本案是以申请日为2013-05-22，申请号为201380029721.9，名称为“一种枪械反冲模拟的方法和装置”的发明专利为母案而进行的分案申请。
背景技术：
一个实施例涉及枪械的反冲模拟。更具体地讲，一个实施例提供了一种模拟选定常规枪械反冲的方法和装置。一个实施例另外提供了一种激光器以模拟用该方法和装置模拟的枪械所发射的子弹的路径。
除枪法外，军事人员、执法人员和普通公民的枪械训练越来越多地涵盖角色扮演和决策。所述训练通常包含与角色扮演者进行较量和/或应对投射在受训者前面屏幕上的情景。
虽然有自复屏幕可供进行常规枪械训练，但使用此类系统需要适合使用常规枪械的场所。而且，此类系统价格昂贵且可能并不可靠。尽管已经开发出常规枪械的替代品，包括彩弹、simunitions，和使用激光器来展示射出的子弹所经过的路径。
但是，此类替代品并不能复制发射含有实际弹药的实际武器的所有基本特征，而且现有的替代品限制了训练能运用到真实枪械的使用中的程度。在各个实施例中，要复制的常规枪械的特征可能包括尺寸、重量、握把构造、扳机臂长、扳机扣压力、瞄准器类型、准确度水平、重新装填弹药的方法、操作方法、控制机构的位置和操作以及反冲。
真实的反冲是最难复制的特征。无法让受训者习惯于特定枪械产生的反冲是使用各种枪械训练模拟装置中最不利的因素之一。反冲不仅迫使枪械射手射击后必须重新瞄准瞄准器，而且还迫使射手必须适应于与枪械所发射的特定子弹的能量相称的不舒适度。反冲在全自动射击中比在半自动射击中难控制得多，这就使得反冲和循环射速在保证模拟训练运用到实际枪械的使用中很重要。
虽然所附权利要求书中指出了以下所示和所述的本发明的某些新颖的特征，但并无意将本发明限制于说明的细节。该领域普通技术人员应明白，在不偏离本发明精神的前提下，可对所述设备的形式和细节及其运行做出各种省略、改进、替换和改动。除非明确表述为“关键性的”或“实质性的”，否则不得视为本发明的关键性或实质性特征。
技术实现要素：
一个实施例提供了一种其反冲能模拟发射特定大小和类型子弹的反冲量模式的枪械训练模拟装置。在一个实施例中，该方法和装置可包含用于投射所模拟的特定枪械发射的子弹的路径的激光束投射器。
在各个实施例中，该方法和装置还可模拟特定枪械更多的操作，如瞄准、枪械控制机构的定位和枪械的各种控制操作方法。能模拟的特定枪械包括m-4a1、ar-15或m-16步枪和其他一些常规枪械。
在一个实施例中，该方法和装置可通过扳机组件、枪栓和线性电动机控制。在各个实施例中，该方法和装置能模拟半自动射击和全自动射击方式。在各个实施例中，全自动射击方式模拟的循环射速基本与常规自动步枪的相同。
一个实施例提供了一种基本能追踪所模拟的枪械发射的实际子弹的路径的激光器。一个激光发射器可装在枪械模拟主体的枪管中。在一个实施例中，激光发射器可有效地连接到控制器上，所述控制器又可有效地连接到反冲上。开关的一个实施例可为由自枪栓向前伸出的开关杆促动的滚轮开关。当扣压扳机后枪栓向前移动，开关杆与开关的滚轮啮合，从而压下开关，开动激光器。另一个实施例使用接近开关，所述接近开关安装在枪栓向前移动时可使磁铁与其接触的位置。优选位置邻接枪管和上机匣之间的接合点。固定在枪栓上的磁铁的结构应能使磁铁在枪栓位于其最前端位置时被带到接近所述接近开关，以使接近开关开动激光器。
一个实施例提供了一种使用者可对传递给其的反冲水平编制程序的方法和装置。
一个实施例提供了一种能进行半自动和全自动操作的方法和装置。
一个实施例提供了一种使用者可对其不同的全自动射击循环射速编制程序的方法和装置。
一个实施例提供了一种包含能基本沿所模拟的枪械发射的子弹的路径投射激光的激光器组件的方法和装置。
一个实施例提供了一种使用可控制滑块并有效地连接到控制器上的线性电动机来模拟常规枪械的反冲的方法和装置。
线性电动机可看作其定子和转子展开以产生沿纵向长度的线性力而不产生转矩(即通过转动)的电机。常规线性电动机最常见的运行方式是作为洛伦兹执行机构，其中作用力与电流和磁场成线性比例关系。
目前已提出很多种线性电动机设计，可分成两大类：低加速度和高加速度线性电动机。低加速度线性电动机适合于磁悬浮列车和其他陆基运输应用。高加速度线性电动机通常长度较短且设计用于将物体加速至非常高的速度，例如参看轨道炮。它们通常用于超高速碰撞的研究，用作武器或航天器推进的质量投射器。高加速度电动机通常为气隙一侧是有源三相绕组、另一侧是无源导体极板的交流线性感应电动机(lim)。但是，直流同机线性电动机轨道炮是另一种高加速度线性电动机设计。低加速度、高速和大功率电动机通常是线性同步电机(lsm)设计，气隙一侧是正极绕组，另一侧是一组交替磁极磁铁。这些磁铁可为永久性磁铁或励磁磁铁。transrapid上海电动机是一种lsm。
线性电动机采用直流电磁原理。在不使用凸轮、齿轮、传送带或其他机械装置的情况下，电磁力能提供直接的线性运动。电动机仅由两部分构成：滑块和定子。滑块是一种由不锈钢管构成的精密组件，不锈钢管两端为螺纹固定孔，其中装满钕磁铁。定子由线圈、滑块轴承、位置传感器和微处理器插板构成，专用于恶劣的工业环境中。
螺线管是绕成压紧的螺旋结构的线圈。术语“螺线管”是指一圈长而细的金属线(通常绕在金属芯上)，当有电流通过时，会产生磁场。术语“螺线管”特指用于在一定的空间中产生均匀磁场的线圈(某些实验可能在此空间中进行)。在工程学中，术语“螺线管”还可指各种将能量转换成直线运动的转换器器件。该术语通常用于指电磁阀，电磁阀是一种集成器件，其中的机电螺线管可开动气动阀或液压阀，或电磁开关。电磁开关是一种特定类型的继电器，内部使用机电螺线管来操作电气开关；如汽车启动器螺线管或线性螺线管都是机电螺线管。
机电螺线管由电磁感应线圈绕在可动钢或铁芯(称为电枢)上构成。线圈的形状使电枢能进入和离开中心以改变线圈的电感，从而成为磁铁。电枢用于向某一机构提供机械力(如用于控制气动阀)。虽然通常对任何事物的作用较弱，但距离很短，因此螺线管可通过控制电路直接控制，因此反应时间非常短。施加在电枢上的力与相对于电枢位置的变化的线圈中电感的变化和流过线圈的电流成比例(参见法拉第电磁感应定律)。施加在电枢上的力总是使电枢向增加线圈电感的方向移动。电枢为铁磁性材料。
自由后座是枪械未从后面支承所产生的反冲能的行业术语或行话。自由后座指发射时传递给轻武器射手的平移动能(et)，非国际度量单位用焦耳(j)和英尺磅力(ft.lbf)表示。更一般地讲，该术语指独立式枪械的反冲，与用枪栓牢固固定或用大而重的座架或墙壁撑牢的枪械相对。
自由后座不应与反冲混淆。自由后座是指定用于轻武器传送给射手的平移动能的名称。而反冲则是指定用于动量守恒的名称，因为它普遍适用于日常事件。
自由后座有时称为反冲能，是枪械弹膛(金属弹匣枪械)或后膛(黑火药枪械)中所装的火药产生的推进力的副作用。自由后座的物理作用在火药在枪械中引爆后火药中的化学能转换成热力学能时产生。该能量然后转移到子弹的底座，再到弹匣或后膛的后部，将枪械向后推向射手，同时射弹沿枪管向前推到枪口，射弹速度增加。枪械向后的能量为自由后座，而子弹向前的能量为初能。
自由后座的概念来自于总反冲能的可承受度。根本无法算出枪械的净反冲能(也称作后座感)。因为即使能计算出由于以下因素造成的反冲能损失：枪口制退器、反冲操作的机械装置或气体操作的机械装置；反冲抑制水银管；反冲减低托垫和/或手握把；射击背心或手套；但是却无法计算出人为因素。
自由后座可看作是对反冲能的科学的测量单位。射手可承受自由后座的舒适度为个人感知，就像他对室内或室外温度感觉有多舒服的个人感知一样。
有很多因素能决定射手对其轻武器的自由后座有何种感知。这些因素包括但不限于：主体质量；枪架；经验；射击位置；反冲抑制设备；轻武器适合性或环境应激源。
有好几种不同的方法可计算自由后座。但是，最常见的两种是动量简式和全式。
这两种形式会得到相同的值。全式需要两个等式时，简式只使用一个等式。使用全式时，必须先提供枪械的速度。轻武器的速度已知后，其自由后座可用平移动能等式算出。可按下述进行计算：
动量短式：
etgu＝0.5*mgu*[[(mp*vp)*(mc*vc)]/1000]2/mgu2
动量长式：
vgu＝[(mp*vp) (mc*vc)]/(1000*mgu)及
及
etgu＝05*mgu*vgu2
其中：
etgu为轻武器的平移动能，用焦耳(j)表示。
mgu为轻武器的重量，用千克(kg)表示。
mp为射弹的重量，用克表示(g)。
mc为火药的重量，用克表示(g)。
