直升機交互式虛擬維修方法

張棟 張亞凱 馮瑞學

摘 要：隨著科學技術的不斷發展，虛擬維修這種新型的維修模式逐漸出現在大眾的視線之中。本文將簡要介紹這一科學技術和圖像處理等技術相結合的技術。并系統性提出直升機交互式虛擬維修的方法以及維修人員的訓練模式，把現實的直升機維修工作作為目標和中心，操作流程作為基礎，讓受訓的員工在虛擬的情景下對虛擬擬樣機進行交互式的操作。切實有效的促進我國對直升機維修工作能力的提升。

關鍵詞：直升機 虛擬維修 交互 故障診斷

目前我國航空行業的飛速發展，對現代直升機裝備的需求日益增多。直升機的配件和裝備內容復雜性也在不斷的提高，而維修與護理產生的相應費用也在逐年不斷的增加，而在航空行業內部也存在巨大的競爭力。目前傳統的機務維修培訓存在著一些問題，例如培訓模式枯燥、在學習過程中沒有足夠的資源、傳統維修方式易受傷等問題。而且由于實物樣機資源有限，同時培訓方式較為落后，已經與目前飛速發展的航空行業產生了不匹配的現象。所以新型的虛擬維修技術可以很好的改善這種不平衡的局面，能切實有效的增加航空企業的經濟效益。

1虛擬維修簡介與直升機基本結構

1.1虛擬維修簡介

虛擬維修是一種虛擬現實技術發展延伸出來的一類應用，這是一種虛擬現實技術與相應維修工程相互結合的產物。虛擬維修指的是將虛擬現實技術和計算機信息技術作為依托，由計算機產生的一種虛擬場景，這種場景包括了產品相應數字樣機以及維修人員的三維模型，通過操作維修人員的模型進行仿真維修的多方面型的綜合性應用技術。“虛擬”并不是對虛擬情景下進行隨意的設置，而是通過將實際世界的準確數據進行采集后的虛擬化呈現，維修的不是實際存在的設備，但是滿足了真實的維修過程，可以輕松解決維修員工過分依賴傳統維修經驗的問題。與傳統的維修方法相比具有以下的特點，首先是可以更早的去檢驗維修設計方案，及時反應虛擬環境下的具體情況并反饋到真實樣機上。其次虛擬維修不需要提供真實樣機、場地、維修裝備等，提高了維修的速度降低了維修成本。最后可以更容易讓受訓人員通過多種方式參與交流，生動形象具體的讓維修人員進行維修。

1.2直升機基本結構

拿單旋翼帶尾獎直升機來說，一般分為，機身、動力裝置、旋翼和尾槳、傳動系統、起落裝置、操作系統六個方面。機身部分包含了駕駛艙、客貨艙以及設備艙三個部位，動力裝置通常指的是直升飛機提供動力的引擎裝置，而旋翼影響直升機的飛行能力、震動的特性、乘坐舒適感等因素，傳動系統是將引擎扭矩傳遞給尾槳，起落裝置可以緩沖掉起落帶來的沖擊力，操作系統則是控制飛機的升降、轉彎、周期變據等操作。可以通過利用CAD模型系統建立等價的三維虛擬樣機模型進行后期的虛擬維修。

2交互式虛擬維修方法的探究

2.1維修相應技術的研究

對維修相應技術的研究主要分為以下三個方面，首先是了解模型優化的概念，其次是模型網格的簡化算法，最后是對直升機的模型進行優化。模型優化一般來說是使用計算機軟件繪制出多邊形結構去模擬立方體的結構外形，旨在去達到與真實物體在外觀上的相似。一般用點、直線、多變圖形、復雜曲線曲面等方程來表示。針對目前情況來說模型優化主要有兩個方面，首先是對復雜模型進行簡化，通過一些簡易的方法將面和點進行合并。或者采用通過軟件進行編輯對CAD系統轉化來的模型進行相應的編輯與優化。

2.2交互式槳葉震動調整防止

直升機的優勢在于其具有良好的機動性，非常適合進行軍事任務以及社會相應領域的工作需求，作為直升機核心部件，“旋翼”的重要性不言而喻。一般來說對旋翼槳葉的振動進行檢測是利用一些頻閃儀、加速器、光學探頭、測量主機等專業的設備安裝在直升機的相關位置，通過一定的數據處理與分析得到旋翼的工作數據信息，進行配重調整、槳距調整以及后緣片調整。構建虛擬的樣機同時設計虛擬儀器，將交互式槳葉震動調整成仿真應用。

2.3故障判斷與維修

設計交互式的故障診斷與排除故障的仿真研究可以幫助維修人員和用戶進行相關訓練。一般情況之下需要設計，尋找樣機故障、判斷故障、解決故障三個流程。維修人員通過故障的維修模塊中找尋可視化駕駛室的窗口觀察直升機的情況。也可以由相關的指導老師利用管理員的身份去人為的設置和添加相應的故障，將相應的故障添加到虛擬系統之中。通過系統界面的現實分析判斷出故障，給出診斷和推理。然后通過進入檢測排除故障的界面進行相應零件的檢測操作，并進行相應的排除故障處理。一般包含了對零件的清潔、更換新舊，射線探傷幾種應用較廣的維修手段。最后制定故障設定數據的表格以及維修排除故障的操作數據表格。通過虛擬維修故障與排除故障仿真的交互方式，幫助維修人員更為真實的去進行虛擬數據的對樣機進行維修與護理。

2.4在虛擬情境下的直升機維護

分析出直升飛機的航線維護與定檢維護的特點，根據情景設計出相對應的在虛擬仿真之中的流程，維護飛行航線的三個方面，航前、航中、航后。首次航班出發前的檢查工作是航前維護。航中維護是在飛機經過站檢查時進行的維護，航后維護是指完成所有的飛行任務進行的檢查與維護。而定檢維護更為特殊和繁雜。所以將定檢維修任務的仿真作為直升機交互式虛擬維修的主要探討對象之一，維修人員對直升機每個地方仔細進行檢查與維修。通過使用逼真的定檢維護提高和訓練機務人員的能力，使機物人員可以及時的掌握相應的原理并展開有關的實際維修工作，提高了工作效率。對直升飛機的維護使是一項非常繁雜而精細的任務，需要工作的員工非常有耐心、經驗以及細致熟練的操作。所以應該設置直升機的維護工作的評估表，客觀全面的評價維修人員，并同時提出較為標準的流程評價方法。

總 結

社會對直升機的日益需求增多，再加上現在虛擬現實技術的廣泛應用，二者相結合的情況越來越受到社會的關注。根據航空行業的需求與現代空中領域對維修的相關要求，制定出合理規范的維修模式與方法。由于與國外相比虛擬維修方法和手段較為落后。本文旨在提高目前直升機交互式虛擬維修方法在實際中的應用。

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