直升机交互式虚拟维修方法

张栋 张亚凯 冯瑞学

摘 要：随着科学技术的不断发展，虚拟维修这种新型的维修模式逐渐出现在大众的视线之中。本文将简要介绍这一科学技术和图像处理等技术相结合的技术。并系统性提出直升机交互式虚拟维修的方法以及维修人员的训练模式，把现实的直升机维修工作作为目标和中心，操作流程作为基础，让受训的员工在虚拟的情景下对虚拟拟样机进行交互式的操作。切实有效的促进我国对直升机维修工作能力的提升。

关键词：直升机 虚拟维修 交互 故障诊断

目前我国航空行业的飞速发展，对现代直升机装备的需求日益增多。直升机的配件和装备内容复杂性也在不断的提高，而维修与护理产生的相应费用也在逐年不断的增加，而在航空行业内部也存在巨大的竞争力。目前传统的机务维修培训存在着一些问题，例如培训模式枯燥、在学习过程中没有足够的资源、传统维修方式易受伤等问题。而且由于实物样机资源有限，同时培训方式较为落后，已经与目前飞速发展的航空行业产生了不匹配的现象。所以新型的虚拟维修技术可以很好的改善这种不平衡的局面，能切实有效的增加航空企业的经济效益。

1虚拟维修简介与直升机基本结构

1.1虚拟维修简介

虚拟维修是一种虚拟现实技术发展延伸出来的一类应用，这是一种虚拟现实技术与相应维修工程相互结合的产物。虚拟维修指的是将虚拟现实技术和计算机信息技术作为依托，由计算机产生的一种虚拟场景，这种场景包括了产品相应数字样机以及维修人员的三维模型，通过操作维修人员的模型进行仿真维修的多方面型的综合性应用技术。“虚拟”并不是对虚拟情景下进行随意的设置，而是通过将实际世界的准确数据进行采集后的虚拟化呈现，维修的不是实际存在的设备，但是满足了真实的维修过程，可以轻松解决维修员工过分依赖传统维修经验的问题。与传统的维修方法相比具有以下的特点，首先是可以更早的去检验维修设计方案，及时反应虚拟环境下的具体情况并反馈到真实样机上。其次虚拟维修不需要提供真实样机、场地、维修装备等，提高了维修的速度降低了维修成本。最后可以更容易让受训人员通过多种方式参与交流，生动形象具体的让维修人员进行维修。

1.2直升机基本结构

拿单旋翼带尾奖直升机来说，一般分为，机身、动力装置、旋翼和尾桨、传动系统、起落装置、操作系统六个方面。机身部分包含了驾驶舱、客货舱以及设备舱三个部位，动力装置通常指的是直升飞机提供动力的引擎装置，而旋翼影响直升机的飞行能力、震动的特性、乘坐舒适感等因素，传动系统是将引擎扭矩传递给尾桨，起落装置可以缓冲掉起落带来的冲击力，操作系统则是控制飞机的升降、转弯、周期变据等操作。可以通过利用CAD模型系统建立等价的三维虚拟样机模型进行后期的虚拟维修。

2交互式虚拟维修方法的探究

2.1维修相应技术的研究

对维修相应技术的研究主要分为以下三个方面，首先是了解模型优化的概念，其次是模型网格的简化算法，最后是对直升机的模型进行优化。模型优化一般来说是使用计算机软件绘制出多边形结构去模拟立方体的结构外形，旨在去达到与真实物体在外观上的相似。一般用点、直线、多变图形、复杂曲线曲面等方程来表示。针对目前情况来说模型优化主要有两个方面，首先是对复杂模型进行简化，通过一些简易的方法将面和点进行合并。或者采用通过软件进行编辑对CAD系统转化来的模型进行相应的编辑与优化。

2.2交互式桨叶震动调整防止

直升机的优势在于其具有良好的机动性，非常适合进行军事任务以及社会相应领域的工作需求，作为直升机核心部件，“旋翼”的重要性不言而喻。一般来说对旋翼桨叶的振动进行检测是利用一些频闪仪、加速器、光学探头、测量主机等专业的设备安装在直升机的相关位置，通过一定的数据处理与分析得到旋翼的工作数据信息，进行配重调整、桨距调整以及后缘片调整。构建虚拟的样机同时设计虚拟仪器，将交互式桨叶震动调整成仿真应用。

2.3故障判断与维修

设计交互式的故障诊断与排除故障的仿真研究可以帮助维修人员和用户进行相关训练。一般情况之下需要设计，寻找样机故障、判断故障、解决故障三个流程。维修人员通过故障的维修模块中找寻可视化驾驶室的窗口观察直升机的情况。也可以由相关的指导老师利用管理员的身份去人为的设置和添加相应的故障，将相应的故障添加到虚拟系统之中。通过系统界面的现实分析判断出故障，给出诊断和推理。然后通过进入检测排除故障的界面进行相应零件的检测操作，并进行相应的排除故障处理。一般包含了对零件的清洁、更换新旧，射线探伤几种应用较广的维修手段。最后制定故障设定数据的表格以及维修排除故障的操作数据表格。通过虚拟维修故障与排除故障仿真的交互方式，帮助维修人员更为真实的去进行虚拟数据的对样机进行维修与护理。

2.4在虚拟情境下的直升机维护

分析出直升飞机的航线维护与定检维护的特点，根据情景设计出相对应的在虚拟仿真之中的流程，维护飞行航线的三个方面，航前、航中、航后。首次航班出发前的检查工作是航前维护。航中维护是在飞机经过站检查时进行的维护，航后维护是指完成所有的飞行任务进行的检查与维护。而定检维护更为特殊和繁杂。所以将定检维修任务的仿真作为直升机交互式虚拟维修的主要探討对象之一，维修人员对直升机每个地方仔细进行检查与维修。通过使用逼真的定检维护提高和训练机务人员的能力，使机物人员可以及时的掌握相应的原理并展开有关的实际维修工作，提高了工作效率。对直升飞机的维护使是一项非常繁杂而精细的任务，需要工作的员工非常有耐心、经验以及细致熟练的操作。所以应该设置直升机的维护工作的评估表，客观全面的评价维修人员，并同时提出较为标准的流程评价方法。

总 结

社会对直升机的日益需求增多，再加上现在虚拟现实技术的广泛应用，二者相结合的情况越来越受到社会的关注。根据航空行业的需求与现代空中领域对维修的相关要求，制定出合理规范的维修模式与方法。由于与国外相比虚拟维修方法和手段较为落后。本文旨在提高目前直升机交互式虚拟维修方法在实际中的应用。

参考文献

[1] 刘钡钡，田凌，杨宇航等.基于知识的航空虚拟维修技术[J].计算机集成制造系统，2016，22（6）：1509-1528.

[2] 陈磊，史永胜.Ka-32直升机发动机排故虚拟训练技术研究[J].航空科学技术，2017，28（7）：12-18.

[3] 史永胜，黄杰.基于VMTS的旋翼伺服作动器故障诊断过程可视化[J].计算机测量与控制，2016，24（2）：18-21.