技术摘要：
本发明涉及飞行模拟技术领域，具体公开了一种四自由度载人离心机，包括传动支撑系统、转臂系统、偏航框系统、滚转框系统和座舱系统；传动支撑系统支撑转臂系统并带动其转动，偏航框系统设置在转臂系统上并绕与转臂系统的连接点转动，滚转框系统设置在偏航框系统内并绕  全部
背景技术：
一种四自由度载人离心机用于飞行员训练，能够产生持续过载，可提供逼近飞机 的真实载荷模拟环境，实现飞行员的过载训练、空间定向障碍训练。其相对于三自由度载人 离心机多出一个自由度，可实现持续载荷环境中任意姿态变化，特别适合于空间定向障碍 训练。 空间定向障碍定义为：相对地球参考坐标系或飞机在由重力垂直线构成的坐标系 中，飞行员不能正确感知自身位置、运动和姿态等信息。常常会引发飞行员的错误知觉。空 间定向障碍是目前严重威胁飞行安全的一个重大航空医学问题，具有普遍性、高危性等特 点。 进行空间定向障碍训练，即通过模拟器产生易发生空间定向障碍的环境，对受训 飞行员进行原理现象展示、空间定向障碍场景及意识、产生空间障碍后的克服应对方法、人 在回路中的自主控制训练等阶次训练。 现有技术： 目前专利号CN201821463335.7公布了一种“四自由度直升机动态飞行模拟器”，该专利 描述了一种基于离心机平台的四自由度平台，其功能与本发明技术方案类似。 但是该专利中的“四自由度直升机动态飞行模拟器”采用了双层布局结构，即主驱 动电机及减速器位于地下一层，需要专门的地下室进行布置，这样的缺点是造成土建施工 复杂，成本较高，并且造成设备安装调试难度较大。 该专利的偏航框及在其上的滚转框和俯仰座舱位于转臂末端，采用悬臂连接—— 即单点支承结构，这样导致单一轴承须受重力、离心机及倾覆力矩，轴承受力严酷，导致轴 承成本很高，且限制了产品规模的提升（如更大尺寸的座舱），因为选不到合适的产品轴承。 该专利的转臂结构使得产品垂向变形较大，进一步加剧了单一轴承的受力状态。 同时，使得空间定向障碍模拟时载荷方向与理论方向有一定的差异，影响模拟精度，在一定 程度上影响产品规模的提升（如更长的回转半径，以降低寄生科式加速度的影响）。 该专利的座舱质心位置与主轴支承点位置处于两个平面，导致偏航框承受过大的 倾覆力矩，同时转臂受弯矩很大，加剧转臂变形，同时要求偏航框具有足够的强度、刚度，使 得偏航框重量增大。 该专利的配重与座舱系统质心不在平行于地面的一条线上，形成力偶不平衡，容 易引起振动，导致轴承受力严苛。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种四自由度载人离心机。 本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种四自由度载人离心机，包括传动支 4 CN 111739380 A 说　明　书 2/7 页 撑系统、转臂系统、偏航框系统、滚转框系统和座舱系统；所述的传动支撑系统支撑转臂系 统并带动其转动，所述偏航框系统设置在转臂系统上并绕与转臂系统的连接点转动，所述 滚转框系统设置在偏航框系统内并绕与滚转框系统的连接点转动，所述滚转框系统的转动 中心与偏航框系统的转动中心垂直，所述座舱系统设置在滚转框系统内并绕与滚转框系统 的连接点转动，所述座舱系统的转动中心与滚转框系统的转动中心垂直。 具体的，所述的传动支撑系统包括基座、主电机；所述的主电机设置在基座的底 部，所述的基座上设置有主轴安装孔，所述的主电机的输出端连接主轴，所述主轴置于主轴 安装孔内，所述的主轴安装孔内设置有轴承系，所述主轴通过轴承系与基座转动连接。 具体的，所述的转臂系统包括臂架、驱动电机、偏航框从动轴、驱动轴，所述臂架的 一端与所述主轴的上端固定连接，另一端设置有两个连接支耳的叉型结构，所述两个连接 支耳上下分布且水平设置，位于上方的连接支耳上设置驱动电机，所述位于上方的连接支 耳的连接支耳上设置有驱动轴安装孔，所述驱动电机的输出端连接驱动轴，所述驱动轴置 于驱动轴安装孔内并与其转动连接，位于下方的连接支耳上设置有偏航框从动轴安装孔， 所述偏航框从动轴置于偏航框从动轴安装孔内并与其转动连接。 具体的，所述偏航框系统包括偏航框体、偏航电机、驱动转轴、滚转框从动轴；所述 偏航框体为环形对称结构，所述偏航框体的外侧分别与驱动轴和偏航框从动轴固定连接， 所述偏航电机固定在偏航框体上，所述偏航框体上沿对称中心线对穿设置有两个滚转框安 装孔，所述偏航电机的输出端连接驱动转轴，所述驱动转轴置于两个滚转框安装孔的其中 一个内并与其转动连接，另一个滚转框安装孔内转动连接滚转框从动轴。 