基于VR的空客A320舱门阻尼器的拆装及维修

王建章，施浩，丁佳明

摘要：针对航空公司飞机维修实际指导方面存在维修效率低，且投入成本高等问题，为此本文提出了基于VR的舱门阻尼器的拆装及维修系统，通过虚拟现实技术与座舱阻尼器结构的结合，在VR环境中操纵工具对阻尼器进行拆装及维修。结果表明这样的维修系统解决了传统飞机维修存在的安全性和经济性等问题，具有一定的应用价值。

关键词：VR;舱门阻尼器;拆装;维修

中图分类号：TP391      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）20-0155-02

1 引言

虚拟现实技术，是一种能够提供给使用者一个身临其境的仿真体验的计算机技术，这一技术凭借强大的沉浸式体验功能，对模拟教学领域起着极大的促进作用，因而被广泛运用于各类模拟教学领域，如：模拟医学手术、模拟机械设备拆装等。飞机维修技术是保证飞机正常工作的基础。本项目通过Unity3D交互平台，使用户通过VR设备体验空客A320舱门阻尼器的维修及拆装。

通过VR做维修方面的内容市场上少之又少。市面上大多都应用于商业领域。因为航材价格昂贵且稀少，维修人员在练习方面会因为这些原因受限，还有可能因为维修不熟练导致身体受伤。基于这些问题本文运用VR设备维修航材部件，用户戴上头盔，使用制定的软件来进行指定航材的维修，借助VR平台帮助机修方面受训人员得到更多的实际操作机会，加深其记忆和理解，当维修真正航材时会十分熟练。本项目选用的维修航材为7B-R4 MED阻尼器，阻尼是自由振动衰减的各种摩擦和其他阻碍作用，安置在结构系统上的特殊构件可以提供运动的阻力，耗减运动能量的装置。舱门中的阻尼器的作用是减缓开关门时的速度，避免让门发生硬性撞击，不伤害门结构也避免伤害到人，所以保证舱门阻尼器的正常工作极其重要。

2 项目制作

2.1模型测量

首先对阻尼器实体进行测绘，将物体的三视图绘制出来，数据的准确是必要条件，本文对阻尼器的实物运用游标卡尺测绘，精度达0.1mm，图纸完成后开始建模，制作零件共计百余间。将测绘好的数据经过扫描数字化后导入计算机，经图像配准后进行矢量化，之后将拍摄得到的图片资料导入计算机。

2.2模型建模

常用的建模软件有3DMAX，MAYA等，本文采用的建模软件为3DMAX。3DMAX的优势为其主要面向建筑动画，建筑漫游和室内设计，用于室内和室外渲染的建模。模型的生成一般有3种方法，即多边形、面片及NURBS建模，因为部分模型过于复杂，难以制作，我们运用布尔运算使两个以上的物体进行并集、差集或交集的运算，从而得到需求的模型，但布尔运算也有缺陷，生成新模型时会伴随着生成一些无用的面，后期严重影响文件量和渲染速度，这需要手動删除无用的面，保留有用的面。模型建立完成后要对模型进行贴图处理。展开模型的贴图坐标（展UV，主要用到Unwrap UVW修改器），在Photoshop软件中利用已有素材合成模型的固有色贴图;=材质上运用 PBR材质保证最好的观感体验。每一个零件做好后，将零件组合起来，阻尼器组装完成。随后将MAX文件更改为FBX文件导入到Unity软件中。

2.3交互的实现

首先添加场景，添加天空盒子，在摄像机中添加FlareLayer组件。导入到Unity内置资源包“Light Flares”。把镜头赋值给直线光的“Flare”属性。场景添加好后更改手部模型，steamVR prefab里自带的模型是其手柄，为了达到拟真的效果，需要更换手部模型，同时在维修仓中加入了维修中需要用到的专业维修工具。（图1）阻尼器导入到unity后要进行一系列的设置。比如赋予物体质量，没有质量的刚体会漂浮到空中。添加碰撞体积，点击box collider调整碰撞体的大小来模拟现实中的碰撞效果。这些完成后需要对手部模型的抓取，瞬移，与零件之间的交互添加动画来完成真实地模拟维修。创建的可交互的阻尼器实体见（图2）。这里利用SteamVR和VRTK插件中的脚本来实现一些比较简单的交互。对于一些插件中实现不了的操作本文使用Visual C++软件自行编程。这些完成后对设备进行调试，本文对阻尼器中的各个部件配有专业性名词解释，将更好地使维修人员加深对维修部件的理解。

3 操作与调试

3.1座舱阻尼器维修步骤

使用者戴上头盔，按下扳机键即可拾取工具，当工具与零件触碰时，零件会高亮显示代表已接触维修部件，随后对照AMM大修手册，对套筒进行面板拆解，拆掉夹紧螺栓，将伸缩套筒从上向下拉下来。螺栓拆卸后把阻尼器往外转，然后取出。把套筒分离出去。检查阻尼器及连接件，确定无异常状况后安装前润滑花键。至此拆卸步骤完成。安装顺序与拆除顺序相反。

3.2 编程与调试

虚拟与现实完美地融合在一起，可以解决航空领域中因航材贵重且稀少使得维修人员不能得到高效训练的问题。相对于以往的一些基于VR的维修项目，无论是场景，模型的建立，物体的交互上都有历历可见的改进。场景上搭建了专门的维修仓，模型的建立均通过精密仪器测量加上严谨的软件绘制，做到了真正的物体还原，物体的交互上添加了手部模型，使用者看到逼真的双手来操作工具，维修零部件。交互中使用Visual C++部分代码如下所示。

protected virtual void AttemptControllerSetup（）

{

if （attemptControllerSetup）

{

if （FindController（））

{

attemptControllerSetup = false;

SetupController（）;

SetupRenderer（）;

if （activateOnEnable）

4 结语

针对航空公司飞机维修实际指导方面存在的问题，安全性上，学员维修熟练度不够导致实务操作，存在一定的安全隐患。经济性上，实物维修训练会造成维修器材的失效，设备线路的老化等问题而消耗大量的资源。本文提出利用VR对座舱阻尼器维修可以解决这些问题。未来可以广泛运用到航空VR运用领域内。对于基于VR的航空器维修问题，本文具有一定的应用价值。

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