飞行模拟器可逆式操纵负荷系统力感仿真方法及系统与流程

本技术涉及飞行仿真，尤其是涉及一种飞行模拟器可逆式操纵负荷系统力感仿真方法及系统。

背景技术：

1、随着航空技术的飞速发展，飞行模拟器在飞行员的训练和评估中发挥着越来越重要的作用；操纵负荷系统是飞行模拟器中的关键部分，用于模拟真实飞行中的操纵力感，提高训练的真实性和有效性。

2、对于具有可逆式操纵系统的真实飞机通常设有随动补偿片，即当主舵面转动某一角度时，附加在主舵后面的小舵(小舵与安定面相联)按比例的向反方向转动一角度，作用于舵面的空气动力重新分配，使得压力中心靠近舵面的旋转轴，使飞机较无随动补偿片时更易于操纵；然而现有的现有的操纵负荷系统采用的单向模拟方式，无法实现真实飞行中的可逆操纵，从而影响了模拟训练的逼真度和训练效果，因而存在有飞行模拟器可逆式操纵负荷系统的模拟效果不佳的缺陷，存在改善的空间。

技术实现思路

1、为了提高飞行模拟器可逆式操纵负荷系统的模拟效果，本技术提供一种飞行模拟器可逆式操纵负荷系统力感仿真方法及系统。

2、第一方面，本技术的发明目的采用如下技术方案实现：

3、飞行模拟器可逆式操纵负荷系统力感仿真方法，包括：

4、获取外界环境模拟信息和飞行器仿真状态信息；基于所述外界环境模拟信息和所述飞行器仿真状态信息对预设的飞行操纵负荷模型进行优化，得到优化的飞行操纵负荷模型；

5、获取飞行模拟器的前端操作机构的操纵力数据和可逆操纵数据；在优化后的飞行操作负荷模型中，基于所述可逆操纵数据计算得到初始操纵负荷力矩；

6、基于所述操纵力数据、获取对应的前端操作位移量；将对应的前端操作位移量输入至所述优化的飞行操作负荷模型，得到对应的制动机构合力数据；

7、基于所述制动机构合力数据和所述初始操纵负荷力矩，生成负荷力控制信号；所述飞行模拟器的前端操纵机构依据所述负荷力控制信号向用户反馈负荷力。

8、通过采用上述技术方案，外界环境模拟信息为天气环境的外界状态模拟信息，飞行器仿真状态信息为飞行模拟器处于某种仿真模式下的仿真操纵参数信息；为提高飞行模拟器的可逆式操纵负荷系统的适用性，提高对操纵负荷数据和负荷力的计算结果的精确性；在实际应用时，先基于用户实际操作的操作仿真模式对飞行操纵负荷模型进行优化，其中飞行操作负荷模型是能够参照飞行模拟器的不同性能型号、相关制动参数所建立的仿真交互模型，以模拟仿真飞行模拟器对应的前端操纵机构(如方向操控盘、操纵拉杆和脚蹬等)、飞机升降舱、方向舱、副翼、调整片和随动补偿片等控制状态；进一步地，基于优化后的飞行操作负荷模型计算得到初始操纵负荷力矩和制动机构合力数据，其中制动机构合力数据是基于前端位移量确定的飞行模拟器的后端制动机构的合力；然后再生成飞行模拟器的前端操纵机构的负荷力控制信号，负荷力控制信号的方向与用户施加的操纵力的方向相反；从而本技术在用户使用飞行模拟器进行飞行模拟过程中，提供了实际可逆式操纵负荷系统的负荷力，模拟仿真功能较完善，仿真度高；有利于飞行模拟器可逆式操纵负荷系统的力感仿真可靠性，从而提高了飞行模拟器可逆式操纵负荷系统的模拟效果。