vgu为轻武器的速度，用秒每米(m/s)表示。
vp为射弹的速度，用秒每米(m/s)表示。
vc为火药的速度，用秒每米(m/s)表示。
1000为将等式调整为千克的换算因数。
在各个实施例中，线性电动机包括滑块/滑杆，所述滑块/滑杆包含每个均具有南极和北极的多个单独的磁铁。在各个实施例中，所述多个单独的磁铁纵向排列成相邻磁铁的同极相互面对。在各个实施例中，所述多个单独的磁铁纵向排列成相邻磁铁的异极相互面对。在各个实施例中，滑块/滑杆中所述多个单独的磁铁包括2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、19、20、25、30、35、40、45和/或50个磁铁。在各个实施例中，磁铁的数量在上列数字中任一两个之间。
在各个实施例中，线性电动机包含多个时间和/或电流量可相互独立控制的电磁线圈。在各个实施例中，所述多个可独立控制的电磁线圈在时间和/或电流量和/或电流方向方面每个可相互独立地控制。
在各个实施例中，所述多个可独立控制的电磁线圈中每个电磁线圈可包含多个分线圈段，所述分线圈段相互间隔开但彼此电气串联起来形成单个可独立控制的电磁线圈。在各个实施例中，在所述多个线圈的第二可独立控制的电磁线圈的两个间隔开的分线圈中间，至少设置了一个所述多个线圈的第一可独立控制的电磁线圈的分线圈。
在各个实施例中，线性电动机包括多个可独立控制的电磁线圈，所述电磁线圈纵向相互对齐并紧密间隔排列，其中至少两个相邻的可独立控制的电磁线圈通电后产生极性相反的磁场。在各个实施例中，线性电动机包括多个可独立控制的电磁线圈，所述电磁线圈纵向相互对齐，其中相邻的可独立控制的电磁线圈同时通电以产生极性相反的磁场。
在各个实施例中，线性电动机包括多个可独立控制的电磁线圈，所述电磁线圈纵向相互对齐并紧密间隔排列，滑动地连接到磁铁滑块上，所述磁铁滑块包括多个纵向对齐的相邻磁铁，其中线性电动机通过根据所述多个磁铁中的特定磁铁向所述多个可独立控制的电磁线圈中的特定线圈的接近度来改变流过可独立控制的线圈中的电流以使磁铁滑块产生运动。
在各个实施例中，所述多个线圈中的所述多个可独立控制的电磁线圈包含至少2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、19、20、25、30、35、40、45和/或50个可独立控制的线圈。在各个实施例中，可独立控制的电磁线圈的数量在上列数字中任一两个之间。
以上这些和本发明的其他目的以及各个表现本发明特性的新颖性特征在附加在本公开中并构成其一部分的权利要求中详细指出。参考以下附图和说明图示的本发明优选实施例的描述性内容以更好地理解本发明、其操作优势和使用它能够达到的目的。
附图说明
综合考虑下面对本发明的详细说明，能更好地理解本发明和除上述以外的其他目的。下述说明参考了附图，其中：
图1为枪械训练系统的一个实施例的侧视图。
图2为图1中所示系统的模拟枪械主体的侧视图。
图3为图2中模拟枪械主体的上部组件的立体图。
图4为图2中模拟枪械主体的分解图。
图5为线性电动机和滑块的一个实施例的立体图。
图6为线性电动机和滑块的一个实施例的分解侧视图。
图7为图6中线性电动机和滑块的组装完成的侧视图。
图8为线性电动机和滑块的托架的一个实施例的立体图。
图9为模拟枪械主体的一个实施例的侧视图。
图10为图1中所示模拟枪械系统的各种操作的示意流程图。
图11为显示在模拟反冲循环中线性电动机的滑块相对模拟枪械主体在初始位置的先后顺序侧视图。
图12为显示在模拟反冲循环中线性电动机的滑块相对模拟枪械主体将滑动轴伸到其最右端机械装置端部的先后顺序侧视图。
图13为显示在模拟反冲循环中线性电动机相对模拟枪械主体收回滑块的先后顺序侧视图。
图14为显示在模拟反冲循环中线性电动机相对模拟枪械主体继续收回滑块的先后顺序侧视图。
图15为显示在模拟反冲循环中线性电动机相对模拟枪械主体完成收回滑块后以便线性电动机准备好进入下一模拟反冲循环的先后顺序侧视图。
图16为描绘第一发弹药的反冲力与时间之间关系以及线性电动机在运动学上控制滑块动力产生的力与时间之间关系的预示性曲线图。
图17为描绘第一发弹药的反冲力与时间之间关系以及线性电动机在运动学上控制滑块动力产生的力与时间之间关系的预示性曲线图。
图18至图21为说明一个人多次重复射击枪械时重复射击的准确度不断降低的先后顺序示意图。
图22为线性电动机和滑块的另一个实施例的立体图。
图23为例示性磁铁拆除后滑块的立体图。
图24为带例示性磁铁的滑块的放大立体图。
图25为说明线性电动机中线圈的运行的示意图。
图26和图27为说明两种不同通电状态下线性电动机中线圈的运行的示意图。
图28和图29为说明两种不同通电状态下磁铁穿过线性电动机的运动的示意图。
图30为说明磁通量密度与电压输出之间关系的示图。
图31和图32为滑块穿过线性电动机时传感器电压响应与时间之间关系的示图。
图33为取样的波形图。
图34和图35为滑块以两种不同的恒定线速度穿过线性电动机时传感器电压响应与时间之间关系的示图。
图36为描绘实际枪械反冲力与该方法和装置使用和不使用机械止挡产生的模拟反冲力相比的力与时间之间关系的示图。
图37为描绘实际枪械反冲加速度与该方法和装置使用和不使用机械止挡使滑块产生的模拟加速度相比的加速度与时间之间关系的示图。
图38为描绘实际枪械反冲速度与该方法和装置使用和不使用机械止挡使滑块产生的模拟速度相比的速度与时间之间关系的示图。
具体实施方式
本文件详细说明了一个或多个优选实施例但应理解的是，本发明可以用不同的形式具体实施。因此，本文件所揭露的具体细节不应解释为具有限制性，而应理解为权利要求的依据和使该领域技术人员将本发明用在任何适当的系统、结构或方式中的代表性依据。
一个实施例提供了模拟m-4a1、ar-15或m-16步枪的枪械模拟装置主体20。枪械模拟装置主体20包含上机匣120和下机匣140。和常规m-16一样，上机匣120可用螺丝或销子绕枢轴固定在下机匣140上。
下机匣140可包括手枪式握把160、设在手枪式握把160前面的扳机170和设在手枪式握把160上方的选择器450。枪托220固定在下机匣140上。
枪管组件300安装在上机匣120的前面部分上。枪管组件300包括枪管310，所述枪管310直接固定在上机匣120上。上护手330和下护手340固定在枪管组件上。前准星基座360套设在310上。
图1为枪械训练系统10的一个实施例的侧视图。图2为模拟枪械主体20的侧视图。图3为上部组件120的立体图。图4为模拟枪械主体20的分解图。
枪械训练系统10可包含具有线性电动机500的模拟枪械主体20和控制器50，其中所述线性电动机500有效地连接到滑块600上，所述控制器50有效地连接到线性电动机500上。
模拟枪械主体20可包含上部组件120和下部组件140。上部组件120可包含枪管组件300、枪管310以及上330和下340护手。
下部组件140可包含枪托220、缓冲管230和手枪式握把160。手枪式握把160可包括扳机170。弹匣250能可拆卸地连接到下部组件140上。
线性电动机500可通过接插件700连接到上部组件120上。接插件700可包含第一末端710、第二末端720、接插片721和722、具有孔750的接插管740。接插片721包含紧固孔730，接插片722包含紧固孔732。
图5为线性电动机500和滑块600的一个实施例的立体图。图6为线性电动机500和滑块600的分解侧视图。图7为线性电动机500和滑块600的组装完成的视图。
线性电动机500包含多个520可单独控制的励磁线圈521、522、523、524、525、526、527、528、529、530等，所述多个线圈520与滑块600中的所述多个磁铁640发生电磁相互作用。通过控制所述可独立控制的多个电磁线圈520中特定电磁线圈的时间、电流方向和磁吸引力，可控制滑块600的运动、加速度、速度和位置以得到接近所模拟的特定枪械随时间变化的特定的冲量曲线的期望的动量/冲量曲线。
线性电动机500可包含滑动地连接到线性电动机500上的滑块600。滑块600可包含第一末端610、第二末端620和孔630。孔630内可包含多个磁铁640。线性电动机500为通常可以获得的电动机，但尚未用在模拟枪械中来控制反冲力。
