飛機機電液系統故障診斷與檢修實驗室建設探討

楊佳，秦宇飛，唐昭明

（空軍工程大學航空機務士官學校，河南 信陽 464000）

隨著復雜的高精密伺服控制系統廣泛應用于三代機、四代機等新機，飛機附件檢修已不再是機、電、液相互獨立的專業，而是逐步發展為一門綜合機電液等相關技術的綜合性應用專業，因此，建設綜合機電液于一體的飛機機電液系統檢修科研與實訓平臺成為適應這一發展的必然趨勢，這也是目前航空維修領域研究的熱點和難點之一。

1 實驗室建設需求

飛機機電液系統故障診斷與檢修實驗室立足飛機附件檢修的現狀和發展趨勢，按照“立足當前、瞄準前沿、適度超前和科研教學并用”的建設思路，主要研究新機液壓系統、進氣道控制系統、前輪操縱系統、防滑剎車控制系統、應急動力及氣動系統、燃油系統、環控系統等系統及其機電液部附件的故障診斷技術、性能分析技術和檢測修理技術等3個方面的內容。主要建設目標如下：一是為航空修理專業各層次學員開展飛機機電液系統及其部附件故障診斷、性能分析和檢測修理的技能訓練和職業技能鑒定提供教學條件和實訓場所；二是為航空宇航科學與技術學科領域研究人員開展相關課題提供科研保障條件；三是支撐飛機戰傷搶修、附件檢修與探傷專業的學科發展。其總體需求情況如圖1 所示。

圖1 飛機機電液系統故障檢測與診斷實驗室需求分析圖

隨著機電液一體化技術在新機上的大量應用，原有的飛機機、電、液相互獨立的體系設置已不再適應新裝備新技術的發展要求，建設發展飛機機電液一體化的維修保障技術已成必然選擇。該實驗室的建設適應了這一發展的客觀要求，在充分發揮單位原有建設成果的基礎上，重點建設飛機機電液系統及其部附件的綜合診斷分析及檢修技術，可以為培養具有機電液一體化技術的綜合性維修保障人才提供教學條件，可以為新機機電液系統綜合診斷分析技術的科研實驗提供保障，可以為專業學科的長遠發展奠定有力基礎。

2 實驗室建設內容

為適應崗位任職教育需求，實驗室建設中側重于實踐性教學，對實驗室建設的要求更高。為此，該建設項目在現有實驗室條件基礎上，建設內容主要包括以下3個方面的內容。

2.1 飛機機電液系統原理演示及故障模擬實驗臺

研制開發7個飛機機電液系統原理演示及故障模擬實驗臺包括舵面操縱系統原理演示及故障模擬實驗臺、前輪操縱系統原理演示及故障模擬實驗臺、防滑剎車控制系統原理演示及故障模擬實驗臺、氣動系統原理演示及故障模擬實驗臺、燃油系統原理演示及故障模擬實驗臺、環控系統原理演示及故障模擬實驗臺、進氣道控制系統原理演示及故障模擬實驗臺。

7個模擬實驗臺主要功能是可以模擬演示各個系統里面所包括的附件的組成、構造、原理及常見故障；可以設置各種附件的常見故障來模擬推測出相應的故障原因和解決辦法；根據每種機型對附件所設置的試驗科目可以進行相應的模擬性能測試；同時通過模擬演示教學幫助學員認知飛機機電液附件的功能原理和故障判斷，提高學員對新機裝備修復技術和故障診斷技術的研究能力。

通過模擬實驗臺訓練替代實裝訓練，學員在不熟悉設備時不會因為誤操作而導致危險情況發生。學員通過計算機鍵盤和鼠標或實物模型上的交換儀表、按鈕或專業交互攻擊等獲得真實的操作體驗，以生動活潑的三維動畫操作形式提高學員學習興趣和培訓效果。每種模擬試驗臺的組成及功能類似，以防滑剎車控制系統原理演示及故障模擬實驗臺為例，顯示其組成結構示意圖（圖2）。

