一种飞机维修训练模拟器的设计

762计算机测量与控制.2002.10(11) Computer Measurement &Control设计与应用收稿日期:2002-02-05。

作者简介:谢华(1965-),男,河南省信阳市人,学士,讲师,主要从事航空维修技术、计算机应用的教学和科研工作。

文章编号:1671-4598(2002)11-0762-03 中图分类号:T P274文献标识码:B一种飞机维修训练模拟器的设计谢 华,闫景波,魏 东,孙启顺(空军第一航空学院,河南信阳 464000)摘要:介绍了一种采用控制图像来代替中央指示设备的飞机维修训练模拟器,详述了其工作原理和软件的设计,并讨论了其技术难点的解决方法。

该模拟器不仅制作成本低,而且辅助训练手段多,训练效率高。

关键词:模拟器;操作设备;显示设备;区域图像Design of Aircraft Maintenance Training SimulatorXIE Hua,YAN Jing bo,WEI Dong,SUN Qi sun(F irst Aeronautical Colleg e of Air Force,Xinyang 464000)Abstract:A kind of aircraft maintenance training simulator w hich replace r eal center displaying equipment by controlling imag e is intro duced.Its w ork pr inciple and software design are presented,and the solv ing met hod of its technique difficulty is discussed.T his simulator is not only of low cos t but also mor e tr aining measures,so its tr aining efficiency is high.Key words:simulator;oper atio n equipment;displaying equipment;reg ional imag e1 引言在现代高技术战争中,飞机所起的作用已越来越明显,但飞机能否发挥出它的威力,这不仅取决于飞行员的驾驶和实战技术,同时也取决于飞机维修人员的维修保障技能,因为维修人员对飞机的维修保障质量影响着飞机性能的发挥甚至飞行安全的保证,因此,提高飞机维修人员的维修技能始终是航空地勤部队的主要任务。

要提高这些技术和技能,维修人员必须反复在飞机上练习提高。

然而现代飞机上的设备价格昂贵,寿命有限,不允许因训练过多地使用,并且一些训练科目在操作过程中危险性大,易造成训练事故,对燃料和物资的消耗巨大,为了解决该问题,我们设计了一种飞机维修训练模拟器。

2 模拟器设计的总体方案由于飞机操作训练内容大多集中在飞机座舱内,因此,模拟器模拟的主要内容应该是座舱各设备。

通过对飞机座舱各设备研究分析发现,这些设备可分为两类,一类为用于手动的操作设备,如油门、驾驶杆、手柄、电门、按钮等,这类设备主要用于手动操作训练,因此必须采用实装设备或外形一样、功能相同的仿制设备,这些设备主要集中在座舱内两侧操作台上;另一类为用于观察和测量的显示设备,如显示器、仪表、信号装置等,这些设备往往价格非常昂贵且寿命有限,它们大多集中在中央仪表板上,个别安装在两侧位置。

飞机维修训练模拟器的设计应从技术可靠性、实用性和性能价格比来综合考虑,采用一种经济可行的方法,因此,模拟器不完全使用飞机实装设备。

对用于训练手动操作技能的油门、驾驶杆、开关、按钮、电门等设备采用实装;对于中央仪表板,由于其上的设备大多为价格昂贵、寿命有限且主要用来显示或指示的设备,采用计算机显示器1 1显示图像来代替;对于两侧的显示设备采用外形相同的模拟设备来完成;对于各设备工作的声音采用计算机控制音响播放声音文件的方法来实现。

图1 模拟器的结构框图3 模拟器的工作原理模拟器结构如图1所示,将用于训练手动的操作设备分为两类,一类为开关量设备,如电门、按钮、把手等设备,这类设备中的一部分本身就是电路开关,因此,将其直接连接到I/O 输入采集板上即可使计算机获得其工作状态的变化。

这类设备中的另一部第11期谢华:一种飞机维修训练模拟器的设计 763分不具备电路开关的功能,但其位置或状态的变化是固定的两种,对于这一部分设备可加入微动电门来感受它的变化,然后将微动电门接通和断开的信号通过I/O 输入采集板输入给计算机;另一类为数据量设备,这类设备的位置或状态有无数多个,如油门,其位置从停车到全加力有无数多个,对于这类设备,可加入转动或位移传感器,传感器可将转动或位移量转换为电压模拟量,电压模拟量再通过A/D 转换板转换成数字量输入给计算机。

计算机除了不停地采集操作设备的位置和状态外,还要实时地控制显示设备的变化和设备运转声音的播放,对于显示设备,可分为两类,一类设备为位置比较集中且主要用来显示的中央仪表板,对于这类设备,采用计算机显示器显示图像来代替。

我们只需要控制显示器上图像的变化,即可模拟出中央仪表板上各仪表、信号灯和图形文字的变化;另一类显示设备分布在两侧操纵台上和其他位置,这类显示设备数量不多,位置分散,不便于采用显示器图像模拟,因此采用实装模拟设备。

在这类设备中,对于开关状态显示设备,如信号灯,计算机通过I/O 输出板输出电信号,将电信号放大后就可以驱动信号灯;对于变化模拟量驱动的显示设备如仪表,计算机通过D/A 转换板将数字量转换为电压模拟量,电压模拟量放大后即可控制仪表的指示。

4 模拟器的软件设计由于VC++6.0语言的可移植性好,硬件控制能力强,图像控制和运算效率高,所以飞机维修训练模拟器的软件采用该语言编程。

如图2所示,模拟器图2 模拟器的软件流程图的软件分为自检测软件和训练科目操作软件,模拟器在开机之后首先运行自检测软件,当发现故障后给出提示和警告,这样,用户在使用之前就可以知道模拟器的工作情况。