图8为线性电动机500和滑块600的托架700的一个实施例的立体图。托架可包含第一末端710和第二末端720。第一末端上可包含第一和第二接插凸缘721、722。第一接插凸缘721可包含多个接插孔730。第二接插凸缘722可包含多个接插孔732。自第二末端720起可为具有管孔750的管段740。线性电动机500可通过将所述多个孔730和732连接到所述多个接插孔540上安装到托架700上。安装到托架700上后，线性电动机500可使滑块600可控制地在孔750内相对其运动(如滑动、加速等)。
在一个实施例中，可使用止挡800来增大滑块600产生的自由后座。机械止挡800可设在模拟枪械主体20的内部以在允许的行程660结束时“僵硬地”(即滑块600比线性电动机500更快地减速到零)停下来。所述快速停止增大了在使用者5身上形成的最大反冲力，从而对使用者5产生了增强的反冲效应。由于线性电动机500使用了带电磁定子的电磁滑块600，因此二者之间具有耦合，并且具有该器件可实现的加速度和减速度。针对所述缺点，可使用机械止挡800。由于线性电动机500通常通过颠倒原来在相反方向上用于加速滑块600的驱动磁场的方向来制动，所以在行程660结束时停下来不需要该特征。而不是通过滑块第二末端620和下部组件140中的机械止挡第一末端810之间的接触来制动，这就使滑块600比线性电动机500更快制动。所述较快的制动或减速使滑块600产生较大的反作用力，从而系统10使滑块600在此时此处产生较大的自由后座值。
在各个实施例中，在模拟射击循环过程中，当滑块600向机械止挡800运动并与其碰撞时，线性电动机500可控制滑块600的运动，使滑块600继续加速至滑块600整个行程的最后1％。在各个实施例中，当滑块600向机械止挡800运动并与其碰撞时，可加速到滑块600整个行程的最后2、3、4、5、10、15、20、25、30、35和/40％。在各个实施例中，当滑块600向机械止挡800运动并与其碰撞时，加速的控制可在滑块600整个行程的上述百分数中任一两个之间。
在各个实施例中，在模拟射击循环过程中，线性电动机500可控制滑块600的运动，使滑块600继续加速至滑块600与机械止挡800碰撞前的1毫秒。在各个实施例中，可加速至滑块600与机械止挡800碰撞前的2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、15、16、18和/或20毫秒。在各个实施例中，加速的控制可在滑块600与机械止挡800碰撞前的上述时间中任一两个之间。
模拟枪械主体20可包含选择开关450，所述选择开关450有效地连接到控制器50上用于控制枪械训练系统10的运行类型。例如，选择开关450可具有多种模拟模式，如：(1)保险；(2)半自动射击模式；(3)全自动射击模式；及(4)点射模式。
使用枪械训练系统10时，使用者选定选择开关450的位置，将模拟枪械主体20瞄准目标，扣压扳机170。扳机170压下后，控制器50会使线性电动机500在运动学上控制滑块600以形成反作用力，反作用力然后传递给握住模拟枪械主体20的使用者。对于特定弹药在从所模拟的枪械射出过程中被模拟时，通过控制滑块600所产生的反作用力可控制为在时间和量上基本近似。
在一个实施例中，能够确定所模拟的特定枪械发射的特定一发弹药的时间与力之间的关系的示图，并可为控制器50编制程序，以通过控制滑块的加速度与时间之间的关系来控制线性电动机500对滑块600运动的控制，使得随着时间产生基本相同的力。由于力等于加速度和质量的乘积，控制加速度与时间的关系就能控制力与时间的关系。
在一个实施例中，可生成多个模拟数据点集(如力与时间的比值)。在一个实施例中，所模拟的枪械可使用特定的一种类型的弹药，并可生成明显反冲力与时间之间的关系的数据集。在一个实施例中，进行多次测量以得到多个测量结果。在一个实施例中，可为线性电动机创建程序以使滑块600的反作用力在时间和振幅上与所模拟的力图上的多个点基本一致。在一个实施例中，至少三个点一致。
在各个实施例中，至少3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、14、15、16、17、18、19、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90和/或100个模拟点数据集可基本一致。在各个实施例中，上述数量的模拟点数据集中任一两个之间的范围可基本一致。
在一个实施例中，系统10可用于模拟特定枪械发射所模拟的特定大小和类型的弹药估计会产生的力与时间之间关系的曲线。
反冲可视为枪械施加在开枪的使用者身上的力。所述反冲力取决于该枪械的尺寸和结构以及该枪械所发射的子弹的特性。与第二种类型的弹药相比，枪械发射第一种类型的弹药时施加在该同一枪械的使用者身上的反冲可能不同。
在一个实施例中，线性电动机500和滑块600组合的总质量接近所模拟的特定枪械的质量。在一个实施例中，包含线性电动机500和滑块600组合的模拟枪械主体20的总质量接近所模拟的特定枪械的质量。在各个实施例中，线性电动机500和/或滑块600组合的总质量(和/或包含线性电动机500和滑块600组合的模拟枪械主体20的总质量)约为所模拟的特定枪械的质量的65、70、75、80、85、90、95和/或100％。在各个实施例中，可使用上述百分数中任一两个之间的范围。
在一个实施例中，提供了一种基本平衡的模拟枪械主体20。通过将线性电动机500定位在模拟枪械主体20的前面部分，可实现更好的重量平衡以及更加真实的模拟反作用力矢量的起始位置。通过用这种方式定位滑块600的运动，当系统10闲置不用且扳机170未压下时，枪管300的重量和模拟枪械主体20的重心对于使用者5而言更加真实。这是由于滑块600的起始位置所致。在一个实施例中，上部组件120中使用的枪管310的材料将不会是钢，由于与所模拟的实际枪械的上部组件相比，上部组件120的重量分布有所改变，使用者5摸起来可能感觉不真实。为解决该问题，在反冲模拟循环的开始阶段，滑块600的一部分可留在枪管310中。滑块该部分模拟枪管310中该附加的“缺失”重量，还有线性电动机500的定子的附加重量进行辅助。当使用者开系统10时，滑块600从枪管310向模拟枪械主体20的后部移动并被止挡800(甚至还有枪托的始端)阻截。然后滑块600返回其初始位置并对使用者5产生无缝效应，即开枪时枪的重量分布“感觉”是对的。
在不同的实施例中，如必要，线性电动机500的位置可从手握把处(如枪托220中)向上移动到机匣中。
图9为模拟枪械主体20的一个实施例的侧视图。滑块600的线性行进量如箭头660所示。在该图中，滑块600第二末端620的实际位置666如“与时间相关”的垂直线666'”所示，所述垂直线666'”用于指示滑块600第二末端620在行程660中的瞬时位置。箭头1320表示线性电动机500根据时间对滑块600加速所产生的、与时间相关的反冲力。安装线性电动机500之前或之后可将夹子650从滑块600上拆下以使(若需要)在滑块600的控制过程中滑块600的第一和第二末端610和620能够进入多个线圈520的第一和第二末端530、534之间的线性电动机500的多个线圈520中。
图10为图1中所示的模拟枪械系统各种运行的流程图。在一个实施例中，可为控制器50编制程序，以控制线性电动机500将滑块660的运动学动作控制在滑块600的自由行程660以内，从而使滑块产生期望的反作用力与时间之间关系的曲线，其中所述力与时间之间关系的曲线模拟的是所模拟的特定枪械发射的特定子弹的力与时间之间关系的曲线。线性电动机500包含受控的滑块600和电动机逻辑控制器504。电动机逻辑控制器504有效地连接到控制器50上。电源60(如24伏)可连接到线性电动机的逻辑控制器504和控制器50上。由于线性电动机500的定子的电流需求量较大，因此线性电动机500上可连接一个单独的电源60(如72伏)。
先后顺序
图11至图15为显示线性电动机500的滑块600在相对模拟枪械主体20的不同位置处的先后顺序侧视图。在一个实施例中，可为系统10编制程序，以模拟使用者5在特定步枪中可能使用的不同类型弹药的反冲。系统10的程序编制可通过测量要用系统10模拟的特定武器系统中实际一发的力与时间之间关系和使用“自由后座”公式求出所模拟的实际枪械系统产生的能量来实现。一旦知道了所模拟的实际枪械系统的力与时间之间的关系以及该实际系统的自由后座，即可为系统10编制程序，以使滑块600产生反作用力以在至少第一多个预选数据点中基本一致，相同或类似力与时间之间关系以及自由后座能可传递给使用者5，向其提供与所模拟的真实枪械发射的实弹相同的感知反冲。
