阅读说明：本技术 航天器飞行模拟器 (Spacecraft flight simulator ) 是由 亚历山大·尤利耶维奇·贝兰基 于 2017-06-07 设计创作，主要内容包括：本发明涉及用于载人航天器的模拟器,所述模拟器装备有电子显示系统和光学观测系统,并且可以被用于娱乐或教育目的,其目的是开发控制Soyuz航天器的技能。航天器飞行模拟器包括具有引导元件的支撑结构,以及被设计成可以沿着引导元件移位的半圆形式的俯仰框架。垂直支撑结构被安排在用户座椅的前方,其被连接到俯仰框架并且包括具有用于平移移动的引导元件的桌台。引导元件具有控制把手以及被安排在垂直支座的顶部并且包括侧面监视器的控制后台。本发明的技术效果是扩展了航天飞行模拟器的功能能力。(The present invention relates to the simulator for manned spacecraft, the simulator is equipped with electronic display system and optical observation system, and can be used for amusement or aims of education, and the purpose is to develop the technical ability of control Soyuz spacecraft.Spacecraft flight simulator includes the support construction with induction element, and is designed to the pitching frame for the hemisphere format that can be shifted along induction element.Vertical support structure is arranged at the front of user's seat, is connected to pitching frame and the tables including having the induction element for translational movement.Induction element have control handle and be arranged at vertical support top and including the control of side monitor backstage.The solution have the advantages that extending the Functional Capability of space mission simulator.)

航天器飞行模拟器

技术领域

本发明涉及装备有数字和光学成像系统的载人航天器的模拟器。该模拟器可以被用于娱乐和教育目的，其目的是教导有关Soyuz(联盟号)航天器的驾驶技能，以便教育无重力下的固体的运动物理学。

背景技术

现有技术：一种具有振动/冲击模仿的飞行模拟器座椅(俄罗斯联邦专利No.2555053，07/10/2015)，包括其支柱附着到阻尼支座的座椅底座、振动/冲击机械驱动装置以及使用标准座椅的声学系统，其中振动/冲击机械驱动装置由位于一个箱子中的商业可用的重低音扬声器(subwoofer)构成，其输出端口覆盖有附着到一根连杆的一端的橡胶隔膜，连杆的另一端附着到标准飞行员座椅。

该设备通过视觉成像和真实感觉(声音、推动和冲击)来模仿实际的航天器(直升机等等)座舱环境。这种设计为用户提供沉浸式飞行中体验。

该设计的一个缺点是由于座椅是静态的，因此其功能受到限制，这意味着用户无法完全体验期间座椅将会倾斜或偏移的飞行和模拟情况。

另一种现有技术是一种航空器飞行模拟器(俄罗斯联邦专利No.130733，日期为07/27/2013)，包括具有飞行员座椅的座舱、飞行控制装置、视频成像系统、俯仰旋转框架、具有支柱的底座以及俯仰/轴向旋转驱动装置，其中座舱被安装在俯仰旋转框架内部并且可以围绕其纵长轴旋转，该框架通过两个承载支座被安装在底座支柱之间，俯仰旋转框架包括附着到座舱的轭架，其具有减震器(silent block)承载安放装置和围绕座舱的垂直于轭架平面的圆环；在座舱外部有至少三个滚轮，所述滚轮被安装成可以在圆环上滚动；并且底座支柱承载安放装置具有减震器。额外的设备可以被用于更加沉浸式的体验：立体声、灯光、气流、振动、冷却、加热等等。用于飞行员训练的飞行模拟器允许受控的并且不受限制的座舱移动：倾斜(左、右)、俯仰(上、下)以及围绕其轴的双向旋转。各种移动可以是单独的或组合的，以便模拟特技飞行机动。视频成像系统向用户显示立体(3D)图像，并且还有用以产生特效的设备。

但是俯仰驱动装置复杂并且笨重，并且占用许多额外的空间。此外，控制装置(控制面板)和座椅位于受局限的座舱内，并且无法被调节以匹配用户的身高、尺寸和其他特征(例如用户是儿童还是成年人)，从而限缩了模拟器功能。

