制动系统仿真训练对我国航空竞争力提升实证研究

唐大永

摘  要：制动系统的性能与操控能力对航空飞行器的稳定性以及性能的稳定发挥具有至关重要的价值。我国制动系统的自主知识产权与操控技术是继发动机装置的又一大关键制约技术。因此，加强制动系统的自主研发与仿真训练是提升我国航空竞争力的核心。本文仅从制动系统的仿真训练视角，通过实证的方法探究我国航空竞争力提升的策略与努力方向。

关键词：制动系统  方针训练  航空  竞争力  实证

中图分类号：F426.5                            文獻标识码：A                   文章编号：1674-098X（2020）08（b）-0009-03

Abstract： The performance and handling ability of braking system is of great value to the stability and performance of aircraft. The independent intellectual property right and control technology of braking system in China is another key control technology after engine device. Therefore， strengthening the independent research and development and simulation training of braking system is the core of improving the competitiveness of aviation in China. This paper only from the perspective of simulation training of braking system， through empirical methods to explore China's aviation competitiveness to enhance the strategy and the direction of efforts.

Key Words： Braking system; Policy training; Aviation; Competitiveness; Empirical

制动系统是航空、汽车通信、电子和工业自动化等关键领域的关键技术，制动系统是飞行器的重要组成部分，具有时变性和非线性两个特性，是实现着陆滑跑或RTO中止起飞情况下保证飞行器安全、可靠、平稳而高效地实现制动和保持方向的重要操控手段。航空制动系统一般是由正常制动系统、备份刹车系统和应急/停留刹车系统等构成，常见刹车系统又包含轮速传感器、刹车指令传感器、防滑刹车控制单元、电液伺服阀、液压保险、梭形阀SHV、压力传感器PT、机轮和刹车装置等部件，飞行器的制动系统不仅结构复杂，且对飞行员的应激能力、飞行经验具有极高要求。因此加强制动系统的操控能力训练是保证飞机实现安全、可靠、快速着陆制动以及特殊情况下加强良好控制保证整机性能和安全的重要手段。但根据目前论文检索结果看，关于我国飞行器制动系统仿真训练科研、实践、基地建设等几个方面的研究工作极少，由此可见航空制动系统仿真训练的匮乏。根据国际先进经验，仿真训练是联结传统飞行培训和制动系统科研的重要桥梁，也是现代关键技术获得突破的重要手段。本文就我司——天津中天翔翼航空科技有限公司自主研发的航空可视化仿真系统通过实证的方式对制动系统仿真训练的价值、常见问题及提升策略展开研究。

1  研究对象

以我司自主研发的飞机/直升机系统仿真平台搭建的飞机/直升机系统仿真模型为仿真训练技术实现基础框架，通过20名飞行员为期2期，每期10d的制动系统仿真模拟训练结果进行对比分析。其中，实验组10名，对照组10名，学员均为男性。实验组采用本文干预策略，对照组采用传统师生相授方式。根据干预结果分析实验组和对照组学员在实际制动系统运行状态监控和制动变化过程中的分析能力之间的差异，得出制动系统仿真训练对我国关键技术人才实操能力和科研能力的影响，并就此次干预实验过程中制动系统仿真训练常见问题及提升策略展开研究。

2  研究方法

2.1 文献资料法

制动系统作为航空飞行器的关键部分，对于飞行器的稳定、安全及性能的正常发挥具有举足轻重的价值。但鉴于飞行器造价与精密度高，制动系统的实际操作能力的训练机会较少，相关论文研究数量也极少。通过对知网等数据库的文献检索，共收集到相关资料6篇，为本文的实证研究提供了思路。

2.2 专家访谈法

制动系统仿真训练对于学员的基础水平和认知能力、创新力具有较高要求和直接影响，因此针对实验组进行的干预设计的科学性和适用性极为关键，本文对我司、南京航空航天大学及北京航空航天大学等高校近10位行业专家进行了访谈，为本次实验干预的信度和效度的提升奠定了坚实的基础。

