飞行模拟器总体设计方案（六自由度跳伞模拟系统的设计及实现）

六自由度跳伞模拟训练系统是以人伞系统动力学为基础， 将训练者悬挂于运动平台下方，并结合人机交互技术，为训练者提供逼真跳伞环境的一种模拟训练装置。由于其在降低训练危险系数、增强训练环境适应性和降低训练成本等各方面的优势，逐渐获得各国的青睐。

系统硬件主要由教员控制台和模拟跳伞区两部分组成，整体外观如下图所示。其中模拟跳伞区由模拟单元框架、六自由度动感平台、背带模块、操纵模块、 VR 虚拟眼镜、送风装置等组成。

（1）模拟单元框架，包括位于下部的底座、位于上部的顶盖，以及位于底座和顶盖之间的两个立柱，模拟单元框架构成跳伞模拟单元的支撑主体，并安装有跳伞模拟单元的其它部件；

（2）六自由度动态平台，其倒立悬挂于单元框架之上，为跳伞员提供跳伞过程中的动感模拟。运动平台运动平面上留有系留接口，用于安装拉力传感器和伞绳等设备；

（3）伞绳及操纵带，通过拉力传感器安装于六自由度运动平台之上，下系背带系统；

（4）背带系统，所述背带模块部分连接在操纵控制平台上，部分穿设在受训者身上，用于一方面将受训者悬吊在空中，另一方面利用背带系统上的相应拉环，对受训者进行不同伞型的操作训练；

（5）操纵模块，主要实现对操纵绳、操纵带控制输入的数据采集和传输，主要包括手持操纵部分、传感器、电源以及数据采集系统等；

（6）头盔模块，所述头盔模块佩戴在受训者的头部，包括虚拟现实眼镜和数据线，为受训者提供连续动态的大视角三维伞降环境显示；

（7）送风装置，包括下方送风装置和环绕送风装置，所述下方送风装置安装在底座上，所述环绕送风装置安装在顶盖上，所述送风装置用于模拟伞降过程中的竖直方向风和侧向风；

（8）教员控制台，内含一系列控制软件，为所述模拟跳伞管理平台，用于为跳伞模拟单元设定训练项目，接收模拟器的各项操纵数据，控制跳伞模拟单元模拟整个跳伞过程。

跳伞模拟训练系统功能模块由跳伞运动解算分系统、六自由度运动平台分系统、操纵负荷分系统、视景分系统、体感营造分系统、教员控制台、信号采控分系统以及电源和辅助分系统等部分组成。

跳伞模拟训练系统功能原理如上图所示。受训者通过伞绳和操纵带悬挂于六自由度动感平台之下，操纵伞绳拉环或者操纵带，为操纵负荷系统提供输入信号，操控负荷系统采集控制信号输入跳伞运动解算系统，其在六自由度人-伞系统动力学模型的基础上进行数值解算，输出人-伞系统运动状态信息到视景系统、六自由度运动平台系统和体感营造系统。视觉显示模块接收到人-伞系统运动状态信息后，更新视景信息，反馈为受训者视觉。六自由度运动平台接收到人-伞系统运动状态信息后，产生相应的动感模拟，驱动平台并带动受训者运动，反馈给受训者触觉。体感营造系统接收到人-伞系统运动信息后，通过风幕机和音响产生相应的风效与音效，反馈给飞行员听觉及触觉。进而实现一个人在环路中的虚拟仿真系统。

模拟器运行过程中，教员控制台通过内设一系列控制软件完成任务管理、条件参数设置、数据记录、仿真再现、数据输出及评估等功能，教员可通过控制台实时监测受训者运动状态，也可通过计算机对训练过程进行干预。

（1）初始状态，体感平台带动跳伞服降到最低点，跳伞人员通过松紧跳伞服进行穿戴，保证站立时跳伞服为收紧状态，同时佩戴好 VR 眼镜；

（2）软件启动，教员控制台通过训练软件设置好模拟训练场景，跳伞人员通过开始按钮启动跳伞，并做出跳跃动作，在跳伞人员跳起瞬间，体感平台马上将跳伞人员拉离地面 10cm(脚尖离地距离)；

（3）模拟跳伞，跳伞人员通过 VR 眼镜查看整个模拟训练所处的场景，并通过固锁牵引器来控制降落方向与地点，同时模拟软件会将姿态数据实时传输到体感模拟平台，体感平台做出相应的动作，让跳伞人员能感受到侧滑、重力加速以及开伞时的拉扯感；

（4）降落时，平台会通过软件反馈回来的高度信号做出相应下降动作，当软件中着陆时，跳伞人员的脚刚好着地；

（5）训练管理考评模块通过模拟训练软件自动给出训练成绩。

系统姿态角与气流角变化明显，这是由于受训者为了到达指定区域，分别在这两段时间进行了拉左侧背带与左拉环、拉后侧背带与左拉环的降落伞操纵， 当操纵动作发生后，人伞系统平衡攻角的方向首先改变，进而改变降落伞气动力与力矩，随后系统力与力矩快速达到平衡状态，因此系统姿态角与气流角呈现短时间内快速而少量变化的结果。训练结果表明，本文设计的跳伞模拟训练系统符合实际人伞系统运动过程，通过训练中可练习伞降操纵方法以应对不同情况，极大提高跳伞训练质效。