某新型飛機維修模擬訓練系統的研制

許 松 羅守華 張 偉

（空軍第一航空學院，河南 信陽 464000）

進入二十一世紀， 現代科學技術大量的運用在航空裝備上，使航空裝備的科技含量越來越高，其價格之昂貴，專業之間的交聯度越來越復雜，培養保障和維護人員也變得日益迫切。同時使用維護保障人員維修保障質量影響著航空裝備性能的發揮，甚至保證飛行安全，因此，提高航空裝備維護人員的保障能力始終是航空裝備保障的首要任務。 航空維修專業人員的技術培訓分為實裝訓練和模擬訓練。開展模擬訓練，對于提高訓練質量、縮短訓練周期、降低訓練風險，減少訓練消耗具有重要作用，而且可較好的改善實裝訓練受外界因素制約性強，針對性、可控性差的弱點，大幅提升現代航空裝備維修訓練的質量和效益。

1 飛機維修模擬訓練系統的組成

該模擬訓練系統主要由模擬仿真座艙、發動機性能參數調整實習裝置、中央控制系統、監控演示系統等和多個綜合程序訓練器組成。 在實際訓練過程中，既可以模擬仿真座艙和發動機性能參數調整實習裝置為依托對維護人員進行各專業通電檢查、空中特殊情況處置、發動機性能參數調整、常見故障分析等維修技能訓練；還可以依托綜合程序訓練器，通過在維修操作過程中不斷給予維護人員以程序過程訓練提示， 從而實現維修操作的程序過程訓練。 系統總體布局如圖1 所示。

圖1 模擬訓練系統總體布局圖

1.1 模擬仿真座艙

飛機維修模擬訓練系統的模擬仿真座艙是按照實裝飛機座艙1:1 比例仿制而成的，其內部設備的外部結構特征完全與實裝布局相同。 模擬仿真座艙主要由模擬仿真艙體、設備操縱臺、仿真儀表板、駕駛桿、中央機構和油門操縱臺組成。 為便于教學與訓練，模擬仿真座艙采用開放式設計；艙體底部前輪采用萬向輪，便于移動運輸。

1.2 發動機性能參數調整實習臺

飛機維修模擬訓練系統中的發動機性能參數調整實習臺采用實裝發動機， 可供維護人員進行發動機性能參數調整實習與訓練。 實裝發動機安裝在專用的托車架上，便于教學展示，托車架底部還設計有移動輪和支撐腳，方便地面挪動和維修。 在實裝發動機上調整點內加裝傳感器，并與中央控制計算機連接，從而實現發動機性能參數調整與座艙現象的實時聯動。

1.3 中央控制系統

中央控制系統由中心控制系統計算機及其軟件系統組成，是模擬訓練系統的控制中樞。 主控計算機通過網絡實現與飛機維修模擬訓練器、 發動機性能參數調整實習臺和綜合程序訓練器相連，控制整個模擬訓練系統的運行。

1.4 監控演示系統

監控系統主要由監控演示控制臺和工業LCD 觸摸屏顯示器等組成，主要為維護人員進行專業選擇、訓練科目切換、故障設置、資料查詢等操作提供人機交互平臺。

1.5 綜合程序訓練器

綜合程序訓練器由訓練器控制計算機和人機接口設備組成，主要以工業LCD 顯示屏搭建的模擬座艙環境為實景，通過在維修操作過程中不斷給予受訓人員以過程提示， 從而實現維修人員的程序過程訓練。

2 維修模擬訓練系統的總體設計

以工業控制計算機作為模擬訓練系統的控制平臺，大量運用虛擬儀表、圖形圖像控制、多線程數據采集、三維建模與仿真、多媒體、網絡、接口等技術，為航空裝備保障單位研制出一種可靠性高、維修性好、擴展性強，價格低廉，可進行多專業、多層次、多人同步訓練的模擬維修訓練平臺， 不僅從根本上解決航空裝備維修訓練器材缺乏的問題，而且為縮短培訓周期，降低維修訓練成本提供有效手段。

2.1 模擬訓練系統功能

某型飛機維修模擬訓練系統的模擬仿真座艙是按照真實座艙空間、尺寸進行布局，能夠替代實裝飛機座艙，能夠實現座艙環境再現，以計算機技術為核心，進行真實的動態仿真，為維護人員提供一個維修保障訓練的操作平臺。 該系統具有以下功能：（1）多專業通電檢查訓練：可完成某型航空機械、武器、特設、航空電子通電檢查內容， 真實模擬飛機座艙通電現象和過程。（2）發動機性能參數調整：可通過仿真座艙和發動機性能參數調整實習臺的配合使用， 實現某型飛機發動機主要調整點的性能參數調整訓練。 （3）空中特情處置訓練功能：可對常見的空中特殊情況進行模擬訓練， 提高保障人員對空中特殊情況的判讀和應急處置能力。 （4）三維交互式訓練：運用三維實體建模與仿真技術，構建了高仿真的飛機三維實體模型，可使維護人員根據實際訓練需求打開飛機相關艙蓋，進行三維構造學習、部附件拆裝和維護保養等三維交互式訓練。 （5）故障設置模塊：可根據專業進行故障設置，設置飛機常見的故障現象與狀態，保障人員進行故障狀態下的模擬訓練。 （6）專家評判模塊：可對主要科目的模擬訓練過程，進行自動評判，列出操作過程中的出現問題，并給出訓練成績。