因此，通过以滑块600的预选时间间隔或点改变行程距离、速度、加速度和/或减速度，可控制模拟枪械主体20传递给使用者5的反作用反冲力。可对该反作用反冲力进行控制以实行模仿或模拟：
(1)所模拟的特定枪械中发射的一种特定类型的弹药所产生的反冲力；
(2)所模拟的特定枪械中不同类型的一发(多发)弹药所产生的反冲力；哪些不同类型的弹药可能使用较多/较少火药或使用较大重量/较小重量的子弹或二者的某一组合。
仅仅通过让线性电动机500改变滑块600随时间的动力学运动，就能模拟不同类型的反冲力。例如，若在反冲时段中特定时间点需要较大的力，在所述特定时间点，线性电动机仅仅通过增大滑块600的瞬时加速度即可产生所述反作用力。
图16为描绘第一发弹药的假设反冲力与时间之间关系(如带正方形核对标志的绿色线所示)以及线性电动机在运动学上控制滑块动力学特性所产生的力与时间之间关系(如带三角形核对标志的棕色线所示)的曲线图。图16可与先后顺序图11至图15进行比对。在“0”秒时，滑块600的第二末端620如图11中所示在位置666处，且仅开始向箭头1300的相反方向加速(使得在模拟枪械主体20和握住主体20的使用者身上施加箭头1300方向的反作用力)。线性电动机500使滑块600的第二末端620加速并向箭头1300相反的方向运动，直至第二末端620到达位置666'(如图12所示)并与止挡800的第一末端810接触。在马上到达666'前，滑块600的加速在箭头1300的方向上产生反作用力(如图16中“16”毫秒和负反作用力处所示)。但是，紧接在第二末端620和第一末端810撞击之后，所述碰撞/接触使滑块600向箭头1310相反的方向加速，从而在箭头1310的方向上产生反作用力(在图16中“16”至“36”毫秒之间、为负反作用力的曲线所示)。在第二末端620与第一末端810接触/碰撞的同一时段，线性电动机500能不受影响地使滑块向箭头1310相反的方向加速(通过力矢量加到图12所示的反作用力1310上)。从图16中的曲线图上的“36”毫秒到“66”毫秒，可为控制器50编制程序，以使线性电动机500对滑块500的加速进行控制以产生期望的模拟反冲反作用力。
图13显示了第二末端620在位置666”处，在此线性电动机能使滑块600加速以产生图16中“41”毫秒处所示的反作用力。图14显示了第二末端620在位置666'”处，在此线性电动机能使滑块600加速以产生图16中“56”毫秒处所示的反作用力。图15显示了第二末端620在下一反冲循环起始位置666处。现在，在图14所示的可能位置666”‘和图15所示的位置666之间，线性电动机500还必须使滑块向箭头1330方向加速(到最终减速并使滑块600停止在位置666处以准备进入下一反冲循环)。但所述减速加速可控制在最小限度以尽可能减小施加在模拟枪械主体20和使用者5身上的负反作用力的量。所述负反作用力在图16中未示出，可能比较小。通过这种方式，用特定枪械发射特定类型的子弹的使用者所受的反冲力的大小与时间可通过受线性电动机500控制的滑块600的程序化运动进行模拟。
模拟多个发射循环时，线性电动机500可控制滑块600的动力学运动以产生期望次数或循环数的滑块600的运动学动作的重复的力与时间之间关系的图形/示图。
图17为描绘第一发弹药的假设反冲力与时间之间关系(如带正方形核对标志的绿色线所示)以及线性电动机在运动学上控制滑块动力学特性所产生的力与时间之间关系(如带三角形核对标志的棕色线所示)的曲线图。图17显示了具有控制滑块600动力学运动的程序化线性电动机500要模拟的不同的力与时间之间关系的曲线的不同子弹。另外，曲线的总时段可能与66毫秒不同并随所模拟的、发射特定子弹的枪械的反冲特性而变化。
线性电动机500用滑块600产生反作用力的能力通过变换滑块600的质量进一步提高。在一个实施例中，滑块600可使用不同的全长(较长长度具有较大的质量)。对于所述滑块的给定加速度，质量较大时，产生的反作用力可通过公式“力＝质量*加速度”求出。在各个实施例中，滑块600的长度可为270mm，或者为350mm，且所述可选滑块600、600'可与线性电动机500交换以改进：
1)滑块600的质量。270mm滑块600的质量为215克，350mm滑块600'的质量为280克。质量的变化能使加速产生不同的反作用力和不同的自由后座能，这可用于更接近某些发弹药所产生的力与时间之间关系的曲线。
2)另外，由于滑块600的长度改变了整体加速和行程660，因此线性电动机500必须接近特定发弹药所产生的力与时间之间关系的曲线。
滑块600较短时，由于加速时间较长，线性电动机500能实现较大的速度，从而使使用者受到较大的自由后座能。
不同的滑块600、600'的最大反作用力可按下式计算：
etgu＝05*mgu*vgu2
由于没有火药或火药的速度，这些值(vc和mc)为零，因此有标准动能公式k＝(0.5*m*v2)。对于两种滑块，etgu实现的最大值如下：
图18至图21为说明一个人5多次重复开枪械模拟主体20时重复射击的准确度不断降低的先后顺序示意图。这些图显示了通过具有电子反冲的半自动-自动-点射射击模式的模拟训练练习以训练个人5的准确度。
一个实施例使用模拟发射特定类型子弹的m4a1步枪、带线性电动机500的枪械模拟主体20(虽然在不同的实施例中设想使用其他类型的枪械和子弹)。在一个实施例中，选择开关可具有三种操作模式：(1)半自动454，(2)点射456和(3)全自动458。图18至图21显示了使用者选择点射452模式后的发射。在点射模式(2)中，系统10将进行一系列三次模拟子弹发射。
个人5使用选择开关450为该特定枪械选择想要的模拟类型。如图18所示，使用者5将模拟枪械主体20瞄准目标区域1400。接下来，使用者扣压扳机170，所述扳机170连接到扳机开关172上，后者向控制器50发送信号。控制器50控制线性电动机500，所述电动机500进一步控制滑块600。控制器50还控制激光发射器1200。
控制器50使线性电动机500让滑块600按预定的反作用力与时间之间的关系完成预编程动力学运动，以模拟个人为特定枪实际模拟特定子弹所受到的反冲力。控制器50还连接到红外激光系统1200上，所述红外激光系统1200可与使用者5扣压扳机170同步。激光器1200在目标屏幕(区域1400或1410)上模拟子弹将从模拟枪械主体20已行进的地方。
在图19中，所述三发模拟点射中的第一发，激光器1200发射激光线1220，在目标区域1400中有击中1221。在图20中，所述三发模拟点射中的第二发，激光器1200发射激光线1230，在目标区域1400中有击中1231(但靠近非目标区域1410)。在图21中，所述三发模拟点射中的第二发，激光器1200发射激光线1230，在非目标区域1410中有击中1231。
箭头1350表示施加在主体20上的模拟反冲，使使用者5的瞄准降低。重复使用系统10，使用者5能习惯于所模拟的反冲并对瞄准进行调整。
在实际训练练习中，投射系统将为使用者5模拟“目标区”和“非目标区”。若使用者5接二连三地射击屏幕1400，这算作“非目标区”1410。这些目标1400可为移动或静止的且尺寸和形状可有很大的变化。但是，投射系统将会清点目标区和非目标区中子弹打击(如1221、1231)的总数目并求和。这样就能使用下面的公式：
准确度＝[[总数-(非目标区)]/总数]*100％
以确定使用者5的准确度。
例如，若使用者共发射10颗子弹，相应地目标区1400有4颗，非目标区1410中有6颗，则公式为：
准确度＝[[10-6]/10]*100％。
此次模拟中使用者的准确度为40％。由于会产生真实的反冲效应而使使用者的瞄准器偏离其瞄准的目标区1400，因此系统10将有助于训练使用者5在开实际的枪械系统时更准确，而不需要发射实弹。
枪管310内可为激光发射器1200。优选的激光发射器组件可使用位于德克萨斯州斯坦福的“激光射击”产品。激光发射器1200组件包含电路板、电池箱、开关和激光发射器。激光发射器1200优选装在枪管310中并定向成与枪管310的纵向中心线基本平行并同轴发射激光束。
循环射速较低的全自动射击的典型循环射速约为每分钟600发。循环射速较高的全自动射击的典型循环射速约为每分钟900发，近乎准确地模拟m-4a1、ar-15和/或m-16步枪的循环射速。