圖2 防滑剎車控制系統模擬實驗臺培訓系統結構示意圖

模擬試驗臺研制的難點及關鍵問題主要集中在模擬訓練系統的開發上，需要建立大量的虛擬數字資源，其中主要包括2個方面，即設備虛擬模型庫、虛擬人體庫和培訓系統集成。

（1）設備虛擬模型庫。7個飛機機電液系統所包括的附件種類繁多，涉及建模工作量較大，建設難度大。本項目擬采取CATIA V5 三維建模軟件建立設備虛擬模型庫。

（2）虛擬人體庫。虛擬人體庫主要包括虛擬人體模型和虛擬人體動作庫。其中，虛擬人體模型提供預定義的人體模型信息，包括身高、肩寬、臂長、坐高等信息；虛擬人基本動作庫提供虛擬人的各種日常基本動作和姿勢，包括行走、拐彎、蹲下/起立、彎腰、攀、爬/臥、坐/站、跪、伸手/指向、推/拉等各種基本動作和姿勢；本項目擬采用DELMIA V5 虛擬現實仿真軟件建立虛擬人體庫。

（3）培訓系統集成。培訓系統集成涉及到數學模型的優化、系統平臺的搭建、數字模型的整合等方面的內容。需要利用定性或定量的方法描述各操作平臺之間的邏輯關系，用專用軟件搭建各種設備通用的方針平臺，并把各種設備的數字模型、人體資源模型整合到統一的平臺上。本項目主要采用3Dvia VirTools5.0 軟件搭建通用平臺。

2.2 飛機機電液部附件檢修仿真系統。

此仿真系統的研制主要是基于分布式技術、三維圖形圖像模型、視景投影技術、數學模型和實物模型五大核心技術設計開發的覆蓋整個培訓過程（教學、學習、練習和考核）的機電液部附件原理認知和故障診斷模擬培訓系統（圖3）。主要建設內容包括：①飛機機電液部附件的功能原理認知模塊可以演示各種部附件的功能、飛機中所屬位置、三維演示實物總體和分體構造、動畫演示工作原理；②常見故障診斷模塊可以自行設置故障現象，根據故障現象由系統輸出故障診斷技術和維修方法。同時三維演示維修過程；③性能測試科目模塊可以根據所選附件以及出現的故障現象羅列出相應的性能測試科目，并三維演示測試的方法和步驟。整個仿真系統人機交互界面友好，極大的方便學員自主學習和認知。

圖3 飛機機電液部附件檢修仿真系統組成結構圖

2.3 機電液氣組合式綜合實驗系統、電液伺服控制系統機電液實驗裝置

為了提高實驗研究的可靠性，獲得更加真實有效的實驗數據。實驗室決定在原有實裝設備的基礎上改造開發機電液氣組合式綜合實驗系統和電液伺服控制系統機電液實驗裝置，整個建設工作均由教研室人員自行開發改造。這樣不僅大大節約開發資金，同時還提高教員自主創新的能力。達到教學促科研，科研帶教學，實現教學實驗和科研實驗一體化發展。

2.4 實驗室建設步驟

實驗室以滿足學科專業建設和教學的基本需要為出發點，以飛機機電液系統及其部附件的綜合診斷分析系統為主要構成，部分設備采用模擬仿真技術，在實驗室環境下構建飛機機電液系統故障診斷與檢修一體化實驗平臺。

主要建設步驟包括：（1）制定實驗室建設方案；（2）研制開發“機電液氣組合式綜合實驗系統”“電液伺服控制系統機電液實驗裝置”和購置液壓泵源、氣源裝置以及電氣裝置；（3）“飛機機電液部附件檢修仿真系統”的調研、技術資料收集；（4）研制“舵面操縱系統原理演示及故障模擬實驗臺”“進氣道控制系統原理演示及故障模擬實驗臺”等模擬實驗臺共7 臺設備；（5）開發“飛機機電液部附件檢修仿真系統”；（6）進行“飛機機電液系統故障診斷與檢修實驗室”的進一步配套完善工作；（7）實驗室各個系統性能測試及驗收。

3 預期效益分析

實驗室建成后，可同時為45 名學員提供教學和實驗條件，能為飛機機電液系統故障診斷、性能分析和檢測修理技術的研究與教學提供有力的保障。（1）能完成附件檢修與探傷專業及其它專業本科、大專等各層次相關課程的基本實驗和工程技能培養。（2）能進行飛機液壓系統、進氣道控制系統、前輪操縱系統、防滑剎車控制系統、氣動系統、燃油系統、環控系統等系統相關機電液部附件的研究和實驗、診斷分析及檢修裝備的研制開發。（3）能為部隊航空裝備再制造工程及航空維修提供相關技術支持、技術咨詢和技術保障等服務。