2.2 基本工作原理

飛機維修模擬訓練系統采用目前成熟的計算機技術、仿真技術、 虛擬現實技術及多媒體技術構建的一個模擬仿真航空裝備。 該系統采用多臺工業控制計算機作為模擬系統的控制中樞，應用Windows 操作系統作為軟件搭載平臺， 運用VisualC++、Ngrain、Photoshop、3DMax、Authorware、Direct Sound 等 計 算 機 應用軟件作為系統開發工具， 應用觸摸屏控制技術， 視景仿真技術，虛擬儀表技術，多媒體仿真技術等計算機應用技術，開發模擬訓練系統。

該模擬訓練系統主要由模擬仿真座艙、發動機性能參數調整實習臺、中央控制系統、監控演示系統等和多個綜合程序訓練器組成。 中央控制系統是模擬仿真系統的控制中樞，系統利用接口系統控制實時采集模擬仿真座艙內設備的數字信號和模擬信號，經過預信號處理，傳輸至中央控制系統計算機。 中央控制系統對接收的信號和數據進行處理、轉換、顯示，同時調用相關的功能模塊。最終解算出的信息一方面傳回接口系統，經過信號解碼處理輸出至仿真座艙內的顯示設備， 控制座艙內信號燈、儀表、指示器、按鈕及相關設備的工作、指示和提示；另一方面傳輸至音響系統，模擬各種設備的工作聲響。 監控演示系統通過與中央控制系統計算機進行數據交換，將訓練科目控制、故障參數設置、過程控制等信息反饋給中央控制系統，并能實現監控、顯示、記錄、評判主要維修科目的功能；發動機性能參數調整實習臺主要通過與中央控制系統計算機進行實時數據傳輸， 從而實現發動機性能參數調整與座艙現象的實時聯動， 最終完成發動機參數的性能調整訓練； 綜合程序訓練器通過人機交互設備的消息響應獨立運行的功能模塊，通過逼真的座艙環境、正確的操縱系統運行邏輯， 使維護人員掌握航空裝備的操作使用方法及注意事項，掌握發動機試車等程序訓練。某型飛機維修模擬訓練系統基本工作原理圖如圖2 所示。

圖2 模擬訓練系統工作原理圖

3 維修模擬訓練系統的技術難題解決

3.1 維修模擬訓練系統聲響仿真技術

在維修模擬訓練仿真系統中， 我們運用多種技術手段，例如Direct Sound 技術，模擬仿真飛機發動機、各種告警、信息提示等設備工作的聲效，為營造逼真的訓練環境，需要模擬出發動機起動、試車、停車及各種設備工作的聲音。 下面我們以發動機的起動、試車和停車工作時的聲音為例，首先，通過現場錄制發動機試車時的特種聲音，經過數字濾波處理，對聲音進行編輯和平滑，從而提煉出發動機試車時的特征聲音。 把整個試車過程的聲音可分為三段，前段為起動運轉聲音，中段為平穩運轉聲音，后段為停車運轉聲。 由于在起動和停車階段設備從一種狀態變化到另一種狀態，所以其整個過程聲音變化比較大，但在平穩運轉階段，其工作聲音基本保持不變。 根據以上分析的特點，在控制模擬設備工作聲音時， 可將實裝系統上各種設備單獨工作的聲音在現場錄制下來， 將每個設備工作的聲音剪輯成3個wav 文件， 分別為起動聲音、 平穩聲音和停車聲音。 再通過Direct Sound 組件進行控制回放， 可以進行各種聲音混合播放的模擬。進行播放的聲響保持了與發動機試車的同步響應， 以達到真實模擬實裝操作的效果。

3.2 維修模擬訓練系統上模擬中央儀表的實現

維修模擬訓練系統上模擬中央儀表的實現采用了GL Studio 軟件進行虛擬儀表的設計開發。飛機上的中央儀表板可分為背景部分、操作部分和顯示部分等三個部分組成；背景部分主要指中央儀表板上的一些固定不變的部分，如各種固定螺釘、底板等，直接從實裝照片上截取部件，再用Photoshop 軟件進行必要的處理，然后制作成模擬設備的背景；操作部分主要指中央儀表板上的一些用于輸入的部分，如各種旋鈕、開關、按鈕等，這部分的制作基本與背景制作一致，但是也有不同之處，例如開關的“開”和“關”兩個狀態，在用Photoshop 軟件制作過程中，開關本身分別處于兩個不同的圖層，在制作紋理時，要盡可能細分每一個部分，便于后期的程序開發工作；顯示部分主要指中央儀表板上的一些用于輸出的部分， 如指針的顯示屏幕和各種指示信號燈等，顯示部分的制作與操作部分制作中的紋理制作相似，并且也要注意將各種不同狀態分圖層制作， 例如警告燈的 “亮”和“滅”的狀態、顏色的不同。 完成所有的制作后，按照先后的順序進行排列打包，利用后期的開發軟件進行調用顯示，這樣達到了中央儀表的虛擬仿真，提高整個訓練系統的仿真效果。

4 結語

某型飛機維修模擬訓練系統，已推廣到工廠、院校、航空兵部隊使用。 應用結果表明，運用該系統開展飛機維修模擬訓練，解決了實裝缺乏，保障人員難以進行維修訓練的難題，大大縮短了維修保障訓練周期，節約了大量的維修保障經費，具有可靠性高、維修性好、實用性強、價格低廉等優點。

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