因此，枪械训练模拟装置模拟反冲、循环射速、构造、控制机构和训练射手时使用的枪械操作模式。因此，训练模拟装置提供了进行投射在屏幕上的决策训练情境的机会，使用激光代替实弹具有安全性并减少了设施成本，同时复制了常规枪械足够多的特性，使得能将训练有效地运用到常规枪械上。
图22为线性电动机500和滑块600的另一个实施例的立体图。线性电动机500可包含传感器550和552，所述传感器可为霍尔效应传感器。图23为多个例示性磁铁640拆除后滑块600的立体图。图24为带例示性磁铁640的滑块600的放大立体图。在图23和24中，所述多个磁铁640(如磁铁642、644、646等)可由钕构成。另外，各对磁铁640之间可设置隔离块(如磁铁642和644之间设置隔离块643，磁铁644和645之间设置的隔离块645)。在优选实施例中，隔离块可由铁(如铁磁性铁)构成。在一个优选实施例中，所述多个磁铁640排列成同极面对同极(如北极对北极，南极对南极)。在图23和图24中，从左手边开始，磁铁642左手边的极为北，右手边的极为南，而磁铁644左手边的极为南，右手边的极为北。因此，滑块/从动体600中所含的多个磁铁640的同极相互面对，形成排斥力。在一个优选实施例中，滑块600的外壳在纵向方向上将所述多个磁铁640和间隔块牢固地结合在一起。在一个优选实施例中，外壳可为不锈钢，不锈钢可为基本不会干扰线性电动机500的多个线圈520和滑块600的多个磁铁640之间磁力的非磁性材料。
图25至图29显示了当所述多个磁铁640受所述多个线圈520驱动时线性电动机500和滑块600的运行。图25为说明线性电动机500中所述多个线圈520的运行的示意图。图26和图27为说明线性电动机500中所述多个线圈520在两种不同的通电状态下的运行。
在图25中，线性电动机500的定子中的线圈521、523和525可串联起来并标示为相1(当串联起来时，相1的这些线圈可视为单个可独立控制的电磁线圈的分线圈)。线圈522和524也串联起来并标示为相2(当串联起来时，相2的这些线圈可视为单个可独立控制的电磁线圈的分线圈)。根据设计，线性电动机500的所述多个可独立控制的电磁线圈520可以相同或不同的方向缠绕。相1和相2中的每个可独立控制的线圈通电时产生各自的磁场。这就使相1和相2的可独立控制的线圈的所述多个线圈520能相互排斥或使相1和相2线圈能相互吸引，这取决于相极化和线圈缠绕的方式。这些可选的极化状态如图26和图27所示。在图26中，相1和相2以相同的方向极化，以使两个相中的线圈相互吸引。在图27中，相1和相2以相反的方向极化，以使两个相对的线圈相互排斥。可以看出，通过改变线性电动机500的所述多个可独立控制的电磁线圈520中的相的极化作用，可根据需要使滑块600可控制地穿过所述多个线圈520以对使用者5产生期望的反作用力，如与时间相关的受控力、加速度、速度、位置和/或动量；或总冲量。
图28和图29为说明滑块600的所述多个磁铁640在不同的通电状态下穿过线性电动机520的所述多个线圈520的示意图。
图28显示了具有多个磁铁640的滑块600刚开始穿过线性电动机500的多个线圈520。在图28中，滑块600的第一磁铁642进入线性电动机500的多个线圈520，然后对多个线圈520通电，使相2按图中所示极化，相1不通电(或关闭)。这就将磁铁642(和滑块600)越来越向多个线圈中拉动(如向右的箭头所示)。如图29所示，当第一磁铁642进入到线圈522中一半时，可对相1通电(或打开)以在磁铁642上产生拉力并使第二磁铁644加速到线圈521的中央，同时排斥磁铁642。当所述多个磁铁640与所述多个线圈520达到稳定状态时，滑块600最终停止运动，在该案例中达到稳定状态指线圈521和522的北极分别与磁铁642和644的北极对齐，线圈522与磁铁644的南极对齐，线圈521与磁铁644的南极对齐。这样，磁力处于平衡状态，运动停止，而相1和相2仍以这种极化作用保持通电。因此，通过切换线圈开/关和改变线圈极化作用，滑块(装满钕磁铁)可被推动或拉动穿过定子(由很多线圈组成)。而且，图25至图29中所示的线圈数量可增加到具有更大的加速截面。
滑块600的速度、加速度和直线距离可根据相位差为90°的霍尔传感器550和552进行测量。针对增大或减小磁场增加量，异相霍尔效应传感器550和552均可产生线性电压。图22显示了线性电动机5000和传感器550、552的机械调准。传感器550和552根据磁场强度(通过传感器的磁通量)与电压(传感器的输出)之间的关系所给出的响应如图30中所示，图30为说明磁通量密度与电压输出之间关系的示图。
图31和图32为滑块穿过线性电动机时传感器550和552电压响应与时间之间关系的示图。当滑块600穿过线性电动机500的所述多个线圈520时，相位差为90°的传感器550和552给出电压响应与时间之间的关系，构成图31和图32所示的正弦或余弦函数(传感器550为sine(x)，传感器552为cosine(x))。这些形成的波由传感器550和552生成，因为滑块500的所述多个磁铁640在它们的磁极处产生的磁通量最强。因此当两个磁铁的北极靠近时波为正向，并在磁极正上方时到达波峰。在相同方向继续进行，当南极靠近时，波为负向，并在磁极正上方时到达波谷。这样，一个传感器550给出sin(x)函数，另一个传感器552给出cos(x)函数。可以看出，这些函数相位相差90度。两个传感器550和552用于更好地精确度反馈和控制滑块600穿过线性电动机500的所述多个线圈520，以及作为确保持续不断地准确跟踪滑块的一种方法。
图31中绘制了传感器550生成的余弦波以提供附加说明，下文中将针对如何使用该曲线图来跟踪滑块600的速度、加速度和位移进行进一步检验。图33为取样的波形示图，该图说明了传感器550生成的波形的各个组成部分。波长(λ)与滑块600穿过线性电动机500的所述多个线圈520的速度有关。波长变短时，频率可按f＝1/λ计算。因此，波长变短时，频率增大。
图34和图35为滑块600以两种不同的恒定线速度穿过线性电动机500时传感器电压响应与时间之间关系的示图。例如，在图34中，滑块600可假定以每秒1米的速度穿过多个线圈520并生成这个波。随着滑块600加速达到每秒2米，生成图35。可以看出，波频率的增加与滑块600穿过线性电动机500的所述多个线圈520的速度一致。而且，波形从图34到图35的变化与滑块600的加速有关。图34和图35各个表示滑块600的恒定速度(虽然图35中的恒定速度是图34中恒定速度的两倍)，以使这两个图中均无加速；但是随着滑块600接近每秒2米，如图35中所示的线速度，频率增加到图35中的值：频率随着时间变化可用于计算传动体600的加速度。最后，由已知滑块中所述多个磁铁640的长度和计算经过传感器550的波长的数目，可以计算传动体600行进的距离。每个波长与滑块600的主体内永久磁铁的全长一致。因此，根据传感器550、552电压与磁通量之间关系的曲线图可计算出速度、加速度和距离。
模拟总反冲冲量
在一个实施例中，线性电动机500和滑块600可用于模拟特定枪械发射特定形式弹药的总反冲冲量。
“实际反冲力”是特定类型的枪械发射特定类型的弹药后在某时间点产生的力，其中所述力传递给使用者。在从开始发射枪械中的弹药到发射后任何实际反冲力结束的一段特定时间中，可绘制所述实际反冲力的图。
另一方面，“产生的反冲力”是控制滑块600运动的线性电动机500所产生的反作用力。所述产生的反冲力传递给握住模拟系统10的模拟枪械主体20的使用者5。
实际反冲冲量是力与时间之间的关系的示图下面的区域，其中力由特定类型的枪械发射特定类型的弹药所产生。产生的反冲力是控制滑块600运动的线性电动机500所产生的反作用力的力与时间之间的关系的示图1600下面的区域(如加速度、速度和距离)。
图16为描绘实际反冲力1500与时间之间的关系以及产生的反冲力1600与时间之间的关系的示图的预示性例子。实际反冲力与时间之间的关系的示图1500下面的区域为实际反冲冲量。产生的反冲力与时间之间关系的示图1600下面的区域为产生的反冲冲量。注意产生的反冲冲量下面的区域可为正向(零以上)和负向(零以下)。在一个优选实施例中，在计算总冲量时，从正向区域中减去负向区域。在其他实施例中，计算总冲量时可忽略负向区域。