2.3 实验法

实验干预法是本文的核心研究方法，由于实验对象的特殊性，本次实验只选取了20名实验人员，其中实验组10名，对照组10名，均为男性，干预周期为20d。

3  结果与分析

3.1 基于制动系统工作原理和组件特点认知的“总-分-总”模式仿真训练，可显著影响学员制动系统实操能力和人才培养效率

飞机的刹车系统构成非常复杂，主要包含正常、备用刹车系统等6个子系统，而机轮及其刹车系统的工作环境又非常复杂，容易受到多因素的影响，情况分析不清或操作失当都将会导致刹车性能变差甚至宕机或造成事故。因此，必须对制动系统工作原理和组件构成、特点、制动过程进行理论认知与实操训练，才能将影响到飞机刹车性能的问题进行充分认知、验证和提供清晰精准的解决路径，使飞机机轮及刹车系统的运行达到理想状态。但传统的实操型飞行培训成本往往极高，普通学员的学习机会几乎没有，这也造成我国飞行员培养成本过高和培养效率过低现象的主因。本次干预实验对于实验组是以飞机飞行模拟器、基于民航电子系统仿真软件V1.0、ZtXY航空在线软件系统V1.0 /大飞机系统仿真软件及飞机仪表仿真培训软件为仿真软件集群和飞机/直升机系统仿真平台为核心的训练技术组件。其中，飞机飞行模拟器以固定翼飞机为仿真对象，主要包含模拟驾驶舱、飞行仿真软件、航电仿真系统、视景系统和教员控制台等，仿真训练目的针对飞行程序训练、起落航线、转场飞行、故障模拟和应急处置飞行5项，而飞机飞行培训软件则包含动态原理图、操作程序、动画演示和手册查询等界面，通过交互式操作，学员可对飞机制动系统的基本原理和操作程序进行实操练习。机型则为通用率较高的CESSNA172R和 CESSNA172S。根据实验结果显示，基于制动系统工作原理和组件特点认知的“总-分-总”模式仿真训练，对实验组成员的制动系统实操能力影响显著，约提升了34.6%，而最终考核通过率则提升了56.3%，由此可以断定该注重基础理论与基础技术的干预模式对制动系统仿真训练具有帮助。

3.2 基于Direct3D技术构建的仿真技术呈现模式，可显著提升学员应激训练成效和教学反思能力

相对于传统的飞行训练按照飞行培训大纲和飞行实践考试标准，通过三维仿真、动画模拟等方法动态展示飞行科目、操作程序和注意事项的呈现方式，本次干预实验所采用的飞机系统仿真平台Direct3D技术，針对支线飞机、民航客机的仿真平台呈现制动系统仿真模型，并让学员通过仿真训练模拟实际系统运行状态和随时间变化的过程，特别是制动系统操纵系统数字仿真、飞行控制系统仿真和六自由度运动平台对学员综合分析仿真系统输出参数即时分析能力和飞行仿真等应激训练成效有一定影响，实验组在应激能力、教学反思力两组指标上的表现力平均高于对照组45.2%和35.6%，由此可见制动系统仿真训练对学员的认知力和反思力都具有影响，能够提升产、学、研的结合成效和互相推进。

4  结语

此次仿真训练实证研究表明，制动系统的仿真训练能够显著提升实操能力、理论认知力和应激水平及教学反思能力，对航空飞行人员的培训具有重要实用价值。基于上述实验结果，笔者认为今后应加强制动系统仿真训练建设与研究，特别是建立校企合作，加快提升航空仿真训练体系建设，提升我国关键技术人员的技术优势和集群优势是主发展渠道。而根据大量的检索结果显示，我国能进行航空制动系统仿真训练的平台建设能力和水平仍然较低，主要集中在几个大型国有企业，民营企业参与率和参与度较低，因此加强民营企业参与度是制动系统仿真平台的搭建和训练水平提升关键。也是今后笔者将进行后续研究的中心。

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