淺談虛擬儀表技術在航空裝備教學中的應用研究

王停

摘 要：航空裝備是一門強調實踐操作的學科。但是直接上機操作會浪費高價值機載設備有效壽命，而且耽誤作戰部隊正常訓練。針對這一問題，本文介紹了虛擬儀表技術。通過全靜壓系統演示平臺的使用驗證，我們發現該技術不僅維護簡便，價格經濟，還能實現實裝設備不能的故障設置教學和網絡教學，具有很好的推廣前景。

關鍵詞：虛擬儀表技術；航空裝備教學

航空裝備是一門依據培訓對象任職崗位能力需求，以實踐能力培養為目標，推行“理實互補、知行合一”的特殊學科。該學科理論和實踐結合特別緊密，具有鮮明的針對性和速成性，要想在短暫的學習期間能夠學有所成，適應部隊快速發展的需要，就必須牢抓實踐教學環節，提高教學效率。

但是由于實裝昂貴，如果采取直接上飛機操作的方式，會浪費高價值機載設備有效壽命，代價比較大，而且耽誤作戰部隊正常訓練。為了解決該問題，本文探索運用虛擬儀表技術來高效模擬實裝設備，保障教學。

一、虛擬儀表技術概述

虛擬儀表是現代儀表技術和計算機技術深層次結合的產物。它利用計算機I/O 接口設備完成傳感器信號的采集與輸入，然后利用主機強大的數據和圖像處理能力實現信號的分析處理，并驅動專業虛擬軟件開發的儀表面板進行實時指示。

二、虛擬儀表技術在航空裝備教學中的應用優勢

1.激發學員學習興趣

通過虛擬儀表技術，我們可以對裝備的外形、工作原理和操作過程進行逼真的模擬，使課堂教學更加的豐富，互動性強。

2.節約航空裝備維護成本，提高維護效率

在飛機儀表教學中，有一個很突出的問題就是練習器材耗損嚴重，維護更新趕不上教學節奏，尤其是一些精密的電器設備。這給教學按綱施訓帶來很大困難。虛擬儀表設備使用專業軟件來進行建模和編程，投入成本比較少，而且屏幕上的設備都是虛擬的，按程序進行工作，幾乎不可能出現人為損耗，唯一需要定期檢修更換的，只是一些低成本的交互設備。這樣將會大大提高設備維護效率。

3.可實現網絡化教學

與傳統儀表設備相比，虛擬儀表是以計算機為基礎的，因此是完全可以實現網絡化的。這樣的話，學員完全可以通過網絡隨時進行裝備的學習和模擬操作，并且可以將操作成績和容易出錯的地方進行分析統計，便于教員掌握情況，進行針對性教學。

三、虛擬儀表技術實例

飛機的全靜壓系統用來收集氣流的全壓和靜壓，并把它們輸送給需要全壓和靜壓的儀表和有關設備，給予飛行員飛機高度、速度、M數和升降速度等飛行參數的指示。該系統對武器系統的準確發射、飛機的安全航行、飛機正確操縱以及發動機正常工作起著非常重要作用。該系統的維護學習當然也至關重要。

1.原理結構

該平臺原理是先通過高精度氣壓傳感器芯片對外部大氣參數進行采集，然后轉換成電信號傳輸至上位機，經過分析計算后，驅動屏幕上的膜盒儀表畫面動態實時顯示。系統原理框如圖1所示。

（1）硬件平臺搭建

下位機的氣壓電信號和開關信號是上位機實時準確顯示的前提，因此如何選擇氣壓芯片、數據處理MCU和外置開關至關重要。在可靠性和經濟性之間我們選擇了STM32F103C8T6單片機和BMP180氣壓芯片結合進行氣壓數據測量，STC89C51單片機進行開關信號控制。

（2）軟件平臺搭建

為了真實模擬實裝，上位機的顯示畫面必須逼真可靠，通過試驗比較，最終我們選用GL studio與VC6.0軟件來進行開發設計。GL Studio是美國DiSTI公司的旗艦產品，該產品是一個獨立平臺的快速原型工具，用來創建實時的、三維的、照片級的互動圖形界面。它能將照片級的圖形進行編輯，并最后生成C++代碼，然后通過與VC6.0軟件結合編程，就能實現與下位機串口信號的無縫連接。GL studio編輯結構窗口和儀表面板效果圖如圖3所示。

2.使用效果

該虛擬儀表平臺對飛機全靜壓系統進行了高度仿真，可以進行全靜壓系統膜盒儀表的動態演示，讓很難懂的飛行參數測量原理直觀的演示出來，抽象公式具體化，降低了理論學習難度。

四、虛擬儀表設備實習室設想

無論對老舊裝備還是最新裝備，虛擬儀表設備都是非常適用的，而且維護簡便，價格經濟，還能實現實裝設備不能的故障設置教學。通過引入網絡技術，我們可以讓教員與學員之間實時互動，提高學習積極性。為了保障教學的順利實施，虛擬儀表設備是很有必要大力推廣的。我們可以按照機型或者專業建立專門的虛擬儀表設備實習室，將飛機上的重要的系統都模擬出來，既可以進行專業理論教學也可以滿足學員的實踐培訓甚至是結業考核。

參考文獻

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