在这两个示图中，实际反冲随时间变化与线性电动机500和滑块600随时间变化产生的反作用力的力与时间之间关系的示图1500、1600随时间紧密相互追踪，以便冲量和反作用冲量大致相等。但是，在不同的实施例中，只要两个计算冲量(由示图下面的区域得到)在射击循环结束时彼此接近，实际反冲随时间变化的示图1500与线性电动机500和滑块产生的反作用力随时间变化的示图1600可有很大变化。
图36显示了具有三个力与时间之间关系的曲线的单个示图：(1)实际力1500的力与时间的关系(第一曲线为m16/ar-15型步枪发射总重量约为7.5磅(3.4kg)的0.223雷明顿子弹/一发)，(2)线性电动机和滑块使用机械止挡1600产生的反作用力的力与时间的关系，和(3)线性电动机和滑块不使用机械止挡1600'产生的反作用力的力与时间的关系。力值为负时说明该力将使用者5向后推。由时间可看出，射击循环使用约90毫秒的时间。
示图1600包含尖峰1610，滑块600撞击机械止挡800时出现尖峰1610，每个曲线1500、1600下面的区域应大致一样以得到相等的总冲量。对于示图1600，时间1700表示滑块600和机械止挡800开始接触。在不同的实施例中，由于滑块600与机械止挡800之间的碰撞时间极短(约小于5毫秒)，可使用反作用力峰值1620的时间来计算开始接触的时间1700。
在图36中，实际反冲力1500的峰值1520与产生的反冲力1600的峰值1620相比，两个峰值之差为1630。在各个实施例中，机械止挡800可用于形成产生的反冲力中的尖峰1610，尖峰1620与实际反冲力1500的峰值1520之差为1630。
在各个实施例中，峰值1620可为使差1630尽可能小的值。在各个实施例中，在模拟的射击顺序过程中，差1630小于峰值1620的50％。在各个其他实施例中，差1630小于等于峰值1620的45、40、35、30、25、20、15、10、5、4、3、2和/或1％。在各个实施例中，差1630可在峰值1620的上述百分数中任一两个之间的范围以内。
在各个实施例中，将在时间1700处开始撞击前的冲量除以时间1700处的时间可以算出特定模拟射击顺序过程中在滑块600在时间1700处开始接触机械止挡800之前控制滑块600的线性电动机500产生的平均反冲力。在各个实施例中，特定模拟射击顺序过程中在滑块600在时间1700处开始接触机械止挡800之前，产生的反作用力的峰值1620比控制滑块600的线性电动机500产生的平均反冲力大至少50％。在各个实施例中，在特定模拟射击顺序过程中，当滑块600在时间1700处开始接触机械止挡800之前，产生的反作用力的峰值1620比控制滑块600的线性电动机500产生的平均反冲力大于55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、110、120、130、140、150、175、200、225、250、275、300、400、500、600、700、800、900、1000、1200、1500和/或2000％。在各个实施例中，所述比较可使用上述百分数中任一两个之间的范围。
在各个实施例中，可通过计算整个射击顺序中的冲量，再除以所述整个射击顺序的时间，可计算整个特定模拟射击顺序过程中控制滑块600的线性电动机500所产生的平均反冲力。在各个实施例中，在整个特定模拟射击顺序过程中，产生的反作用力的峰值1620比控制滑块600的线性电动机500所产生的平均反冲力大至少50％(即滑块600在时间1700处开始接触机械止挡800之前和之后)。在各个实施例中，在整个特定模拟射击顺序过程中，产生的反作用力的峰值比控制滑块600的线性电动机500所产生的平均反冲力大于55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、110、120、130、140、150、175、200、225、250、275、300、400、500、600、700、800、900、1000、1200、1500和/或2000％。在各个实施例中，所述比较可使用上述百分数中任一两个之间的范围。
在各个实施例中，将在时间1700处开始撞击后的冲量除以时间1700后的时间可以算出特定模拟射击顺序过程中在滑块600在时间1700处开始接触机械止挡800之后控制滑块600的线性电动机500产生的平均反冲力。在各个实施例中，特定模拟射击顺序过程中在滑块600在时间1700处开始接触机械止挡800之后，产生的反作用力的峰值1620比控制滑块600的线性电动机500产生的平均反冲力大至少50％。在各个实施例中，在特定模拟射击顺序过程中，当滑块600在时间1700处开始接触机械止挡800之后，产生的反作用力的峰值比控制滑块600的线性电动机500产生的平均反冲力大于55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、110、120、130、140、150、175、200、225、250、275、300、400、500、600、700、800、900、1000、1200、1500和/或2000％。在各个实施例中，所述比较可使用上述百分数中任一两个之间的范围。
图37为描绘实际枪械1502反冲加速度与该方法和装置使用1602和不使用1602'机械止挡使滑块产生的模拟加速度相比的加速度与时间之间关系的示图1502、1602、1602'。由加速度图产生的力可用公式“力＝质量*加速度”计算。
图38为描绘实际枪械1504反冲速度与该方法和装置使用1604和不使用1604'机械止挡使滑块产生的模拟速度相比的速度与时间之间关系的示图1504、1604、1604'。
在一个实施例中，可使用止挡800通过在滑块600与机械止挡800碰撞时急剧增大反作用力来改进控制滑块600的线性电动机500产生的反冲力的示图。机械止挡800可设在模拟枪械主体20的内部以在允许的行程660结束时“僵硬地”(即滑块600能比线性电动机500更快地减速到零)停下来。所述快速停止对使用者5产生增强的反冲效应，产生的反作用力较大。在一个实施例中，滑块600与机械止挡800碰撞时产生的反作用力比模拟射击顺序过程中线性电动机500加速滑块600所产生的任一力都大。
在各个实施例中，在模拟射击顺序过程中，线性电动机500加速滑块600所产生的最大反作用力至多为滑块600与机械止挡800碰撞时所产生的反作用力的50％。在各个其他实施例中，线性电动机500加速滑块600所产生的最大反作用力至多为滑块600与机械止挡800碰撞时所产生的反作用力的55、60、65、70、75、80、85、90、95、99和/或100％。在各个实施例中，线性电动机500加速滑块600所产生的最大反作用力可在控制滑块600的线性电动机500所产生的最大反作用力的上述百分数中任一两个之间的范围以内。
在各个实施例中，实际反冲冲量和/或控制滑块600的线性电动机500所产生的反冲冲量大约在彼此的50、55、60、65、70、75、80、85、90、95和/或100％以内。在各个实施例中，可使用上述百分数中任一两个之间的范围。
在各个实施例中，控制滑块600的线性电动机500的一个模拟射击循环的总时间可大约小于200毫秒。在各个实施例中，模拟射击循环的最大时间可大约小于25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190和/或200毫秒。在各个实施例中，最大时间可在上述时间中任一两个之间。
模拟枪械的力与时间之间关系的曲线。
在一个实施例中，可使用具有实际弹药的实际枪械进行试验和绘制随着时间变化的实际反冲力。在该实施例中，可为线性电动机500和磁体/轴600运动(如加速度、速度和位置)编制程序，以模拟试验中得到的实际力与时间之间关系的示图。在不同的实施例中，模拟力与时间之间的关系可在该曲线的1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45和/或50％以内。在不同的实施例中，可在上述值中任一两个之间的范围以内变动。在不同的实施例中，总冲量(力与时间之间关系的示图下面的区域的整体或之和)可模拟相对较短时间的顺序，因为一般认为使用者在非常短的时间间隔内很难感知力(在反冲力方面)随时间的变化和有效地感觉到枪械中反冲力的总冲量。
改变线性电动机的磁场强度
在一个实施例中，磁体/轴600中的磁铁穿过和/或接触产生磁场的特定线圈时线性电动机500的多个线圈520产生的磁场强度可由最初值增大。在不同的实施例中，磁场的强度可按最初值的1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45和/或50％改变。在不同的实施例中，可在上述百分数中任一两个之间的范围以内变动。
