赵守强 赵天翔 李怀元 宋强

摘 要：直升机海上救援模拟平台中的核心部分就是救生舱，所有的救援行动都要依托救生舱进行。现在我们国家进行直升机救援训练时主要进行的科目有11个，分别是模拟任务流程培训、模拟陆地吊运培训、模拟机组人员沟通培训、模拟吊运担架、模拟甲板吊运、模拟浮标吊运、模拟水中吊运以及心理训练、特殊情况训练等。因此，设计模拟救生舱时不但要考虑搭载负荷强度，还要满足这些科目的训练要求。

关键词：直升机；救援平台；模拟舱

中图分类号：V249.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）27-0087-02

Abstract： The core part of the helicopter sea rescue simulation platform is the rescue capsule. All rescue operations must rely on the rescue capsule. At present， there are 11 major subjects in helicopter rescue training in our country. They are simulated task flow training， simulated land lifting training， simulated aircrew communication training， simulated lifting stretcher， simulated deck lifting， simulated buoy lifting， simulated underwater lifting， psychological training， special circumstances training and so on. Therefore， not only the load intensity， but also the training requirements of these subjects should be taken into account in the design of the simulated lifeboat.

Keywords： helicopter； rescue platform； simulation cabin

1 概述

早在1947年，我国就在北海、东海、南海等海域组建了直升机海上救援队。救援队全天待命，随时准备应对突发情况，各自负责本海域的海上搜寻救援工作。可以看出来，在海上交通安全保障的问题上，国家交通部以及有关部委高度重视，并给予了很大的支持力度，在多方面的共同努力下，海上救援的技术、设施、体系、政策都有了很大的进步，越来越完善。经过十多年的发展，我们的海上直升机救助飞行队更加专业，装备更新换代及时，救助水平更加高。但尽管如此，对比国外发达国家的技术、体系，我们还有很多不足，还有很长的路要走。当出现恶劣海况，或者是能见度低以及夜间救援的技术还不完善；救助训练模拟技术不完善；对人员的保障能力不足，还无法完全保证搜救行动的零问题进行。

针对以上所说的情况，为了解决这些问题，为了更好提高海上搜救水平，尤其是恶劣海况下的搜救行动，搭建一个模拟救援训练平臺就显得尤为重要。通过充分的理论分析以及结合实际救援状况，这个模拟训练平台需要性能优良、安全系数有保障，尤其是模拟直升机救援舱，要立足模拟训练，尽量贴合实际来设计。

2 模拟舱结构设计要求

直升机海上救援模拟平台中的核心部分就是救生舱，所有的救援行动都要依托救生舱进行。在模拟救援过程中，模拟舱内主要有5人：主控1人，相当于直升机上驾驶员，负责操作模拟舱的控制面板，控制天车系统运动，配合绞车手，使模拟舱移动到救援位置；绞车手1人，负责在救生舱门处控制绞车的升降、速度，为主控提供视野，配合吊起遇险人员；救生员；救生员1人，当模拟舱到达指定“海域”，救生员穿好安全衣，通过与绞车连接，悬垂下到指定海域实施救援；救生员教练1人，负责指导整个救援过程，并对主控、救生员、绞车手进行评价；最后是模拟被救人员1～2人。现在我们国家进行直升机救援训练时主要进行的科目有11个，分别是模拟任务流程培训、模拟陆地吊运培训、模拟机组人员沟通培训、模拟吊运担架、模拟甲板吊运、模拟浮标吊运、模拟水中吊运以及心理训练、特殊情况训练等。因此，设计模拟救生舱时不但要考虑搭载负荷强度，还要满足这些科目的训练要求。

2.1 模拟舱设计特点

2.1.1 模拟舱设计特点

虽然设计模拟舱时参考了其他领域模拟器的设计原则，但是海上悬停救援直升机模拟舱需要悬挂在空中快速移动，并且能够实现随时停止移动，因此该模拟舱具有自己独特的特点：

（1）重视刚度设计。在模拟训练过程中模拟舱所承受的载荷主要是天车系统运动以及舱内人员的进行模拟训练时所产生的动载荷。因此，为了最大程度的降低模拟舱的动态耦合效应，应该在设计时尽量避免模拟舱的运动频率与低阶模态重合，从而降低模拟舱在救援过程中所承受的载荷，满足刚度要求。

