電磁式操縱負荷系統的設計與實現

摘要：提出了一種新型的飛行模擬器操縱負荷仿真系統。依據電磁學的有關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荷仿真系統的力伺服系統，構成了電磁式力伺服加栽方式的飛機縱向操縱負荷仿真系統。試驗驗證結果和實際應用表明，該系統具有仿真精度高、快速性好等特點，負載力模型和參數易于修改，可適應不同仿真對象和不同工作模式下負載力特性變化的要求，能廣泛地應用于飛行模擬器的操縱力負荷仿真系統中。該方法還可用于飛機橫向操縱負載力及腳蹬力的仿真。
關鍵詞：操縱負荷系統；模型負栽力；電磁作動筒；飛行模擬器

0 引言
飛行模擬器操縱負荷系統是向飛行員提供操縱力的操縱負荷仿真系統，用于仿真飛機縱向駕駛桿力、橫向駕駛桿力和腳蹬力。目前，國內外大型的飛行模擬器操縱負荷仿真系統都采用力伺服系統加載的仿真方法，力伺服系統加載既可以采用液壓式，又可以采用電動式。液壓力伺服系統雖然功率大、快速性好、精度高，但系統復雜、成本高、維護工作量大；電動式力伺服系統主要使用力矩電機產生負載力，具有成本低、易于維護、使用方便等優點，已經成為一種操縱負荷仿真系統的發展趨勢。
本文以某型教練機為例，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荷仿真系統。依據負載力的數學模型，利用電磁式力伺服系統加載技術，實現了飛機操縱負荷系統縱向駕駛桿力的仿真。

1 負載力數學模型
電磁式操縱負荷系統是人在回路仿真系統中的負載模擬裝置，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處負載力的模型是十分關鍵的。以飛行員直接操縱舵面為例，縱向負載力不僅與桿的位移有關，而且還與桿的運動狀態及飛機的運動狀態有關，飛行員感受到的負載力主要由氣動力、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處感受到的主要載荷力。總負載力可表示為：

圖1為某型教練機的桿力位移曲線。

操縱負荷系統計算機要能實時地計算出操縱駕駛桿時的模型負載力，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處能感受到像在真正駕駛某型教練機時所具有的力感，即桿力隨位移的變化規律應與圖1所示某型教練機桿力桿位移曲線一致，從而訓練飛行員能根據力感大小，判斷飛機的操縱性、穩定性，并能正確把握操縱量的大小范圍。