使用传感器直接/间接测量滑块的动力性质并根据传感器的输入用线性电动机来控制滑块的动力性质
在一个实施例中，可直接和/或间接测量(如用传感器550和/或552)磁体/轴600的加速度、速度和/或位置与时间之间的关系，且线性电动机500可改变/设定多个线圈520产生的磁场的强度，以使滑块600达到加速度、速度和/或位置与时间之间关系的预定值。在不同的实施例中，模拟加速度、速度和/或位置与时间之间关系的预定值可根据模拟由对实际枪械进行试验得到的力与时间之间关系的示图(或者模拟冲量)得到。在不同的实施例中，模拟示图可在该曲线的1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45和/或50％以内。在不同的实施例中，可在上述值中任一两个之间的范围以内变动。
在不同的变体中为所模拟的枪械编制程序的选项
在各个实施例中，为系统10的使用者提供了在使用系统10时改变系统10要为其模拟反冲的枪械的类型的选项。
(a)要用特定类型弹药模拟的实际类型的枪械中不同的尺寸/口径/弹药类型。
(b)增加/去除要用特定类型弹药模拟的实际类型的枪械的枪口抑制器。
(c)要用特定类型弹药模拟的实际类型的枪械的不同大小/类型的枪栓弹簧。
对于上述每个选项，系统10使线性电动机500控制滑块600产生反冲力与时间之间关系的示图(或产生冲量)，该示图与不选择该选项对该类型枪械的模拟不同且接近具有该选项的枪械的反冲。
使用具有不同型号枪械附件的同一核心模拟系统来为使用者提供能更好地模拟不同类型枪械的选项
同一核心模拟系统，但具有用于模拟不同枪械的不同的枪械附件。这里，使用相同的控制器50和所接的线性电动机500具有不同的枪械附件(如ar-15步枪装置附件，格洛克手枪装置附件)。这里，也可以更换可滑动地连接到线性电动机500上的磁体/轴600，但要保留同一线性电动机500。
在各个实施例中，模拟装置10可包含多个不同的主体附件20、20'、20'’等以用于模拟多个不同类型枪械的反冲模式，所述多个主体附件中每一个均可互换地与线性电动机500有效连接。在各个实施例中，所述多个主体附件20、20'、20'’等中每一个可包含用于在选择多个预定义反冲中的一个时通知控制器50的唯一识别器，来模拟该特定主体附件所代表的特定类型枪械的反冲模式，其中所述多个预定义反冲用于模拟滑块600的运动学动作。根据有效地连接到与线性电动机500上的特定主体附件20、20'、20'’等的唯一识别器，控制器50可选择所述多个预定义运动学动作中的一种来对控制滑块600的线性电动机进行控制，以使滑块600产生一系列的预定义运动并模拟所连接的特定主体附件代表的特定类型枪械的反冲。在各个实施例中，各个识别器可为微处理器，当主体附件20连接到线性电动机500上时，与微控制器50进行通信(如图10所示)并识别要模拟其反冲的特定类型的枪械。在一个实施例中，所述多个可互换的不同类型的主体附件20、20'、20'’等包含多个不同类型的步枪。在一个实施例中，所述多个可互换的不同类型的主体附件20、20'、20'’等包含多个不同类型的猎枪。在一个实施例中，所述多个可互换的不同类型的主体附件20、20'、20'’等包含至少一种类型的步枪主体和至少一种类型的猎枪主体和/或至少一种类型的手枪主体。在一个实施例中，所述多个可互换的不同类型的主体附件20、20'、20'’等包含多个不同类型的步枪和不同类型的猎枪和/或手枪。
关于本发明使用和操作方式的进一步论述，上文明白地说明了这一点。因此将不再就使用和操作方式进行进一步论述。
下面为参考数字列表：
需了解的是，单个、或两个或更多个上述元件可一起应用于与上述类型不同的其他类型的方法中。无需进一步分析，前述内容即能够完全揭示本发明的要点，使其他人能运用目前的知识，在必须采用所附权利要求中所述的、从现有技术角度看明确构成本发明一般或具体方面重要特性的特征的情况下，就能很容易使本发明适应于各种应用。前述实施例仅作为例子提出；本发明的范围仅受以下权利要求书的限制。
1.一种系统，包括主体，连接于所述主体的线性电动机，该线性电动机控制滑块；控制器控制所述滑块的运动，以使该滑块在所述主体上产生力，其中所述滑块包括多个永磁体，所述永磁体彼此线性对齐相邻且同性极相对。
2.一种系统，包括：主体，连接于所述主体的线性电动机，所述线性电动机控制滑块；控制器控制所述滑块的运动，以使该滑块在所述主体上产生力，其中，所述线性电动机包括多个可独立控制的电磁线圈，每个所述电磁线圈可以按照时序独立地控制，并且可以控制每个电磁线圈内的电流大小和电流方向中的至少一者。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，每个所述多个可独立控制的电磁线圈均包括多个子线圈段，所述多个子线圈段彼此间隔设置且串联电连接，其中，所述串联电连接的间隔设置的子线圈段形成单个可独立控制的电磁线圈。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述多个线圈的第一可独立控制的电磁线圈的至少一个子线圈设置在所述多个线圈的第二可独立控制的电磁线圈的两个间隔设置的子线圈之间。
5.一种系统，包括主体，连接于所述主体的线性电动机，该线性电动机控制滑块；控制器控制所述滑块的运动，以使该滑块在所述主体上产生力，其中，所述线性电动机包括多个可独立控制的电磁线圈，所述多个可独立控制的电磁线圈彼此纵向对齐并紧密排列，其中，至少两个相邻的可独立控制的电磁线圈通电后产生极性相反的磁场。
6.一种系统，包括主体，连接于所述主体的线性电动机，该线性电动机控制滑块；控制器控制所述滑块的运动，以使该滑块在所述主体上产生力，其中，所述线性电动机包括多个可独立控制的电磁线圈，所述多个可独立控制的电磁线圈沿纵向对齐，其中，相邻的可独立控制的电磁线圈同步通电后产生极性相反的磁场。
7.一种系统，包括主体，连接于所述主体的线性电动机，该线性电动机控制滑块；控制器控制所述滑块的运动，以使该滑块在所述主体上产生力，其中，所述直线电动机包括多个可独立控制的电磁线圈，所述多个可独立控制的电磁线圈彼此沿纵向对齐并紧密排列，且滑动连接于所述滑块，所述滑块包括多个沿纵向对齐相邻的磁体，其中，所述线性电动机根据所述多个磁体中的特定磁体与所述多个可独立控制的电磁线圈中的特定线圈的接近程度改变流经单独可独立控制的电磁线圈的电流，从而使磁体滑块运动。
8.根据权利要求2所述的系统，其中，所述多个线圈中的所述多个可独立控制的电磁线圈包括至少2个可独立控制的线圈。
9.一种系统，包括主体，连接于所述主体的线性电动机，该线性电动机控制滑块；控制器控制所述滑块的运动，以使该滑块在所述主体上产生力，所述系统还包括可操作地连接至所述线性电动机的传感器，其中，所述传感器向所述控制器提供表示所述滑块的速度、加速度和线性位置的信号中的至少一个。
10.一种模拟系统，包括具有通用外壳的主体；可拆卸地连接于所述通用外壳的可互换的线性电动机系统，所述线性电动机系统包括滑块和控制器，所述控制器与所述线性电动机通信，并且具有编程反冲冲量值，其中，所述控制器将所述反冲冲量值传输至所述线性电动机，并且该线性电动机驱动所述滑块，以使该滑块对所述主体产生模拟所述反冲冲量值的反作用力，其中，所述线性电动机系统可以与至少一个具有通用外壳的其他主体互换，该通用外壳用于牢固地容纳所述线性电动机系统。
11.一种模拟系统，包括：
主体；
具有滑块的线性电动机，所述线性电动机连接于所述主体；
机械止挡件；
控制器，所述控制器与所述线性电动机通信并控制所述滑块的运动，其中，所述控制器将冲量值传输至所述线性电动机，并且该线性电动机驱动所述滑块抵靠于所述机械止挡件，从而将与所述冲量值成比例的反作用力传递至所述主体；以及
电源单元，所述电源单元向所述线性电动机和所述控制器中的至少一者供电；
其中，所述电源单元包括电池；以及
其中，所述电源单元形成为固定至所述主体的弹夹。
12.一种系统，包括主体；连接于所述主体的线性电动机，所述线性电动机控制滑块；控制器控制所述滑块的运动，以使该滑块在所述主体上产生力；以及电源单元，所述电源向所述线性电动机和所述控制器中的至少一者供电，其中，所述电源单元形成为固定连接于所述主体的弹夹。
