EFIS仪表面板仿真研究与教学应用探究

王洛锋 赵鹏

摘要：EFIS是显示飞行数据和导航数据的重要部件，为保障安全飞行驾驶的重要仪表系统。本文通过分析研究驾驶舱EFIS仪表部件的逻辑功能，研究设计基于维修训练模拟器的仿真EFIS面板组件，将仿真EFIS仪表部件引入课堂教学，可使学生操作练习EFIS面板单元模块控制开关的操作与EFIS显示器之间交互控制逻辑关系，提供新型培养模式，提高机务学生的维修技能水平。

关键词：EFIS；仿真；培养模式

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）08-0071-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1 引言

随着我国航空市场的开放发展，我国航空公司机队规模高速扩张。根据三大航引进计划，未来三年仍将保持高速引进态势，在我国航空旅客需求维持的背景下，飞机引进预计长期维持高位[1]。面对机队规模高速扩张的同时，机务维护工作人员需求也持续增长，培养高技能机务维护工作人员，应对航空市场需求是目前高校的培养重点。机务维护模拟机是一种仿真驾驶舱结构设计的机务培训用设备，可在机务维护模拟机设置故障，为机务维修学员提供维修训练方案，因此，对机务维护模拟机设备开发和单元部件研发具有重要教学意义。

EFIS-Electronic Flight Instrument System中文名电子飞行仪表系统，是电子仪表系统EIS（Electronic Instrument System）中的一部分，是飞机驾驶中监视飞行姿态和航向的重要仪表，为飞行员提供飞行数据，使飞行员安全、有效的操作飞机[2]。通过EFIS控制面板，可以选择EFIS屏幕上显示的内容。因此，开发基于机务维护模拟机的仿真EFIS控制单元模块可有效使维修人员与电子仪表系统之间建立关联。

2 EFIS概述

EFIS主要包含主飞行显示器PFD（Primary Flight Display）和导航显示器ND（Navigation Display），主飞行显示（PFD）显示飞行数据，导航显示器（ND）显示导航数据。EFIS控制面板组件位于飞行控制面板，在飞行控制面板两侧各有一个，供机长和副驾驶分别操作使用，飞行员通过控制EFIS控制面板的开关、旋钮等控制部件，选择EFIS屏幕显示的信息。EFIS面板组件上的控制开关一部分控制PFD，另一部分控制ND[3]。如图1为EFIS显示屏幕和控制面板组件。如图2所示为EFIS控制面板模块功能开关对应显示组件。

EFIS显示器模块功能的选取是根据EFIS控制面板实现控制的，通过控制EFIS面板上的控制开关，实现控制EFIS显示屏幕的数据信息变化，实现飞行的安全驾驶。对于EFIS面板控制开关的功能如下：

（1）PFD显示器所对应EFIS面板按钮

a）参考气压显示窗：显示参考气压，单位分为英寸汞柱（in Hg）或百帕（hPa）。

b）参考气压选择器：外圈开关切换参考气压单位；内圈开关用于设定参考气压显示窗和PFD显示器的参考气压数值。其中内圈旋钮可以拉出和按下，拉出时，在气压设定显示窗显示设定；按下时，选择一个新的参考气压。

c）FD按钮：用于在PFD显示器上显示飞行指引仪指令杆。

d）ILS按钮：在PFD显示器显示航道和下滑道标尺。

（2）ND显示器对应EFIS面板按钮

a）模式选择器旋钮：选择同侧ND显示器的导航显示。

b）距离圈选择器旋钮：用于在各自ND上选择距离刻度。

c）ADF-VOR选择器：选择各自ND显示器的ADF或VOR方位指针。

3 仿真EFIS面板控制单元模块整体设计

3.1 仿真EFIS面板控制单元模块设计方案

根据空客A320驾驶舱EFIS面板单元模塊控制功能，分析其控制逻辑，研究仿真件EFIS面板单元模块设计逻辑，EFIS面板单元控制模块设计主要分为机械结构部分、电子电路部分和软件程序部分三部分。如图3为仿真EFIS面板单元模块设计流程图。

