飞机维修虚拟训练系统的应用

陈牧原

摘 要： 在科技迅速发展、国家日渐强盛的今天，多媒体全面普及，航空维修教学已经从传统的依靠实装飞机设备讲解转型成利用新型的虚拟训练系统教学。本文主要介绍了该系统的组成、教学中的应用及存在的问题与思考。

关键词： 虚拟训练系统 飞机维修 教学应用

飞机维修虚拟训练系统是基于飞机系统仿真技术、三维数字模型技术、虚拟现实交互技术等搭建的一种训练平台。传统的维修培训对大范围的维修训练效果不佳，不仅费时而且费用昂贵。然而该系统能把实装飞机上机械、电子、特设等各个专业的相关知识通过计算机直观地呈现给维修训练人员，尤其是在大范围系统培训中表现得相当有效。

1.飞机维修虚拟训练系统的组成

1.1飞机虚拟驾驶舱

通过绘图软件绘制飞机驾驶舱各类仪表、开关、多功能显示器等，再由C++、VC、OpenGL等编程软件对系统逻辑加以控制，实现飞机驾驶舱的虚拟仿真。它能够在通电检查、发动机试车、故障设置时模拟真实飞机驾驶舱内相应的控制和显示。

1.2三维虚拟飞机

通过3Dmax、Catia等三维建模软件制作飞机三维模型，并提供人机交互程序模块，以动画形式实现飞机绕飞检查、部附件识别与拆装、飞行操纵检查、发动机反推等多项功能。

1.3动态原理图

通过flash绘制系统原理图，利用程序控制动画，实现原理图与飞机虚拟系统联动，方便训练人员在操作时观察相应系统的状态和变化，进而掌握飞机各系统的功能原理和工作逻辑。

1.4飞机维修培训手册

通过程序加载飞机维修手册、全套电子文档，学生在学习某个章节时电子手册能自动跳转到对应章节。

1.5网络系统

通过TCP/IP协议在训练教室中组建局域网络，配备一台教师机和十二台学生机，实现授课教师对训练人员学习状态的监控与指导。

2.飞机维修虚拟训练系统在飞机维修教学中的应用

2.1飞机维修理论教学

飞机维修理论繁多且复杂，其中的概念原理更是抽象难懂，学生在学习时多半是靠死记硬背，并没有真正理解其中系统原理，所以在以后的实际操作中也会不知所措。飞机维修虚拟训练系统通过动态原理图直观地反映了飞机维修理论，学生可以在学习过程中一边操作虚拟驾驶舱中的开关一边观察原理图的实时变化，把枯燥的理论知识转化成形象生动的二维动画，加深学生对理论知识的理解。电子版的飞机维修培训手册与虚拟训练系统关联，方便查阅，在老师进行理论教学时起到很好的辅助作用。

2.2飞机发动机试车教学

飞机的发动机试车工作历来都是一项高风险、高技术含量的活，多年以来由于操作错误引起的事故不少，甚至会导致人员伤亡，发动机损坏等严重后果。所以飞机发动机试车是航空维修教学很重要的一个环节，它主要用于检查发动机参数是否正常，也可以看发动机操纵系统、机舱增压系统、液压系统的工作情况。虚拟驾驶舱中提供了实装飞机的所有开关组件，训练人员对其进行操作，虚拟多功能显示器上就会出现相应的参数变化。当出现操作错误时，系统会报警提醒训练人员，这样即便在训练过程中出现操作不当也不会导致上述事故。一套虚拟训练系统可同时容纳两名学生进行学习训练，一人读卡一人操作，更规范试车程序。

2.3部附件识别拆装教学

飞机维修人员在维修过程中只有认识相关的部附件，才能对飞机进行维修。所以，部附件的识别与拆装在航空维修教学中相当重要。然而在传统教学模式中，老师只能通过拍摄的照片，甚至是抽象的线框图对学生进行部附件识别的教学。然而，飞机各个舱室内结构何其复杂，拍摄难度很大，缺少部附件图片的情况时常发生。仅通过文字的讲解很难让学生对部附件的外形结构有一个清楚认识。虚拟训练系统中的三维数字模型很好地解决了这一难题，它能将部附件全方位地展示在学生面前，方便学生多角度观察该部件，从而对其形态结构有清楚认识。做部附件拆装训练时，系统中配套的拆装演示动画可以将拆装步骤一步一步地展示出来，人机交互系统还能让学生自己动手做模拟拆装训练，真正做到讲、学、练一体化教学。

2.4飞机故障排除教学

一说到航空维修肯定就少不了飞机排故。故障排除教学最好的教学方法就是让学生亲手实践，熟悉并掌握故障排除的流程和方法。然而，在实装飞机上很难做到设置故障，分析故障，排除故障这一过程，而且稍有不当还容易损坏飞机。但这一难题在虚拟训练系统上就迎刃而解，老师通过教师机设置故障，由网络系统传输给学生，学生在学生机上分析、排除故障。同时，老师能清楚地看到学生的排故流程，掌握学生的学习情况。该系统的故障隔离功能非常强大，在做波音737NG型飞机左发点火失效排故教学时，运行EEC自检程序，查看“0”航段是否有故障代码，如果没有故障代码则可以判断为瞬时故障，如果有74-X096 代码出现，则进行故障隔离。然后分析故障点，对该机左发右点火进行声音检查程序，如果只有一声点火声音，说明EEC内部有一个点火继电器失效，更换EEC，如果没有点火声，检查电咀的情况，如电咀烧蚀超标，则更换电咀，操作流程简单明了，便于学生学习训练。

3.存在的问题及思考

飞机维修虚拟训练系统虽然相比传统航空维修教学优势巨大，但并非完美无缺。虚拟终究还是模仿，虽然现在的科技使虚拟训练越来越逼真，但是很多地方还是模拟不出来的。实装飞机上各种开关仪器的操作方法、部附件拆装的技巧在虚拟训练系统中纯粹依靠鼠标键盘的点击、拖动无法真实地体现出来。而且，现如今军事技术发展迅猛，机型更新换代快，虚拟训练系统开发需要较长的周期，无法做到与当前实装机型配套，从而给培训机务人员造成很多困难。但是目前，世界上许多发达国家已经将飞机维修实际操作部分转移至虚拟训练系统上完成，我国多家航空公司也同样采用这种先进的教学方法。综合考虑到训练成本和训练成果看，这种利用计算机仿真及虚拟现实技术搭建的航空维修训练平台已经成为当代航空维修教学和培训的大势所趋。相信在中国日渐强盛的发展下，我国自主研发的虚拟训练系统必将在未来航空维修教学中占有一席之地。

参考文献：

[1]郑东良.航空维修理论[M].国防工业出版社，2006.

[2]蔡红霞.虚拟仿真原理与应用[M].上海大学出版社，2010.

[3]Mike Ray.737NG Training Syllabus[M].Createspace，2013.