T-CSAA 39-2025 飞行模拟机六自由度运动系统通 用规范

中国航空学会发布飞行模拟机六自由度运动系统通用规范Generalspecificationforsix-degsystemofflightsimulator2025-7-17发布2025-10-1实施 1范围 12引用文件 13术语和定义 14要求 24.1功能及组成 24.2负载要求 24.3性能 4.4环境适应性 44.5可靠性 54.6维修性 54.7保障性 54.8测试性 54.9安全性 54.10电磁兼容性 6 64.12尺寸和重量 7 74.14外观质量 7 75质量保证规定 75.1检验分类 7 75.3鉴定检验 75.4质量一致性检验 9 96交货准备 6.5标志 本文件依据T/CAS1.1—2017《团体标准的结构和编写指南》的有关要求编写。本文件由中国航空学会提出并归口。本文件起草单位：北京摩诘创新科技股份有限公司、中航西安飞机工业集团股份有限公司、中国直升机设计研究所、北京蓝天航空科技股份有限公司。本文件起草人：邱思、吴晓娟、祁海莉、陈伟、赵雷、郝建飞、张洁、孙伟、薛长宝、惠佳鹏、王建军、张建国、虞操、张俊杰、璩龙辉。考虑到本文件中的某些条款可能涉及专利，中国航空学会不负责对任何该类专利的鉴别。本文件首次制定。1本文件适用于飞行模拟机六自由度运动系统的订购和验收，设计和制造可参考使用。工程模拟2引用文件下列文件中的内容通过文中的引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期GB/T17799.2-2023工业环境中的抗扰度3术语和定义AC-60-FS-2019-006和AC-60-FS-2019-008界定的以及下列术语和定义适用于本文件。提供纵向、横向、垂向、横滚、俯仰、偏航六个自由度瞬时过载和纵向、横向自由度持续过载将能量(液压能、气动能或电能)转化为机械运动的执行元件。2铰支座jointblock4.1功能及组成六自由度运动系统一般由上铰支座、作动筒、下铰支座、地基板、控制柜和控制软件等组成，a)能产生纵向、横向、垂向、横滚、俯仰、偏航六个自由度具有协调性的运动(力的提示);b)能提供驾驶员可以感知的运动(力)提示，该提示代表了飞行器的运动；针对上铰支座以上部分的重量(kg)参数应满足用户要求。4.2.2负载分布a)水平最大重心偏移(m);b)垂向最大重心高度(m);e)绕Z轴最大转动惯量(kg·m²)。34.2.3最大过载满足所有轴向过载不小于2g的要求。4.3性能满负载工况下，纵向、横向、垂向单自由度的直线正负向最大位移(m)和横滚、俯仰、偏航单自由度的旋转正负向最大角度(°)应满足用户要求。4.3.2速度满负载工况下，纵向、横向、垂向单自由度的正负向最大线速度(m/s)和横滚、俯仰、偏航单自由度的正负向最大角速度(°/s)应满足用户要求。4.3.3加速度满负载工况下，纵向、横向、垂向单自由度的正负向最大线加速度(m/s²)和横滚、俯仰、偏航单自由度的正负向最大角加速度(°/s²)应满足用户要求。4.3.4加速度变化率满负载工况下，纵向、横向、垂向单自由度的正负向最大线加速度变化率(m/s³)和横滚、俯仰、偏航单自由度的正负向最大角加速度变化率(°/s³)应满足用户要求。4.3.5频率响应满负载工况下，纵向、横向、垂向、横滚、俯仰、偏航单自由度频率响应应满足表1要求。振幅比(不超过)相位(不超过)4.3.6阶跃响应满负载工况下，频率为0.2Hz,幅值为每个自由度最大位移5%的方波输入信号，运动系统响应方波信号的滞后时间小于0.05s。4.3.7阻尼满负载工况下，频率为0.2Hz,幅值为每个自由度最大位移5%的方波输入信号，运动系统每一个相应自由度的位移响应无超调，或超调量不大于5%,超调次数不大于1。4.3.8稳态精度满负载工况下，实际位置与指令要求位置之间的稳态误差小于全行程的±1%。44.3.9交叉耦合满负载工况下，当被驱动作动筒的输入信号幅值是作动筒满量程的10%时，未被驱动作动筒产生的交叉耦合运动不超过其幅值的1%。