某新型飞机维修模拟训练系统的研制

许 松 罗守华 张 伟

（空军第一航空学院，河南 信阳 464000）

进入二十一世纪， 现代科学技术大量的运用在航空装备上，使航空装备的科技含量越来越高，其价格之昂贵，专业之间的交联度越来越复杂，培养保障和维护人员也变得日益迫切。同时使用维护保障人员维修保障质量影响着航空装备性能的发挥，甚至保证飞行安全，因此，提高航空装备维护人员的保障能力始终是航空装备保障的首要任务。 航空维修专业人员的技术培训分为实装训练和模拟训练。开展模拟训练，对于提高训练质量、缩短训练周期、降低训练风险，减少训练消耗具有重要作用，而且可较好的改善实装训练受外界因素制约性强，针对性、可控性差的弱点，大幅提升现代航空装备维修训练的质量和效益。

1 飞机维修模拟训练系统的组成

该模拟训练系统主要由模拟仿真座舱、发动机性能参数调整实习装置、中央控制系统、监控演示系统等和多个综合程序训练器组成。 在实际训练过程中，既可以模拟仿真座舱和发动机性能参数调整实习装置为依托对维护人员进行各专业通电检查、空中特殊情况处置、发动机性能参数调整、常见故障分析等维修技能训练；还可以依托综合程序训练器，通过在维修操作过程中不断给予维护人员以程序过程训练提示， 从而实现维修操作的程序过程训练。 系统总体布局如图1 所示。

图1 模拟训练系统总体布局图

1.1 模拟仿真座舱

飞机维修模拟训练系统的模拟仿真座舱是按照实装飞机座舱1:1 比例仿制而成的，其内部设备的外部结构特征完全与实装布局相同。 模拟仿真座舱主要由模拟仿真舱体、设备操纵台、仿真仪表板、驾驶杆、中央机构和油门操纵台组成。 为便于教学与训练，模拟仿真座舱采用开放式设计；舱体底部前轮采用万向轮，便于移动运输。

1.2 发动机性能参数调整实习台

飞机维修模拟训练系统中的发动机性能参数调整实习台采用实装发动机， 可供维护人员进行发动机性能参数调整实习与训练。 实装发动机安装在专用的托车架上，便于教学展示，托车架底部还设计有移动轮和支撑脚，方便地面挪动和维修。 在实装发动机上调整点内加装传感器，并与中央控制计算机连接，从而实现发动机性能参数调整与座舱现象的实时联动。

1.3 中央控制系统

中央控制系统由中心控制系统计算机及其软件系统组成，是模拟训练系统的控制中枢。 主控计算机通过网络实现与飞机维修模拟训练器、 发动机性能参数调整实习台和综合程序训练器相连，控制整个模拟训练系统的运行。

1.4 监控演示系统

监控系统主要由监控演示控制台和工业LCD 触摸屏显示器等组成，主要为维护人员进行专业选择、训练科目切换、故障设置、资料查询等操作提供人机交互平台。

1.5 综合程序训练器

综合程序训练器由训练器控制计算机和人机接口设备组成，主要以工业LCD 显示屏搭建的模拟座舱环境为实景，通过在维修操作过程中不断给予受训人员以过程提示， 从而实现维修人员的程序过程训练。

2 维修模拟训练系统的总体设计

以工业控制计算机作为模拟训练系统的控制平台，大量运用虚拟仪表、图形图像控制、多线程数据采集、三维建模与仿真、多媒体、网络、接口等技术，为航空装备保障单位研制出一种可靠性高、维修性好、扩展性强，价格低廉，可进行多专业、多层次、多人同步训练的模拟维修训练平台， 不仅从根本上解决航空装备维修训练器材缺乏的问题，而且为缩短培训周期，降低维修训练成本提供有效手段。

2.1 模拟训练系统功能

某型飞机维修模拟训练系统的模拟仿真座舱是按照真实座舱空间、尺寸进行布局，能够替代实装飞机座舱，能够实现座舱环境再现，以计算机技术为核心，进行真实的动态仿真，为维护人员提供一个维修保障训练的操作平台。 该系统具有以下功能：（1）多专业通电检查训练：可完成某型航空机械、武器、特设、航空电子通电检查内容， 真实模拟飞机座舱通电现象和过程。（2）发动机性能参数调整：可通过仿真座舱和发动机性能参数调整实习台的配合使用， 实现某型飞机发动机主要调整点的性能参数调整训练。 （3）空中特情处置训练功能：可对常见的空中特殊情况进行模拟训练， 提高保障人员对空中特殊情况的判读和应急处置能力。 （4）三维交互式训练：运用三维实体建模与仿真技术，构建了高仿真的飞机三维实体模型，可使维护人员根据实际训练需求打开飞机相关舱盖，进行三维构造学习、部附件拆装和维护保养等三维交互式训练。 （5）故障设置模块：可根据专业进行故障设置，设置飞机常见的故障现象与状态，保障人员进行故障状态下的模拟训练。 （6）专家评判模块：可对主要科目的模拟训练过程，进行自动评判，列出操作过程中的出现问题，并给出训练成绩。