根据查阅的资料，模拟训练平台中的模拟舱结构主要有铁笼结构跟桁粱结构。在实际的模拟救援过程中，模拟舱由于在运动状态，因此会出现稳定性不好的问题，而且模拟舱结构直接决定固有频率，因此，选择合适的结构对于增强模拟舱稳定性、符合刚度要求就至关重要。（2）模拟舱轻量化设计。六自由度平台由于其型号及成本限制承载能力，因此在设计吊挂在其下方的模拟舱时必须要考虑模拟舱的结构重量。在符合刚度、安全的前提下，尽量将模拟舱的结构重量降低，便可以提高舱的承载能力，提高天车系统、六自由度平台的使用寿命。（3）提高模拟舱空间利用率。我们的模拟舱外形是尽量贴合S-76C+救援直升机而设计的，因此外形以及内部空间受到严格的限制，为了在使用过程中增强使用舒适度以及承载能力，必须将结构设计紧凑，从而达到提高空间利用率的要求。（4）使用寿命要长。直升机海上救援模拟平台作为一个重要且造价高昂的实验平台，在合理维护的前提下，其使用寿命要尽可能长，从而要在设计时要考虑疲劳寿命问题。

2.1.2 模拟舱设计品质要求

在设计模拟舱的过程中，必须要考虑的几个因素中风险、成本以及使用性能占有主要地位。因此，在设计过程中我们应该遵循以下原则：（1）技术继承程度。技术继承程度是指我们在设计过程中所使用的技术中直接利用现有技术所占的比例。技术继承程度高，我们的设计工作能直接借鉴、参考的成熟技术就越多，符合国标的零件也越多，能够起到事半功倍的效果。（2）安全性。模拟舱在使用时悬挂在天车下方，距离地面高度有十几米，因此，救生舱的安全可靠就更加重要。在设计时，应该充分考虑模拟舱的工作环境，优先采用成熟可靠设计方案。除此之外，我们在设计中，应该尽量降低机舱对动载荷的敏感度，并且尽量减少模拟舱内零件的数量，尽量采用简单的机舱结构。（3）制造加工。為了最终将模拟舱制造并投入实际教学中，在设计时考虑制造加工的难易程度、可实现性以及成本就很有必要。应该优先采用成熟的设计方法、技术、材料，优先考虑国家标准件的使用。

2.2 直升机飞行数据

直升机海上救援模拟系统中，直升机的飞行姿态对模拟舱的影响不能忽略。于是我查阅了中国交通运输部北海飞行队的B-7309海上救助直升机的飞行数据，作为模拟舱设计时的参考，为模拟舱的设计提供了十分可靠的依据。

对实验数据进行分析，获得的三向加速信号、飞机的俯仰角以及横滚角，如表1所示。

分析以上图表中的数据，我们可以对加速度与转动角度得出结论：

加速度：加速度峰值在X向与Y向的均低于0.4g，在Z向低于0.5g；整个过程中加速度信号的带宽大概在4Hz左右。

转动角度：横滚角、俯仰角均在2Hz附近有谐振峰出现；横滚角变化范围是-8°～10°，俯仰角变化范围为-6°～14°。

将以上数据滤波为4Hz并进行反解，得到六自由度平台中各个缸的运动参数，利用ADAMS进行仿真，得到电动缸的运动参数，从而可以在六自由度平台上模拟出直升机的飞行姿态，为模拟舱设计提供依据。

2.3 模拟舱的设计总体要求

为了尽量贴近实际救援情况进行模拟，模拟舱设计将以S-76C+型救援直升机的中段客舱部分为标准，结合实际情况，首先考虑刚度及安全性要求，其次设计内部的零件布置，最大限度的模仿外形与内部结构，更好的实现其模拟救援的功能性。根据这些原则以及实验数据，提出模拟舱的总体设计规范：（1）模拟舱的内部尺寸：长2460mm，宽1930mm，高1350mm；（2）模拟舱的自身重量：不超过1800kg；（3）模拟舱的承载能力：不低于1000kg；（4）模拟舱的运动轨迹：能实现到达任意指定位置的水平运动、垂直运动；（5）模拟舱的材料规范：具有良好的刚度与强度，易加工。

3 结束语

本文介绍了直升机模拟舱的总体设计要求，通过参考其他领域模拟器提出设计构想，与实际情况结合，进行理论分析，之后通过综合查阅的直升机飞行姿态数据提出模拟舱的最终尺寸要求、重量要求、承载能力要求、运动轨迹以及材料要求，为接下来继续深入设计模拟舱打好基础。

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