4.3.10平滑性(回转)满负载工况下，当使用频率0.5Hz、幅值为最大位移10%的正弦信号进行垂向运动时，加速度满负载工况下，采用相同的纵向、横向、垂向、横滚、俯仰、偏航阶跃信号多次驱动运动系统满负载工况下，运动系统进行特征抖振模拟时，应在总体上正确表现出飞行数据的曲线形状和变化趋势，在至少3个尖峰频率上误差不超过±2Hz。满负载工况下，使用频率0.5Hz、速度幅值为最大速度10%的正弦信号进行垂向运动时，距离运动系统下铰支座外侧1m,距离地面1.5m处的噪声不高于60dB。满负载工况下，使用速度幅值为最大速度100%的正弦信号进行垂向运动时，距离运动系统下铰支座外侧1m,距离地面1.5m处的噪声不高于80dB。4.3.14稳定性满负载工况下，在任何一个稳态位置或以自由度最大速度5%的速度匀速运动时，加速度不大于4.3.16漂移满负载工况下，连续运行20h以上，任何一个作动筒的位置漂移不超过满量程的±1%。满负载工况下，连续工作时间不小于20h。4.3.18响应时间满负载工况下，响应时间不超过50ms。4.4环境适应性a)存储温度：-10℃~+45℃;5b)工作温度：0℃~+40℃;c)工作和存储湿度：不大于85%(不凝露)。4.5可靠性应满足平均故障间隔时间(MTBF)不小于5000h。4.6维修性a)平均故障修复时间(MTTR):不大于1h;b)最大故障修复时间：不大于12h;4.7保障性应采用通用的保障设备，并满足通用化、组合化、小型化要求，如采用专用保障设备应征得用户同意。4.8测试性b)具备对外部通讯数据和安全互锁信号的在线监测能力；c)故障检测率：不小于95%;d)故障隔离率：不小于95%;e)具有位移、速度、加速度、加速度变化率、频率响应、阶跃响应、阻尼、交叉耦合、平滑性(回转)、可重复性、特征抖振、稳定性、支柱协调等性能指标的自动测试功能，能够4.9安全性4.9.1机械缓冲4.9.2快速运动运动系统接收“冻结”或“解冻”指令，以及正常状态切换时(如回到初始状态、自动演示模式等),都不允许产生快速运动。4.9.3突变运动4.9.4位置、速度、加速度保护64.9.5电气连锁应采用自动连锁保护措施，只有连锁机构(如座舱门、登机桥等)处在安全位置和在正确操作顺序下才能启动运动系统。在运动系统工作时，如果连锁电路不满足约束逻辑条件，运动系统应立即报警并下沉到安全位置。4.9.6指令保护维修模式下应能自动屏蔽外部控制指令。4.9.7紧急停止应具有紧急停止功能，并提供物理按键，紧急停止触发后应能停到当前位置或回到底位位置。4.9.8应急响应监测到故障时，能够停到当前位置或回到底位位置。4.9.9安全标志应在明显位置配备警告标志，降低碰撞风险。关系到人、机安全的部位，如强电、高温、挤压等，应有醒目的标记、说明、防护保险措施。4.9.10机械设计机械强度满足所有轴向过载不小于2g的要求。整个包线内不应出现奇异位置或干涉情况。无论是单个作动筒位置，还是全部作动筒位置的组合，均不得导致运动系统处于不安全的方位和姿态。在设计环节对所有结构部件进行强度分析与校核，确保各部件安全系数不小于2。4.9.11表面处理及连接各零部件应无毛刺、尖边或其他扎伤、划伤安全隐患，应妥当安置，不会发生跌落、滑脱现象。应保证连接的牢固和稳定，重要的紧固件要有防松措施和防松标记。4.9.12系统保护在电气电路设计上应具有过流、过压、短路等保护功能。气动和液压运动系统在电气电路保护的同时还应设计气压、液压检测等连锁保护功能。4.10电磁兼容性电磁兼容性应满足GB/T17799.2-2023和GB/T17799.4-2023的要求。应采取有效的接地、屏蔽和隔离措施，确保在飞行模拟机中能够兼容工作。基本的电磁兼容措施应满足如下要求：a)线路敷设采用电源线和信号线隔离措施；b)信号地线和功率地线应充分考虑耦合串扰；c)敏感线路及部件应加装屏蔽罩及滤波器；d)布线合理规化，避免天线效应产生电磁辐射及干扰；e)伺服线缆和通信线缆采用专用屏蔽线缆。4.11接口4.11.1机械接口机械接口要求如下：7b)设计并提供与外部系统的集成接口，如飞行模拟机、地基基础、停机高度等；d)控制柜预留有对外联锁保护接口，供其他系统选用，可进行安全互锁的配置连接。4.11.3软件接口预留有输入输出接口，可以根据需要接收角度、角速度、角加速度、线加速度等外部数据，并4.12尺寸和重量4.13能耗4.14外观质量产品表面无划痕、碰伤、裂缝、变形等缺陷；产品外表面涂层不应起泡、堆积、龟裂和脱落；4.15标志和代号应根据需求安装产品铭牌，铭牌应包括型号、5质量保证规定b)质量一致性检验。