2.2 基本工作原理

飞机维修模拟训练系统采用目前成熟的计算机技术、仿真技术、 虚拟现实技术及多媒体技术构建的一个模拟仿真航空装备。 该系统采用多台工业控制计算机作为模拟系统的控制中枢，应用Windows 操作系统作为软件搭载平台， 运用VisualC++、Ngrain、Photoshop、3DMax、Authorware、Direct Sound 等 计 算 机 应用软件作为系统开发工具， 应用触摸屏控制技术， 视景仿真技术，虚拟仪表技术，多媒体仿真技术等计算机应用技术，开发模拟训练系统。

该模拟训练系统主要由模拟仿真座舱、发动机性能参数调整实习台、中央控制系统、监控演示系统等和多个综合程序训练器组成。 中央控制系统是模拟仿真系统的控制中枢，系统利用接口系统控制实时采集模拟仿真座舱内设备的数字信号和模拟信号，经过预信号处理，传输至中央控制系统计算机。 中央控制系统对接收的信号和数据进行处理、转换、显示，同时调用相关的功能模块。最终解算出的信息一方面传回接口系统，经过信号解码处理输出至仿真座舱内的显示设备， 控制座舱内信号灯、仪表、指示器、按钮及相关设备的工作、指示和提示；另一方面传输至音响系统，模拟各种设备的工作声响。 监控演示系统通过与中央控制系统计算机进行数据交换，将训练科目控制、故障参数设置、过程控制等信息反馈给中央控制系统，并能实现监控、显示、记录、评判主要维修科目的功能；发动机性能参数调整实习台主要通过与中央控制系统计算机进行实时数据传输， 从而实现发动机性能参数调整与座舱现象的实时联动， 最终完成发动机参数的性能调整训练； 综合程序训练器通过人机交互设备的消息响应独立运行的功能模块，通过逼真的座舱环境、正确的操纵系统运行逻辑， 使维护人员掌握航空装备的操作使用方法及注意事项，掌握发动机试车等程序训练。某型飞机维修模拟训练系统基本工作原理图如图2 所示。

图2 模拟训练系统工作原理图

3 维修模拟训练系统的技术难题解决

3.1 维修模拟训练系统声响仿真技术

在维修模拟训练仿真系统中， 我们运用多种技术手段，例如Direct Sound 技术，模拟仿真飞机发动机、各种告警、信息提示等设备工作的声效，为营造逼真的训练环境，需要模拟出发动机起动、试车、停车及各种设备工作的声音。 下面我们以发动机的起动、试车和停车工作时的声音为例，首先，通过现场录制发动机试车时的特种声音，经过数字滤波处理，对声音进行编辑和平滑，从而提炼出发动机试车时的特征声音。 把整个试车过程的声音可分为三段，前段为起动运转声音，中段为平稳运转声音，后段为停车运转声。 由于在起动和停车阶段设备从一种状态变化到另一种状态，所以其整个过程声音变化比较大，但在平稳运转阶段，其工作声音基本保持不变。 根据以上分析的特点，在控制模拟设备工作声音时， 可将实装系统上各种设备单独工作的声音在现场录制下来， 将每个设备工作的声音剪辑成3个wav 文件， 分别为起动声音、 平稳声音和停车声音。 再通过Direct Sound 组件进行控制回放， 可以进行各种声音混合播放的模拟。进行播放的声响保持了与发动机试车的同步响应， 以达到真实模拟实装操作的效果。

3.2 维修模拟训练系统上模拟中央仪表的实现

维修模拟训练系统上模拟中央仪表的实现采用了GL Studio 软件进行虚拟仪表的设计开发。飞机上的中央仪表板可分为背景部分、操作部分和显示部分等三个部分组成；背景部分主要指中央仪表板上的一些固定不变的部分，如各种固定螺钉、底板等，直接从实装照片上截取部件，再用Photoshop 软件进行必要的处理，然后制作成模拟设备的背景；操作部分主要指中央仪表板上的一些用于输入的部分，如各种旋钮、开关、按钮等，这部分的制作基本与背景制作一致，但是也有不同之处，例如开关的“开”和“关”两个状态，在用Photoshop 软件制作过程中，开关本身分别处于两个不同的图层，在制作纹理时，要尽可能细分每一个部分，便于后期的程序开发工作；显示部分主要指中央仪表板上的一些用于输出的部分， 如指针的显示屏幕和各种指示信号灯等，显示部分的制作与操作部分制作中的纹理制作相似，并且也要注意将各种不同状态分图层制作， 例如警告灯的 “亮”和“灭”的状态、颜色的不同。 完成所有的制作后，按照先后的顺序进行排列打包，利用后期的开发软件进行调用显示，这样达到了中央仪表的虚拟仿真，提高整个训练系统的仿真效果。

4 结语

某型飞机维修模拟训练系统，已推广到工厂、院校、航空兵部队使用。 应用结果表明，运用该系统开展飞机维修模拟训练，解决了实装缺乏，保障人员难以进行维修训练的难题，大大缩短了维修保障训练周期，节约了大量的维修保障经费，具有可靠性高、维修性好、实用性强、价格低廉等优点。

[1]陈怀瑾.军用仿真技术应用[M].国防科工委军用仿真技术专用组，1988.

[2]肖田元，张燕云，陈加栋.系统仿真导论[M].清华大学出版社，2000，7.

[3]康凤举，杨惠珍，高立娥.现代仿真技术与应用[M].国防工业出版社，2006，2.