俄罗斯联邦专利No.2367027(日期为09/10/2009)公开了一种载人航天器(Don-Soyuz-TMA，Soyuz-TMA)模拟器，该模拟器是最接近的现有技术。该模拟器包括返回舱实物模型(mock-up)，该实物模型具有电视监控摄影机、地面控制到航天器无线电链路模拟器、操纵杆、潜望镜窗口、姿态控制操纵杆、声学系统、窗口、飞行工程师座椅、指挥官座椅、宇航员研究院座椅以及飞行控制和视觉化软件。

该返回舱实物模型是具有静态机组人员座椅的静态外壳。它无法真实地模拟航天飞行体验，从而也表明所提出的设计的功能受到限制。

发明内容

本发明的技术效果是通过紧凑设计与针对用户的具体特征进行调节的真实生活航天飞行体验的组合而扩展了航天器飞行模拟器功能。

所述技术效果是通过一种航天器飞行模拟器设计而实现的，该设计包括：支撑结构，附着到支撑结构的引导装置，可以沿着引导装置滑动的半圆形俯仰框架，附着到俯仰框架的座椅，安装在座椅前方的垂直支柱，该垂直支柱附着到俯仰框架并且承载具有平移移动引导装置的桌台，操纵杆位于其上，垂直支柱顶部的具有侧面监视器的控制面板，俯仰框架驱动装置，用于具有侧面监视器的控制面板的垂直(沿着垂直支柱)驱动装置，飞行控制和视觉化硬件及软件，声学系统，以及模仿加速度的振动驱动装置。

所要求保护的模拟器的所有列出的组件都位于其支撑结构内，从而使其紧凑并且方便使用在任何位置处。飞行控制和视觉化软件、俯仰框架引导装置以及声学系统提供接近真实的航天飞行体验。具有侧面监视器的控制面板的垂直移动驱动装置使得训练/游戏可用于任何用户，不管是儿童还是成年人。鉴于前面提到的优点，该新产品将成功地与类似的设备进行竞争。

附图说明

图1示出了航天器飞行模拟器的一般安排。

图2示出了航天器飞行模拟器在其初始配置中的侧视图。

图3示出了航天器飞行模拟器在其操作配置中的侧视图。

图4示出了航天器飞行模拟器的顶视图。

具体实施方式

航天器飞行模拟器包括：支撑结构1，附着到支撑结构1的引导装置2，可以沿着引导装置2滑动的半圆形俯仰框架3，附着到俯仰框架3的座椅4，安装在座椅4前方的垂直支柱5，该垂直支柱5附着到俯仰框架3并且承载具有平移移动引导装置7的桌台6，操纵杆8位于其中，垂直支柱5顶部的具有侧面监视器10的控制面板9，俯仰框架驱动装置(未示出)，具有侧面监视器的控制面板的垂直移动驱动装置(沿着垂直支柱；未示出)，飞行控制和视觉化硬件及软件(未示出)，声学系统(未示出)，以及模仿加速度的振动驱动装置(未示出)(图1、2、3)。

支撑结构1由无缝管制成的圆环构成。瓦楞平台和阶梯被安装在该结构内。

俯仰框架3是由无缝管制成的半圆环。

引导装置2是弯轨引导装置，俯仰框架3沿着它行进。

俯仰框架驱动装置是把俯仰框架从其初始位置移动到其操作位置的缆索电力驱动装置。该驱动装置由起重机(hoist)、缆索以及具有预紧器的滑轮构成。这些组件位于瓦楞平台下方的支撑结构1的底部。

还可以使用致动器来移动俯仰框架，以取代前面描述的电力起重机和缆索驱动装置。

具有侧面监视器的控制面板的垂直移动驱动装置(沿着垂直支柱5)由位于控制面板9内部并且处于其附着到垂直支柱5的中心部分的电力驱动装置(致动器)构成。

桌台6是具有与之附着的平移移动引导装置7的金属表面。

操纵杆8由航天器姿态控制器(SAC)和手动航天器控制器(MSC)构成。此外还有降落控制器(DC)。

加速度模仿驱动装置被安装在座椅下方并且处于座椅背面的后方。它模仿不同飞行阶段的振动和冲击：接近、对接、分离、返回和着陆。

声学系统由具有迷你重低音扬声器(mini subwoofer)的扬声器构成。它产生Soyuz航天器的真实的发射和飞行中声音。声学系统位于金属桌台6的下方。缆索可以被布线在控制面板9的内部，扬声器可以被嵌入到控制面板9中。

