405，从而转动所述挡风板杆407，转动所述挡风板411旋转到相应角度，从而控制出风量；所述三相异步电动机410驱动所述风机叶片409转动产生风力，风力经过所述通风管道402到达所述风力调节管道401，经过所述挡风板411的限制将合适的风量投放到训练区域内；所述轴流式风机201开机，所述步进电机202通过所述丝杠209驱动所述风机底座207沿所述导轨外壳206做往复运动来模拟真实环境的复杂风况。所述控制硬件315实时收集操作员的操作数据(风帆旋转角度、压弦位置与压力、船舵旋转角度)并发送给模拟平台，模拟平台计算出接下来的旋转角度，将旋转角度数据传递给所述控制硬件315重复上述步骤。当船身转动到两侧的所述光电传感器306的位置时，所述光电传感器306将电信号传递给所述控制硬件315，所述控制硬件315将控制所述伺服电机301不再做同方向转动。所述光电传感器306起到限位的作用，使得操作员能够方便地看到屏幕画面。

7、所述转动底座装置30通过转动模拟船体，增加受风角度范围，模拟出更多种风况行驶训练。

8、本发明的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

9、1.本发明通过主风机装置和环绕辅助风机装置模拟真实环境风力，操作员可以通过体感判断出风向风力，更加符合现实情况，从而达到更好的训练效果。

10、2.本发明主风机装置设置有挡风板控制风力输出，辅助风机可以实现轴向移动，再加上转动底座装置可以转动模拟船体到达所需角度，增加受风角度范围，可以模拟更多种风况行驶训练。

11、3.本发明转动底座装置可以通过风向情况和操作员的处理方法计算出航行偏转角度，实现偏转反馈，以达到更真实的训练效果；转动底座装置安装有光电传感器，可将模拟船体旋转位置信息以电信号发送给计算机，实现控制闭环。

12、4.本发明装置整体结构简单，拆装方便，操作简单，经济性强。