5.2检验条件b)工作环境湿度：不大于85%(不凝露)。除另有规定外，鉴定检验的项目和顺序按表2的规定。检验过程中所有用到的检验设备需经过8校准并在有效期内，检验设备的精度、量程等满足检验项目的具体要求。检验项目1●●一2负载●O一3●●●4●●5●●●6●●●7●●●8阶跃响应●●9阻尼●●●●●◎●平滑性(回转)●●●○●●●●●噪声●●●●●·支柱协调●●●●●一连续工作时间●●一响应时间●●●●一一·一一●一一●一一●一一●●●●●●●●安全性-位置、速度、●一一●●●安全性-指令保护●●●●●●●●●●●●●一一安全性-表面处理及●●●9表2(续)检验项目安全性-系统保护●OO电磁兼容性●一一接口●O一●O一能耗●●O●●●标志和代号●●●5.3.2检验样品数检验样品的数量为1台(套)。5.3.3合格判据若样品的鉴定检验项目全部符合要求，则鉴定合格。只要有一项检验项目不符合要求，则应找5.4质量一致性检验除另有规定外，质量一致性检验项目和顺序按表2的规定。5.4.2检验分组a)逐件检验：检验项目应按表2的规定进行100%检验，检验合格后方可交付；b)周期检验：产品每隔一段时间(如一年或两年)进行性能检验，确认产品性能没有随时间5.4.3检验数量周期检验的检验数量为1台(套)。5.4.4合格判据表2中的逐件检验和周期检验项目只要有一项不合格，则该产品不合格，承制方应对不合格的5.5检验方法5.5.2负载验证5.5.3位移验证满负载工况下，以中立位置为起始位置开始进行位移验证。驱动运动系统分别从中立位置运行到各个单自由度的最大位移处。测量并记录各个自由度的实际位移量。5.5.4速度验证满负载工况下，以中立位置为起始位置开始进行速度验证。驱动运动系统分别从中立位置进行各个单自由度的正弦运动，正弦速度幅值为要求的最大速度，待至少连续5个周期检测到最大速度值后，驱动运动系统，使正弦速度幅值降为0。验证过程中，角速度可通过传感器采集，线速度可通过传感器采集的线加速度积分获得。5.5.5加速度验证满负载工况下，以中立位置为起始位置开始进行加速度验证。驱动运动系统分别从中立位置进行各个单自由度的正弦运动，正弦加速度幅值为要求的最大加速度，待至少连续5个周期检测到最大加速度值后，驱动运动系统，使正弦速度幅值降为0。验证过程中，线加速度可通过传感器采集，角加速度可通过传感器采集的角速度微分获得。5.5.6加速度变化率验证根据加速度的测量结果，计算对应的加速度变化率。其中加速度变化率的计算按公式(1):Jerk——加速度变化率；f——信号频率；aamp——运动系统正弦加速度幅值。5.5.7频率响应验证频率响应验证方法包括点频、扫频、随机噪声等，可根据需求选择任一种方法进行验证。验证时，满负载工况下，驱动运动系统分别从中立位置为起始位置在纵向、横向、垂向、横滚、俯仰、偏航等自由度上进行相关频率信号的运动。测量并记录运动系统各个自由度的实际加速度和指令加速度，并计算不同频率对应的幅值衰减和相位滞后。其中幅值衰减的计算按公式(2):式中：IG(jw)|——幅值衰减；aactu——运动系统的实际加速度幅值；acom——运动系统的指令加速度幅值。相位滞后的计算按公式(3):f——信号频率；△t——运动系统实际运动相对指令运动的滞后时间。满负载工况下，以中立位置为起始位置开始进行阶跃响应验证。输入频率为0.2Hz,幅值为每个自由度最大位移相应电信号5%的方波信号，对各个自由度分别进行阶跃响应测试，监测、记录位移曲线，根据记录的曲线，测量实际位移开始变化时间和方波信号开始变化时间的差值，即为滞后时满负载工况下，以中立位置为起始位置开始进行阻尼验证。输入频率为0.2Hz,幅值为最大位移相应电信号5%的方波信号。对各个自由度分别进行阻尼测试，监测、记录指令位置和实际位置曲线。根据记录的曲线，计算各个自由度的超调量和超调次数，若计算结果不超过方波幅值的±5‰,则认为无超调。若实际方波最大位置的绝对值小于方波幅值绝对值的99%,则认为不符合要求。%OS=(PactuAmp-PcomAmp)/PcomAmp*100%…………Pactuamp——方波实际最大位置；PcomAmp——方波指令位置幅值。