9、本技术在一较佳示例中：所述飞行模拟器的前端操纵机构包括脚蹬操纵组件，方法还包括：

10、在所述脚蹬操纵组件被脚蹬按压时，获取所述脚蹬操纵组件承受的脚蹬力和转动角度，以对应得到不同的脚蹬力数据和不同的脚蹬转动角度；

11、基于不同的脚蹬力数据关联对应的飞行器仿真状态信息；在优化的飞行操作负荷模型中，基于不同的脚蹬力数据和对应的飞行器仿真状态信息确定对应的角度阈值区间；

12、判断所述脚蹬操纵组件的脚蹬转动角度是否位于对应的角度阈值区间内，得到脚蹬检测判断结果；

13、在所述脚蹬检测判断结果符合预设的预警故障条件时，输出脚蹬故障预警信息。

14、通过采用上述技术方案，对脚蹬操纵组件被脚蹬按压时的转动角度进行检测和故障预警功能，通过检测到的用户施加给脚蹬操纵组件的不同的脚蹬力，计算在不同的飞行器仿真状态信息时，对应的角度阈值区间，接着判断脚蹬操纵组件的实际的脚蹬转动角度是否位于对应的角度阈值区间，角度阈值区间是当前的脚蹬操纵组件在该飞行器仿真状态的正常转动角度区间，此时的角度阈值区间的最大值和最小值差值较小，以保证脚蹬检测判断结果的精确度，从而在脚蹬检测判断结果符合预警故障条件时进行脚蹬故障预警，以便于提示测试人员或用户及时发现处于故障状态的脚蹬操纵组件，及时采取故障处理措施，以便于提高脚蹬操纵组件的操纵力和负荷力的模拟仿真效果。

15、本技术在一较佳示例中：所述脚蹬操纵组件设有用于在脚踏操纵组件被施加脚踏力产生形变位移时进行复位的弹性复位件；所述在优化的飞行操作负荷模型中，基于不同的脚蹬力数据和对应的飞行器仿真状态信息确定对应的角度阈值区间之后，还包括：

16、基于不同的脚蹬力数据和对应的飞行器仿真状态信息确定所述脚蹬操纵组件的理论负荷力区间；

17、获取所述脚蹬操纵组件的实际负荷力数据，基于所述理论负荷力区间和实际负荷力计算所述脚踏操纵组件达到理论负荷力区间所需的最小负荷力差值；

18、依据所述最小负荷力差值计算得到所述弹性复位件的压缩调整量，并基于所述压缩调整量对所述弹性复位件进行压缩调整。

19、通过采用上述技术方案，在脚踏操纵组件被脚踏按压后，弹性复位件为脚踏操纵组件提供形变复位的复位力和负荷力，通过弹性复位件对脚踏操纵组件进行形变复位，不仅能够模拟脚踏操纵组件在形变复位过程中的阻尼力，还有利于提供足够大和平稳的脚蹬力的模拟力度，仿真度高，有利于提高飞行模拟器的飞行模拟操纵精度；进一步地，通过弹性复位件可对脚踏操纵组件提供给用户的实际负荷力进行检测和目标值校验，即基于计算得到的最小负荷力差值计算得到弹性复位件的压缩调整量后，再对弹性复位件进行压缩调整，以使得脚踏擦组件对应不同天气环境和飞行模拟器模拟不同的故障情形时的实际负荷力大小，同时还能够满足弹性复位件在长期的使用过程中，因弹性模量变差或其他故障的原因的弹性压缩的精度校准需求，从而有利于达到使得脚踏操纵组件的操纵负荷的高精度力度仿真的目的。