Soyuz航天器飞行模拟器意图用于娱乐和教育目的。它可以被使用在科技园、主题公园和儿童教育中心、科学博物馆和其他博物馆、教育机构、购物中心以及其他娱乐设施中。

所有的模拟器选项都包括基本的软件，其允许从100米的距离接近国际空间站(ISS)；对接到空间站中的不同对接端口；可调节的时间和照明条件；从新手到宇航员的三个训练/技能等级；以及对接表现评估。

最低使用年龄是8岁。

每次的用户数目是1名。

可以由模拟器操作员通过选择用户技能等级和引入紧急情况来配置飞行计划复杂度。

软件具有可以在任何时间激活的暂停特征。随后以预设的条件恢复飞行。

侧面监视器显示出Baikonur航天港(航天发射场)的发射台上的Soyuz航天器，带有Soyuz航天器的火箭升空以及火箭和航天器飞行、级间分离以及地球轨道进入的总览视频；以及用于ISS接近和对接操作的潜望镜视频。侧面监视器还显示关于Soyuz航天器状态的信息；关于飞行模式的信息；不同方位角下的ISS动态图像；关于执飞Soyuz航天器的成功和不成功用户动作的结果；以及用户表现评估。

模拟器可以包括显示出模拟器演示视频的(多个)外部屏幕或者把图像复制在侧面监视器上。

下面是用于不同飞行模式的航天器飞行模拟器操作的总览。

随着演示开始，侧面监视器显示出Soyuz航天器从800米的距离接近ISS。控制面板显示出航天器状态数据；地球的移动地图表明相对于地球的轨道中的当前航天器位置。

在飞行前简报期间，用户进入到座椅中，拉紧安全带，并且从指令员接收指令。这一阶段可以持续必要长度的时间，直到指令员按下“点火键”(“开始”)按钮。

侧面监视器显示以下信息：

-左侧监视器显示出Baikonur发射台的全方位摄影机视图。持续时间时15-30秒(发射台和火箭的视图)；

右侧监视器从机载摄影机显示出发射台(顶视图)(或左侧窗口视图)。

-控制面板显示出航天器状态服务信息以及具有Soyuz航天器和ISS当前位置和轨迹的地球地图。

航天器的上升开始于用户的座椅移动到飞行位置以便匹配宇航员在真实的Soyuz航天器中的位置。保持座椅位置，直到机组人员进入ISS。随后指令员按下开始按钮。

一旦座椅处于飞行位置，侧面监视器则显示出火箭从发射台升空的视频。控制面板监视器显示当前航天器状态数据。

在发射之后，侧面窗口显示出随着航天器进入轨道的发射序列的加速视频(发射逃逸系统[LES]塔分离，整流罩壳脱落，引擎打开和关闭，级间分离，航天器进入轨道，太阳能面板部署等等)。

在Soyuz发射入轨的过程中，侧面监视器交替地显示出地球、太阳和星空。

ISS接近模式随后被激活，并且侧面监视器显示出Soyuz正在接近ISS。控制面板显示出关于航天器状态的当前数据。

当指令员激活自动化对接模式时，用户不需要做任何事，只需要享受飞行和对接模拟。

对于手动接近和对接，在与ISS相距大约100米的距离处，紧急情况(ES)发生：自动化对接失败(带有警报)，因此用户必须手动接近并且对接到ISS。

接近和对接周期受到时间和燃料箱中的燃料数量的限制。可能的结果是：成功的Soyuz到ISS对接；航天器飞到太空中；以及航天器与空间站之间的碰撞。

SAC和MSC操纵杆被用来控制航天器机动。

在对接尝试失败的情况下，软件(在操作员的决定下)可以把航天器退回到起始位置，并且以相同或不同的复杂度等级实施另一次对接尝试。每一个复杂度等级具有其自身的起始距离(30、50、100米)、用于对接的时间限制以及燃料箱中的燃料限制。

在游戏结束之后，侧面监视器显示出关于Soyuz航天器的控制的用户表现结果和评估。

在训练/游戏结束之后，指令员按下停止按钮，复位俯仰框架，并且解开安全带。用户随后可以离开座椅。

所要求保护的模拟器可以被预先调节以便匹配具体的用户特征(身高、身体参数等等)。具有侧面监视器的控制面板可以被设定在使得用户可以方便地看到屏幕并且控制模拟飞行的高度。所有的组件都位于圆形支撑结构内，从而使得模拟器是紧凑的。