满负载工况下，以中立位置为起始位置开始进行稳态精度验证。驱动运动系统分别从中立位置向各自由度的指令位移处运动。测量并记录各个自由度的实际位移量，并计算对应稳态精度。其中稳态精度的计算按公式(5):式中：ess——稳态精度；Pcom——指令位移。满负载工况下，以中立位置为起始位置开始进行交叉耦合验证。驱动任意一个作动筒从中立位置运动，作动筒的位移量为作动筒最大行程的10%。测量并记录六个作动筒的实际位移，计算未被驱动作动筒产生的交叉耦合。其中未被驱动作动筒产生的交叉耦合的计算按公式(6):crosS——未被驱动作动筒产生的交叉耦合；LiEnd_static——运动稳定后第i根未被驱动作动筒的伸长量；LiStart_static——中立位置时第i根未被驱动作动筒的伸长量；Lmove——被驱动作动筒的伸长量。5.5.12平滑性(回转)验证满负载工况下，以中立位置为起始位置开始进行平滑性(回转)验证。使用频率为0.5Hz、幅值为垂向最大位移10%的正弦信号进行垂向运动，采用加速度计采集记录运动系统垂向自由度的实际加速度曲线，并使实际加速度曲线和指令加速度曲线的时间轴相同，计算实际加速度与指令加速度满负载工况下，采用纵向、横向、垂向、横滚、俯仰、偏航阶跃信号(应确保每个自由度上的加速度或角速度应最少能够达到最大加速度或角速度能力的三分之二)驱动运动系统进行动感模拟，采用相同的纵向、横向、垂向、横滚、俯仰、偏航阶跃信号驱动运动系统进行动感模拟，采集记录运动系统实际线性加速度曲线，与基准满负载工况下，以试飞或仿真振动数据作为参考，驱动运动系统进行特征抖振模拟，采集记录运动系统实际线性加速度曲线。使用快速傅里叶变换(FFT)算法，将参考数据和实际数据的时间历程曲线处理为功率谱密度(PSD)曲线，比较两者容差。满负载工况下，以中立位置为起始位置开始进行噪声验证，且过程中保持测试环境安静，背景噪声不超过50dB。驱动运动系统从中立位置进行垂向自由度的正弦运动，速度的10%,在距离运动系统下铰支座外侧1m,距离地面1.5m处测量并记录噪声。驱动运动系统从中立位置进行垂向自由度的正弦运动，速度幅值为最大速度，在距离运动系统下铰支座外侧1m,距离地面1.5m处测量并记录噪声。5.5.16稳定性验证满负载工况下，以中立位置为起始位置开始进行稳定性验证。驱动运动系统分别进行纵向、横向、垂向三个自由度位移三角波运动，三角波的频率为0.04Hz,速度为对应自由度最大速度的5%,运动期间采集记录运动系统纵向、横向、垂向自由度的实际速度和加速度，并读取匀速运动时的自运动期间采集记录六个作动筒的实际位置曲线，并读取六个作动筒之间的最大响应时间差，根据最其中相位差的计算按公式(7):式中：∠G(jw)——相位滞后；0.1g,运动期间采集记录纵向、横向、俯仰、横滚和偏航的寄生加速度(或角加速度)曲线，并读取各自由度寄生加速度(或角加速度)的最大值。满负载工况下，以中立位置为起始位置开始进行漂移验证。驱动运动系统进行连续20h的垂向正弦运动，速度幅值为垂向最大速度的5%,位置幅值为垂向最大位移的5%,在开始运动时采集记录六个作动筒的位置曲线，在连续运动20h后再次采集记录六个作动筒的位置曲线。并读取计算六5.5.19连续工作时间验证满负载工况下，以中立位置为起始位置开始进行连续强度验证。驱动运动系统进行连续20h的垂向正弦运动，速度幅值为垂向最大速度的5%,位置幅值为垂向最大位移的5%,观察记录连续运动20h过程中，运动系统是否有异常。满负载工况下，运动系统处于正常飞行工作状态时，通过外部飞行数据通讯接口，分别输入纵向加速度、横向加速度、垂向加速度、横滚角速度、俯仰角速度、偏航角速度阶跃信号，采集记录在运动系统静止于中立位置或动感模拟过程中，发送“冻结”或“解冻”指令，采用加速度计通过实际测量进行验证。运动系统静止于中立位置时，断开外部电源，采用加速度计采集记录根据需求输入较大信号，如位移较大的复合自由度位移运动，观察当超过作动筒设定的位置、速度、加速度限值时运动系统的响应；或提供符合性和能力声明。5.5.26.5电气连锁验证将运动系统电气连锁接口中的各组连锁信号手动设置为“条件满足”和“条件不满足”两种状态，向运动系统发送离开底位或回到底位指令，观察运动系统的响应情况。