20、本技术在一较佳示例中：所述依据所述最小负荷力差值计算得到所述弹性复位件的压缩调整量，并基于所述压缩调整量对所述弹性复位件进行压缩调整，包括：

21、获取所述弹性复位件的当前的压缩调整数据，基于所述压缩调整量和当前的压缩调整数据计算确定当前的临界差值和当前的极限差值；

22、将所述压缩调整量分别与所述当前的临界差值、当前的极限差值进行比较；

23、当所述压缩调整量小于或等于所述当前的临界差值时，向所述弹性复位件的驱动电机发送自动压缩指令；

24、当所述压缩调整量大于所述当前的临界差值且小于当前的极限差值时，向预设的用户操纵终端发送调整参数输入的文本框；

25、当所述压缩调整量大于或等于当前的极限差值时，向所述预设的用户操纵终端发送更换提示信息。

26、通过采用上述技术方案，通过比对压缩调整量、当前的临界差值和当前的极限差值，有利于仿真系统判断采用何种方式对弹性复位件进行参数调整或提示用户及时更换弹性复位件；由于弹性复位件基于长时间的使用，其弹性模型会下降导致弹性复位件的使用寿命降低，而基于飞行模拟器的弹性复位件的使用频次和不同测试人员的脚踏力度会使得不同的弹性复位件的使用寿命无法得到很好地判断，间接导致脚踏操纵组件所反馈给用户的负荷力失真严重。

27、为有效解决此问题，本技术为保证可逆式操纵负荷系统的力度仿真效果，提供了一种数据检测判断规则；即将压缩调整量分别与当前的临界差值、当前的极限差值进行比较，此时存在3种情形：第一种是当压缩调整量小于或等于当前的临界差值时，此时弹性复位件的使用寿命较长，弹性复位件的弹性模量良好，采用发出自动压缩指令的自动调节模式调节弹性复位件即可完成对弹性复位件的参数调整；第二种情形是当压缩调整量大于当前的临界差值且小于当前的极限差值时，即弹性复位件的弹性模量下降严重，弹性复位件的支撑力和给予脚踏操纵组件的复位力降低较大，通过用户操纵终端发送调整参数输入的文本框的人工经验判断模式，判断是否更换弹性复位件，若不更换，可通过文本框的参数输入形式使得弹性复位件的弹性模量重新落入正常阈值区间；第三种情形是压缩调整量大于或等于当前的极限差值时，此时弹性复位件的使用寿命较短，弹性模量下降严重，弹性复位件需要及时进行更换，因而通过发送更换提示信息的方式对用户及时进行提示。

28、本技术在一较佳示例中：所述基于所述制动机构合力数据和所述初始操纵负荷力矩，生成负荷力控制信号之后，还包括：

29、依据所述负荷力控制信号计算所述前端操纵机构的驱动电机在所述负荷力控制信号的驱动下所产生的目标运动量，以得到目标运动数据；所述目标运动数据包括位置信息和/或速度信息；

30、获取所述飞行模拟器的前端操纵机构的实时运动数据；

31、在识别到目标运动数据与所述实时移动数据的差值大于预设的运动差值阈值时，向预设的用户操纵终端发送提示信息。

32、通过采用上述技术方案，对负荷力控制信号的运动情况进行检测和运动异常提示，以进一步提高飞行模拟器可逆式操纵负荷系统的模拟效果。

33、第二方面，本技术的发明目的采用如下技术方案实现：

34、飞行模拟器可逆式操纵负荷系统力感仿真系统，应用于如上所述的飞行模拟器可逆式操纵负荷系统力感仿真方法，系统包括：

35、数据传感采集模块，用于获取外界环境模拟信息和飞行器仿真状态信息；获取飞行模拟器的前端操作机构的操纵力数据和可逆操纵数据；

36、负荷模型优化计算模块，用于基于所述外界环境模拟信息和所述飞行器仿真状态信息对预设的飞行操纵负荷模型进行优化，得到优化的飞行操纵负荷模型；在优化后的飞行操作负荷模型中，基于所述可逆操纵数据计算得到初始操纵负荷力矩；