训练科目操作软件兼顾了各专业的训练科目,以便各专业人员都能进行训练操作。

为了便于软件开发和用户的使用,模拟器的训练内容分为4个专业:机械、军械、特设、无线电专业。

模拟器通过自检测后,进入主控制界面,主控制界面上设计了各专业按钮,用户通过鼠标点击各专业按钮即可进入各专业的具体操作科目选择画面,当用户选择进入具体操作科目后,显示器将全屏显示中央仪表板的画面,在操作科目运行过程中,用户可通过鼠标右键快捷菜单进行其它操作,这些菜单的内容有复位、操作提示选择、故障设置、操作情况重现、操作情况评判和退出等。

复位功能可使用户在任何时刻将参数值和各个变量值恢复到初始值,以便进行重新操作;对于操作提示选择,用户若选择了该选项,在操作过程中每一步都将给以语音或文字提示;对于故障设置,用户可遂意将各个系统或各个参数设置成故障情况或故障值,从而提高训练者的发现故障能力和故障状态下操作处置能力;操作情况重现可使用户在操作完毕后将其操作的情况重新播放一遍,这样,用户可反复研究其操作中存在的问题和不足,对于好的操作,可记录下来作为示范或教学使用;操作情况评判可使用户在操作完毕后将其操作的情况进行打分并指出其在操作过程中存在的各种问题;退出选项可使模拟器退出当前操作科目进入主控制界面。

5 模拟器的技术难题解决5 1 模拟器设备工作声音的控制对实装系统上真实设备工作声音分析发现,真实设备在工作时,从设备起动到停止整个过程的声音可分为3段,前段为起动运转声音,中段为平稳运转声音,后段为结束运转声音。

由于在起动和结束阶段设备从一种状态变化到另一种状态,所以其整个过程声音变化比较大,但在平稳运转阶段,其工作声音基本保持不变。

根据以上分析的特点,在控制模拟设备工作声音时,可将实装系统上各种设备单独工作的声音在现场录制下来,将每个设备工作的声音剪辑成3个w av 文件,分别为起动声音、平稳声音和结束声音。

其中起动声音和结束声音的时间都比较短,可全部剪辑下来;平稳运转声音虽然很长,但其声音频谱基本不变,因此没有必要全部剪辑,可剪辑其中较理想的一小段制作成w av 文件,在设备稳定工作时循环播放该声音。

正常情况下应按起动、平稳和结束这个顺序来播放声音,其中起动和结束声音在设备起动和停止时仅播放一遍。

但是,若设备在起动过程中未播放完起动声音就关闭该设备,则停止播放起动声音,开始从相应的位置播放结束声音;若在设备停止运转过程中未播放完结束声音就开启该设备,则停止播放结束声音,开始从相应的位置播放起动声音。

5 2 模拟器上模拟中央仪表板的实现飞机上的显示设备主要集中在中央仪表板,中央仪表板形状基本呈矩形,因此,很适合用计算机显示器显示图像来模拟。

在控制图像变化时,可将整个仪764 计算机测量与控制 第10卷表板看成一张总图像,这张总图像是由许多不断变化的区域图像组成,如在某个区域内信号灯的亮和灭、仪表指针的指示、显示设备上的文字和几何图形的变化等。

通过分析这些区域内图像的变化发现,每个区域内有一个始终固定不变的背景图像,如仪表上的表盘,可将该类图像看作成区域背景图像;在区域背景图像上有一些形状、位置和角度不断变化的不规则图像,如仪表指针,可将这些图像看作为变化子图像。

通过多媒体工具制作出这些图像并存成bmp 文件。

由于图像文件均为规则的矩形,要在区域背景图像上显示出形状不规则的各变化子图像,必须在制作这些变化子图像时,除了要显示的有用部分外,其它不显示的区域均采用一种不常采用的颜色,以便判断过虑掉该区域,如指针图像,除指针外其它面积均采用RGB (0,0,0)颜色。

图3 图像处理的流程图如图3所示,在程序中实时控制图像变化时,首先定义两个屏幕(即两个设备环境类),一个是后台屏幕,另一个是前台屏幕,后台屏幕是我们看不到的,但我们可在这个屏幕上进行一系列操作,当操作完毕后将后台屏幕上的图像拷贝至前台屏幕(我们所看到的屏幕),这样可实现各区域图像的无闪烁变化。

6 结束语对上述方法制作的飞机维修训练模拟器,通过使用证明:其训练效果好,训练安全有保障,同时还节约了大量采用昂贵实装设备和耗费大量燃料的经费,因此,具有明显的军事意义和经济效益。

随着先进飞机的不断诞生,该类训练模拟器的应用前景将会更加广阔。

参考文献:[1]沙战友.新编实用数字化测量技术[M ].北京:国防工业出版社,1998.[2]何斌.V isual C++.数字图像处理[M ].北京:人民邮电出版社,2001.[3]涂诗美.一种飞行器地面测控系统设计[J].计算机自动测量与控制,2000,8(3):36-38.[4]清源计算机工作室.VisualC++6.0开发宝典[M ].北京:机械工业出版社,1999.[5]李博轩.V isualC++6.0多媒体开发指南[M ].北京:清华大学出版社,2000.(上接第755页)可以直接访问DBM S 中的数据项,进行读写操作。