3.2 EFIS面板机械结构设计

研究A320驾驶舱的EFIS面板控制单元模块结构，分析开关元器件之间的逻辑控制功能，根据EFIS面板模块结构设计仿真EFIS面板的整体结构。仿真EFIS面板单元模块的整体结构通过Creo三维软件建模设计，在Creo软件中对面板结构、开关、旋钮分别建模设计，并利用Creo软件的装配功能，将各零件模块组装，实现EFIS面板单元模块的整体结构设计。其中包含面板结构、七个按钮开关、三个旋钮开关、两个钮子开关、一个数码显示器。面板结构上按钮、旋钮等开关的位置通过测绘驾驶舱内EFIS面板的数据实现等比例位置布局，面板材料使用透光材质加工，实现面板背光灯光效果。在Creo软件中，根据各元器件之间的结构关系，合理设计内部结构布局，实现整体的结构装配。如图4为仿真EFIS面板整体结构三维建模图。

3.3 EFIS面板电子电路设计

仿真EFIS面板采用STM32为主控芯片，采集旋钮、按键等控制开关输入的信息，并将信息处理之后转换数据信号，与上位机之间建立关联联系，在EFIS显示器组件显示飞行数据信息，建立反馈机制[4]。按钮开关为独立控制单元，单独配备信号接口转接板；参考气压显示窗采用数码管作为气压显示，单独配备接口板；钮子开关也采用单独配备接口板的方法。最终将各元器件接口板接在集成接口板上。如图5所示为EFIS面板硬件结构功能流程图。

3.4 EFIS面板程序

系统程序主要实现开关元器件输出信号采集、数码管数据信号显示和与上位机建立通信的功能。初始化系统程序，系统将根据采集到的开关输入信号情况，进入相应工作状态。通过MCU采集数据，与上位机建立通信，实现EFIS面板模块正常运行。

4 EFIS用于教学模式研究

目前，对于国内航空院校机务维修专业学生，校内授课难以接触航空器驾驶舱真实仪表，普通的CBT课件授课模式难以满足学生对驾驶舱仪表仪器操作学习的需求。引进退役航空器进入课堂学习，一直是众多航空院校探究的教学模式，但面对退役大飞机昂贵的购置费用问题，此种教学模式进行缓慢。因此，通过EFIS面板模块搭配EFIS显示器，可以在CBT授课的基础上，加载仿真驾驶舱的EFIS组件教学，采用实物授课的方式，使学生更进一步理解EFIS面板单元模块的操作逻辑和EFIS面板组件开关操作与EFIS显示器组件之前产生的交互逻辑关系，让学生动手操作练习主飞行显示器和导航显示器上飞行数据的操作控制。EFIS系统部件最终将搭载在A320维修训练模拟机上，与其他仪表模块共同完成维修训练模拟机的整机设备开发，以提高航空院校机务维修专业学生的综合维修技能水平。

5 结语

EFIS是飞行中监视飞行姿态和航向的重要仪表，帮助飞行员安全的驾驶飞行。本论文研究的仿真EFIS组件是基于维修训练模拟机的单元模块组件，通过对航空器驾驶舱的EFIS进行分析研究，根据其逻辑控制功能建立维修训练模拟机的EFIS仿真结构逻辑，并设计EFIS面板单元模块。将仿真EFIS面板仪表引入课堂教学模式，可提高学生的学习兴趣和动手操作能力，使学生更深入的学习相关控制功能，并练习故障排除能力，提高学生维修能力。

参考文献：

[1]中国报告网. 2017年我国民航业景气度及供需现状分析（图）[EB/OL]. http：//free.chinabaogao.com/jiaotong/201711/111I01bH017.html， 2019-01-15.

[2]李元华. 电子飞行仪表系统（EFIS）的发展[J]. 航空电子技术， 1988（2）：3-14.

[3]刘丽娇. 基于GL-Studio的飞行模拟机虚拟座舱开发[D]. 哈尔滨工业大学， 2009.

[4]蒋陵平， 徐文强， 翟战场. A320型机务维护模拟机FCU面板的简易设计[J]. 电子世界， 2018（8）：184-185.

【通联编辑：梁书】