37、合力计算模块，用于基于所述操纵力数据、获取对应的前端操作位移量；将对应的前端操作位移量输入至所述优化的飞行操作负荷模型，得到对应的制动机构合力数据；

38、前端操纵机构，用于基于所述制动机构合力数据和所述初始操纵负荷力矩，生成负荷力控制信号；并依据所述负荷力控制信号向用户反馈负荷力。

39、通过采用上述技术方案，基于优化后的飞行操作负荷模型计算得到初始操纵负荷力矩和制动机构合力数据，有利于提高飞行模拟器的可逆式操纵负荷系统的适用性，提高对操纵负荷数据和负荷力的计算结果的精确性，其中制动机构合力数据是基于前端位移量确定的飞行模拟器的后端制动机构的合力；然后再生成飞行模拟器的前端操纵机构的负荷力控制信号，负荷力控制信号的方向与用户施加的操纵力的方向相反；从而本技术在用户使用飞行模拟器进行飞行模拟过程中，提供了实际可逆式操纵负荷系统的负荷力，模拟仿真功能较完善，仿真度高；有利于飞行模拟器可逆式操纵负荷系统的力感仿真可靠性，从而提高了飞行模拟器可逆式操纵负荷系统的模拟效果。

40、本技术在一较佳示例中：所述前端操纵机构连接有用户操纵终端，所述系统还包括：所述前端操纵机构还用于依据所述负荷力控制信号计算所述前端操纵机构的驱动电机在所述负荷力控制信号的驱动下所产生的目标运动量，以得到目标运动数据；所述目标运动数据包括位置信息和/或速度信息；

41、所述数据传感采集模块还用于获取所述飞行模拟器的前端操纵机构的实时运动数据；

42、所述前端操纵机构在识别到目标运动数据与所述实时移动数据的差值大于预设的运动差值阈值时，向预设的用户操纵终端发送提示信息。

43、通过采用上述技术方案，对前端操纵机构的负荷力的控制状态和前端操纵机构的多种运动状态进行检测和异常运动状态提示，以提高飞行模拟器的飞行仿真精度。

44、本技术在一较佳示例中：所述前端操纵机构包括驾驶操纵杆、驾驶方向舵、驾驶脚蹬或其他飞机操纵部件；所述优化的飞行操纵负荷模型包括补偿片部件模型。

45、通过采用上述技术方案，提高对飞行模拟器的可逆式操纵负荷系统的力感仿真度。

46、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

47、1.基于优化后的飞行操作负荷模型计算得到初始操纵负荷力矩和制动机构合力数据，有利于提高飞行模拟器的可逆式操纵负荷系统的适用性，提高对操纵负荷数据和负荷力的计算结果的精确性，其中制动机构合力数据是基于前端位移量确定的飞行模拟器的后端制动机构的合力；然后再生成飞行模拟器的前端操纵机构的负荷力控制信号，负荷力控制信号的方向与用户施加的操纵力的方向相反；从而本技术在用户使用飞行模拟器进行飞行模拟过程中，提供了实际可逆式操纵负荷系统的负荷力，模拟仿真功能较完善，仿真度高；有利于飞行模拟器可逆式操纵负荷系统的力感仿真可靠性，从而提高了飞行模拟器可逆式操纵负荷系统的模拟效果；

48、2.通过弹性复位件可对脚踏操纵组件提供给用户的实际负荷力进行检测和目标值校验，即基于计算得到的最小负荷力差值计算得到弹性复位件的压缩调整量后，再对弹性复位件进行压缩调整，以使得脚踏擦组件对应不同天气环境和飞行模拟器模拟不同的故障情形时的实际负荷力大小，同时还能够满足弹性复位件在长期的使用过程中，因弹性模量变差或其他故障的原因的弹性压缩的精度校准需求，从而有利于达到使得脚踏操纵组件的操纵负荷的高精度力度仿真的目的；

49、3.对前端操纵机构的负荷力的控制状态和前端操纵机构的多种运动状态进行检测和异常运动状态提示，以提高飞行模拟器的飞行仿真精度。