具体的，所述滚转框系统包括滚转框体、伺服电机、减速器、座舱驱动轴、座舱从动 轴；所述滚转框体为环形对称结构，所述滚转框体的外侧分别与驱动转轴和滚转框从动轴 固定连接，所述伺服电机固定在滚转框体上，所述滚转框体上沿对称中心线对穿设置有两 个座舱安装孔，所述伺服电机的输出端连接减速器，所述减速器的输出端连接座舱驱动轴， 所述座舱驱动轴置于两个座舱安装孔的其中一个内并与其转动连接，所述的另一个座舱安 装孔内转动连接座舱从动轴。 具体的，所述座舱系统包括舱体、屏幕、摄像头、仪表台、座椅；所述舱体的外侧分 别与座舱驱动轴和座舱从动轴固定连接，所述屏幕、摄像头、座椅均设置在舱体内。 具体的，所述的轴承系包括第一推力轴承、球轴承、第三角接触轴承、轴承套筒，所 述轴承套筒安装在基座的主轴安装孔内，所述的第一推力轴承、球轴承、第三角接触轴承均 设置在轴承套筒内。 具体的，所述的臂架上设置有连接孔，所述的连接孔内设置有胀套，所述胀套套设 在主轴上，臂架通过胀套与主轴固定连接，所述臂架与主轴固定连接的一端的端部还设置 有配重，所述主轴的顶部设置有仪器舱；所述驱动轴通过调心浮动轴承与臂架转动连接，所 述偏航框从动轴通过调心径向轴承、调心推力轴承与臂架转动连接。 具体的，所述驱动转轴通过第二推力轴承、第一径向滚子轴承与偏航框体转动连 接；所述滚转框从动轴通过第二径向滚子轴承、第三推力轴承与偏航框体转动连接，所述的 偏航框从动轴内设置有过渡轴安装孔，所述过渡轴安装孔内设置有过渡轴，所述偏航框从 动轴通过偏航框从动轴胀套与过渡轴固定连接，所述过渡轴通过偏航框胀套与偏航框体连 接。 5 CN 111739380 A 说　明　书 3/7 页 具体的，所述滚转框体上的座舱安装孔内均固定设置有轴套，所述座舱驱动轴通 过第一角接触轴承与轴套转动连接，所述座舱从动轴通过第二角接触轴承与轴套转动连 接。 本发明具有以下优点： 1、本发明的传动支承系统驱动转臂系统，产生持续离心过载加速度；转臂系统驱动偏 航框系统产生相对于受训飞行员的偏航角运动；偏航框系统驱动滚转框系统产生相对于受 训飞行员的滚转角运动；滚转框系统驱动座舱系统产生相对于受训飞行员的俯仰角运动， 受训飞行员坐在座舱系统中，承受离心过载加速度和空间三个姿态角运动，实现过载场景 下的人体定向器官的位姿感知。 2、本发明的座舱系统通过屏幕显示的场景提供人体视觉感知，通过仪表台及摄像 头判断受训飞行员是否处于空间定向障碍状态。 3、本发明的转臂系统中臂架设计成竖向叉形结构，连接支耳两端设置调心浮动轴 承、调心径向轴承、调心推力轴承组成的轴系，实现对偏航框系统的两点支承，能够改善轴 承受力状态，可以将以往的单一转台复合承载改为常规轴承组成的轴承组承载，可以降低 轴承成本，并且便于后续产品规模的提升。 4、本发明的座舱系统、滚转框系统、偏航框系统、转臂系统均设计成轴对称结构， 并且进行配重平衡，同时做到力平衡和力偶平衡，能够减少偏航框系统承受的倾覆力矩和 转臂弯矩，降低转臂垂向变形，同时降低系统的振动。 附图说明 图1 为本发明的结构示意图； 图2 为本发明的传动支撑系统结构示意图； 图3 为本发明的转臂系统结构示意图； 图4 为本发明的滚转框系统和偏航框系统结构示意图； 图5 为图4中A处的放大结构示意图； 图6 为图4中B处的放大结构示意图； 图中：1-座舱系统，11-舱体，12-摄像头，13-仪表台，14-屏幕，15-座椅，2-滚转框系统， 21-滚转框体，22-伺服电机，23-减速器，24-轴套，25-座舱驱动轴，26-座舱从动轴，27-座舱 从动轴滑环，3-偏航框系统，31-偏航框体，32-偏航电机，33-驱动转轴，34-滚转框从动轴， 35-滚转框从动轴滑环，36-第二推力轴承，37-第一径向滚子轴承，38-第二径向滚子轴承， 39-第三推力轴承，4-转臂系统，41-臂架，42-驱动电机，43-驱动轴，44-过渡轴，45-偏航框 从动轴，46-调心浮动轴承，47-调心径向轴承，48-调心推力轴承，49-偏航框从动轴滑环， 410-连接支耳，5-仪器舱，6-配重，7-传动支撑系统，71-基座，72-主电机，73-主轴，74-制动 器，75-轴承套筒，76-第三角接触轴承，77-球轴承，78-第一推力轴承，79-电机滑环。