浅谈虚拟仪表技术在航空装备教学中的应用研究

王停

摘 要：航空装备是一门强调实践操作的学科。但是直接上机操作会浪费高价值机载设备有效寿命，而且耽误作战部队正常训练。针对这一问题，本文介绍了虚拟仪表技术。通过全静压系统演示平台的使用验证，我们发现该技术不仅维护简便，价格经济，还能实现实装设备不能的故障设置教学和网络教学，具有很好的推广前景。

关键词：虚拟仪表技术；航空装备教学

航空装备是一门依据培训对象任职岗位能力需求，以实践能力培养为目标，推行“理实互补、知行合一”的特殊学科。该学科理论和实践结合特别紧密，具有鲜明的针对性和速成性，要想在短暂的学习期间能够学有所成，适应部队快速发展的需要，就必须牢抓实践教学环节，提高教学效率。

但是由于实装昂贵，如果采取直接上飞机操作的方式，会浪费高价值机载设备有效寿命，代价比较大，而且耽误作战部队正常训练。为了解决该问题，本文探索运用虚拟仪表技术来高效模拟实装设备，保障教学。

一、虚拟仪表技术概述

虚拟仪表是现代仪表技术和计算机技术深层次结合的产物。它利用计算机I/O 接口设备完成传感器信号的采集与输入，然后利用主机强大的数据和图像处理能力实现信号的分析处理，并驱动专业虚拟软件开发的仪表面板进行实时指示。

二、虚拟仪表技术在航空装备教学中的应用优势

1.激发学员学习兴趣

通过虚拟仪表技术，我们可以对装备的外形、工作原理和操作过程进行逼真的模拟，使课堂教学更加的丰富，互动性强。

2.节约航空装备维护成本，提高维护效率

在飞机仪表教学中，有一个很突出的问题就是练习器材耗损严重，维护更新赶不上教学节奏，尤其是一些精密的电器设备。这给教学按纲施训带来很大困难。虚拟仪表设备使用专业软件来进行建模和编程，投入成本比较少，而且屏幕上的设备都是虚拟的，按程序进行工作，几乎不可能出现人为损耗，唯一需要定期检修更换的，只是一些低成本的交互设备。这样将会大大提高设备维护效率。

3.可实现网络化教学

与传统仪表设备相比，虚拟仪表是以计算机为基础的，因此是完全可以实现网络化的。这样的话，学员完全可以通过网络随时进行装备的学习和模拟操作，并且可以将操作成绩和容易出错的地方进行分析统计，便于教员掌握情况，进行针对性教学。

三、虚拟仪表技术实例

飞机的全静压系统用来收集气流的全压和静压，并把它们输送给需要全压和静压的仪表和有关设备，给予飞行员飞机高度、速度、M数和升降速度等飞行参数的指示。该系统对武器系统的准确发射、飞机的安全航行、飞机正确操纵以及发动机正常工作起着非常重要作用。该系统的维护学习当然也至关重要。

1.原理结构

该平台原理是先通过高精度气压传感器芯片对外部大气参数进行采集，然后转换成电信号传输至上位机，经过分析计算后，驱动屏幕上的膜盒仪表画面动态实时显示。系统原理框如图1所示。

（1）硬件平台搭建

下位机的气压电信号和开关信号是上位机实时准确显示的前提，因此如何选择气压芯片、数据处理MCU和外置开关至关重要。在可靠性和经济性之间我们选择了STM32F103C8T6单片机和BMP180气压芯片结合进行气压数据测量，STC89C51单片机进行开关信号控制。

（2）软件平台搭建

为了真实模拟实装，上位机的显示画面必须逼真可靠，通过试验比较，最终我们选用GL studio与VC6.0软件来进行开发设计。GL Studio是美国DiSTI公司的旗舰产品，该产品是一个独立平台的快速原型工具，用来创建实时的、三维的、照片级的互动图形界面。它能将照片级的图形进行编辑，并最后生成C++代码，然后通过与VC6.0软件结合编程，就能实现与下位机串口信号的无缝连接。GL studio编辑结构窗口和仪表面板效果图如图3所示。

2.使用效果

该虚拟仪表平台对飞机全静压系统进行了高度仿真，可以进行全静压系统膜盒仪表的动态演示，让很难懂的飞行参数测量原理直观的演示出来，抽象公式具体化，降低了理论学习难度。

四、虚拟仪表设备实习室设想

无论对老旧装备还是最新装备，虚拟仪表设备都是非常适用的，而且维护简便，价格经济，还能实现实装设备不能的故障设置教学。通过引入网络技术，我们可以让教员与学员之间实时互动，提高学习积极性。为了保障教学的顺利实施，虚拟仪表设备是很有必要大力推广的。我们可以按照机型或者专业建立专门的虚拟仪表设备实习室，将飞机上的重要的系统都模拟出来，既可以进行专业理论教学也可以满足学员的实践培训甚至是结业考核。

参考文献

[1] 于辉，赵经成等.GL Studio虚拟仪表技术应用与系统开发[M].北京：国防工业出版社，2010，7.

[2] 吴晓男，戴洪德，徐宇茹.航空装备检测虚拟实验教学系统研究[J].電子测试，2010，5（5）：86-88.

[3] 刘爱元，赵国荣，刘持胜.军队院校专业课实验教学设计[J].实验技术与管理， 2013（ 4）：130-132.