13.一种系统，包括：主体；连接于所述主体的线性电动机，该线性电动机控制滑块；控制器控制所述滑块的运动，以使该滑块在所述主体上产生力，其中，所述滑块包括多个永磁体，所述多个永磁体彼此线性对齐相邻且同性极相对。
14.一种模拟系统，包括：具有通用外壳的主体；可拆卸地连接于所述通用外壳的可互换的线性电动机系统，所述线性电动机系统包括滑块和控制器，所述控制器与所述线性电动机通信，并且具有编程反冲冲量值，其中，所述控制器将所述反冲冲量值传输至所述线性电动机，并且所述电动机驱动所述滑块，使得所述滑块对所述主体产生模拟所述反冲冲量值的反作用力。
15.根据权利要求14所述的模拟系统，其中，所述线性电动机系统还包括机械止挡件，其中，所述滑块受驱动抵靠于所述机械止挡件以模拟所述反作用力。
16.根据权利要求14所述的模拟系统，其中，所述主体是模拟枪支和枪支中的至少一者。
17.根据权利要求14所述的反冲模拟系统，所述模拟系统还包括电源单元，所述电源单元向所述线性电动机和所述控制器中的至少一者供电。
18.根据权利要求17所述的反冲模拟系统，其中，所述电源单元包括电池。
19.根据权利要求17所述的模拟系统，其中，所述电源单元通过电源线远程连接于所述主体。
20.根据权利要求17所述的模拟系统，其中，所述电源单元和所述控制器为固定于所述主体和位于所述主体内的至少一者，以使得所述模拟系统为无绳系统。
21.一种模拟系统，包括：
主体；
具有滑块的线性电动机，所述线性电动机连接于所述主体；以及
控制器，所述控制器与所述线性电动机通信并控制所述滑块的运动，从而在所述主体上产生力以模拟触觉效果，
其中，所述控制器配置为模拟所述触觉效果，从而包含一条或多条预定的力与时间关系曲线，每条曲线以其各自的反冲冲量为特征。
22.根据权利要求21所述的模拟系统，其中，所述控制器配置为控制所述线性电动机将与弹药实际的力与时间关系曲线相对应的力与时间关系曲线传达至所述滑块。
23.根据权利要求21所述的模拟系统，其中，所述控制器配置为控制所述所述线性电动机将不同于弹药实际的力与时间关系曲线的力与时间关系曲线传达至所述滑块，但是该力与时间关系曲线的反冲冲量与弹药的实际力与时间关系曲线的相关冲量基本相同。
24.根据权利要求21所述的模拟系统，其中，所述控制器配置为控制所述线性电机将力与时间关系曲线传达至所述滑块，所述力与时间关系曲线包括使所述滑块减速的制动力。
25.根据权利要求40所述的模拟系统，其中，所述控制器配置为通过反转初始用于加速所述滑块的驱动磁场以产生所述制动力。
26.根据权利要求21所述的模拟系统，所述模拟系统还包括：
机械止挡件，
其中，所述控制器控制所述线性电动机以驱动所述滑块抵靠于所述机械止挡件，从而产生具有预定冲量值的撞击事件。
27.根据权利要求26所述的模拟系统，其中，所述控制器配置为控制所述线性电动机将力与时间关系曲线传达至所述滑块，以使得所述撞击事件的峰值力与弹药实际的力与时间关系曲线的峰值力之差不超过所述撞击事件的所述峰值力的50％。
28.根据权利要求26所述的模拟系统，其中，所述控制器配置为控制所述线性电动机将力与时间关系曲线传达至所述滑块，所述关系曲线包括：
使所述滑块减速的制动力；以及
撞击事件。
29.根据权利要求28所述的模拟系统，其中，所述控制器配置为产生所述触觉效果以使其包括两个或以上的部分，其中，每个部分包括制动力和撞击事件中的一个或多个。
30.根据权利要求28所述的模拟系统，其中，所述控制器配置为产生所述触觉效果以使其包括两个或以上的部分，其中，第一部分包括制动力和撞击事件，其中，该制动力使所述滑块在所述撞击事件之前减速。
31.根据权利要求21所述的模拟系统，所述模拟系统还包括：
传感器，所述传感器测量与所述滑块关联的磁体运动而导致的磁场波动的频率，
其中，所述控制器还配置为基于测量的磁场波动频率决定所述滑块的位置、速度和加速度。
32.根据权利要求31所述的模拟系统，其中，所述控制器还配置为：
基于所述测量的磁场波动频率控制由线性电动机产生的时间相关的磁场强度，以实现所述滑块的预定位置、速度和加速度。
33.一种模拟系统，包括：
主体；
具有滑块的线性电动机，所述线性电动机连接于所述主体；
机械止挡件；
控制器，所述控制器与所述线性电动机通信并控制所述滑块的运动，
其中，所述控制器将冲量值传输至所述线性电动机，并且所述电动机驱动所述滑块抵靠于所述机械止挡件，以产生具有预定冲量值的撞击事件。
34.根据权利要求33所述的模拟系统，其中，所述控制器配置为控制所述线性电动机将力与时间关系曲线传达至所述滑块，所述力与时间关系曲线中包括：
使所述滑块减速的制动力；以及
撞击事件。
35.一种控制模拟系统的方法，所述模拟控制系统包括主体，连接于所述主体的线性电动机，所述线性电动机具有滑块，所述方法包括：
控制所述线性电动机将力与时间关系曲线传达至所述滑块，从而在所述主体上产生模拟触觉效果的力，
其中，所述模拟的触觉效果包括一条或多条预定的力与事件关系曲线，每条曲线以其各自的反冲冲量为特征。
36.根据权利要求35所述的方法，该方法还包括：
控制所述线性电动机将与弹药实际的力与时间关系曲线相对应的力与时间关系曲线传达至所述滑块。
37.根据权利要求35所述的方法，还包括：
控制所述线性电动机将不同于弹药实际的力与时间关系曲线的力与时间关系曲线传达至所述滑块，但是该力与时间关系曲线的反冲冲量与弹药的实际力与时间关系曲线的相关冲量基本相同。
38.根据权利要求35所述的方法，所述方法还包括：
控制所述线性电动机将力与时间关系曲线传达至所述滑块，该关系曲线包含使所述滑块减速的制动力。
39.根据权利要求35所述的方法，该方法还包括：
控制所述线性电动机驱动所述滑块抵靠于所述系统的机械止挡件，从而产生具有预定冲量值的撞击事件。
40.根据权利要求35所述的方法，还包括：
测量与所述滑块关联的磁体运动而导致的磁场波动的频率；
基于所述测量的磁场波动频率决定所述滑块的位置、速度和加速度；以及
基于测定的磁场波动频率，控制所述线性电动机的时间相关的磁场强度，以实现所述滑块的预定位置、速度和加速度。
41.一种模拟系统，包括：
主体；
具有滑块的线性电动机，所述线性电动机连接于所述主体；
机械止挡件；以及
控制器，所述控制器与所述线性电动机通信并控制所述滑块的运动，
其中，所述控制器将冲量值传输至所述线性电动机，并且所述电动机驱动所述滑块抵靠于所述机械止挡件，从而将与所述冲量值成比例的反作用力传递至所述主体。
42.根据权利要求41所述的模拟系统，其中，所述主体是枪支和模拟枪支中的至少一者。
43.根据权利要求41所述的模拟系统，其中，所述机械止挡件连接于所述主体。
44.根据权利要求41所述的模拟系统，所述模拟系统还包括电源单元，所述电源单元向所述线性电动机和所述控制器中的至少一者供电。
45.根据权利要求44所述的模拟系统，其中所述电源单元包括电池。
46.根据权利要求44所述的模拟系统，其中，所述电源单元通过电源线远程连接于所述主体。
47.根据权利要求44所述的模拟系统，其中，所述电源单元和所述控制器为固定于所述主体和位于所述主体内的至少一者，以使得所述模拟系统为无绳系统。
48.一种系统，包括：
主体；
连接于所述主体的线性电动机，所述线性电动机控制滑块；以及
控制器，所述控制器控制所述滑块的运动，以使该滑块在所述主体上产生力。
49.根据权利要求48所述的系统，所述系统还包括机械止挡件，其中，所述滑块受驱动以抵靠于所述机械止挡件。
50.根据权利要求48所述的系统，其中，所述主体是枪支和模拟枪支中的至少一者。
51.根据权利要求48所述的系统，所述系统还包括电源单元，所述电源单元向所述线性电动机和所述控制器中的至少一者供电。
52.根据权利要求51所述的系统，其中所述电源单元包括电池。
53.根据权利要求51所述的系统，其中，所述电源单元远程地有绳连接于所述主体。
54.根据权利要求51所述的系统，其中，所述电源单元和所述控制器为连接于所述主体和位于所述主体内的至少一者。
55.一种系统，包括：
主体；
连接于所述主体的线性电动机，所述线性电动机控制滑块；以及
控制器，所述控制器控制所述滑块的运动，以使得所述滑块在所述主体上产生与预编程效果相对应的力。
56.根据权利要求55所述的系统，所述系统还包括机械止挡件，其中，所述滑块受驱动抵靠于所述机械止挡件以产生所述效果。
57.根据权利要求55所述的系统，其中，所述主体是枪支和模拟枪支中的至少一者。
技术总结