CN105206134B - 一种模拟航空发动机工作状态声效的仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模拟航空发动机工作状态声效的仿真方法，属于应用仿真领域。该仿真方法是：录制航空发动机工作状态下启动段、慢车段、加力段及停车段的声效片段作为基础音效数据。仿真时以油门角度为输入量，通过判断发动机的工作阶段，在启动和停车阶段播放相应音效；在慢车及加力阶段，循环播放相应的基础音效数据，并根据油门角度值控制音效播放的音量及速度，实现航空发动机在油门角度控制下的声效变化模拟。本发明提出的发动机工作状态声效模拟仿真方法，能够有效增强飞行员及飞机研发相关人员在虚拟仿真训练中的训练效果，为学员训练中判断发动机工作状态提供了一条新的途径。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机仿真技术领域，具体为一种模拟航空发动机工作状态声效的仿真方法，主要用于航空发动机工作仿真系统的研制，适用于教育、培训等领域。
背景技术
航空发动机作为飞机的关键部件，其工作状态直接决定飞机及驾驶员的安全性。为了提高驾驶员及飞机研制相关人员对发动机工作状态的了解及认识，目前，我国发动机研制机构及航空院校陆续开展航空发动机虚拟仿真系统的研制。发动机虚拟仿真系统以逼真写实的三维虚拟发动机模型替代价格高昂的航空发动机，通过清晰直观的发动机内部结构，在人为操控下，真实展现发动机的运动、流体等整个内部工作过程。航空发动机虚拟仿真系统的出现，极大地降低了飞机驾驶员及相关研发人员对航空发动机内部工作过程认识的门槛，拉近了感性人类与冰冷机器之间的距离。
目前为止，航空发动机虚拟仿真系统一般将着眼点放在视觉仿真和参数仿真上，而将发动机声效作为仿真对象的仿真系统十分鲜见。其实，发动机声效仿真对于飞行员及测试相关人员来说是非常有意义的。因为，在实际的飞行过程或发动机相关试验中，发动机的内部工作状态是无法直接靠视觉获得的，但其工作声效可以通过人的听觉快速直接捕捉，因此，发动机的工作声效可以成为判断其工作状态的重要手段之一。
由于我国航空发动机虚拟仿真领域起步较晚，在声效仿真方面，多是采用录取发动机工作状态下的过程声效，单纯地播放音频文件这种单一的模拟方式。该方法不存在人机交互，操作人员无法通过对发动机油门的操控获取与油门角度相对应的发动机工作声效。
发明内容
针对目前航空发动机虚拟仿真系统中基于人机交互模式下的声效仿真还没有成熟的解决办法，本发明提出一种模拟航空发动机工作状态声效的仿真方法，利用油门角度参数控制其声效变化，可用于与飞机驾驶及研制相关人员的虚拟训练和工作原理培训。
图1描述了本发明的仿真方法及原理。从工作声效的角度，航空发动机的工作全过程一般可描述为启动→慢车→加力→慢车→停车，整个过程是由油门来控制的，而油门是通过其角度值的大小来描述。
当发动机开始启动，其启动过程的声效时长、音量及音调基本不受油门角度影响；待启动完毕，进入慢车段直至加力段，其声效开始随着油门角度而产生音量和音调变化(参考图2、图3)；当油门角度降为0°，发动机开始进入停车段，停车段的声效时长、音量及音调不受油门等其他因素影响。
分析航空发动机工作过程的声效可知，启动段与慢车段、停车段与慢车段的声效有明显区别，仅依靠听力便可区分。而慢车段与加力段的区分，可通过查阅该发动机型号相关参数，得到慢车段与加力段临界点相对应的油门角度值。
本发明的仿真方法是：录制航空发动机工作状态下启动段、慢车段、加力段及停车段的声效片段作为基础音效数据。仿真时以油门角度为输入量，通过判断发动机的工作阶段，在启动和停车阶段播放相应音效；在慢车及加力阶段，循环播放相应的基础音效数据，并根据油门角度值控制音效播放的音量及速度，实现航空发动机在油门角度控制下的声效变化模拟。
本发明的技术方案为：
所述一种模拟航空发动机工作状态声效的仿真方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：根据航空发动机型号确定发动机油门角度最大值θmax、慢车与加力阶段的临界油门角度值θj；
步骤2：分别录制航空发动机工作状态下启动段全段音效、慢车段起始阶段音效、加力段起始阶段音效及停车段全段的音效数据；
步骤3：读取航空发动机的油门角度数据，并根据以下判断方法仿真模拟航空发动机工作状态声效：
1、若当前读取的航空发动机油门角度数据θ大于零，进行以下判断：
若无前一次读取的油门角度数据或前一次读取的油门角度数据为零，则判断航空发动机进入启动段，播放步骤2录制的启动段全段音效，直至播放完毕，再次读取油门角度数据；
若前一次读取的油门角度数据大于零，则进一步判断：若当前读取的油门角度数据小于θj，则判断为慢车状态，播放步骤2录制的慢车段起始阶段音效，直至播放完毕，再次读取油门角度数据；若当前读取的油门角度数据不小于θj，则判断为加力状态，播放步骤2录制的加力段起始阶段音效，直至播放完毕，再次读取油门角度数据；
2、若当前读取的航空发动机油门角度数据θ等于零，进行以下判断：
若无前一次读取的油门角度数据或前一次读取的油门角度数据为零，则继续读取油门角度数据；
若前一次读取的油门角度数据大于零，则判断为进入停车段，播放步骤2录制的停车段全段音效，直至播放完毕，仿真模拟结束。
进一步的优选方案，所述一种模拟航空发动机工作状态声效的仿真方法，其特征在于：播放慢车段起始阶段音效的播放速度P1以及音量V1、播放加力段起始阶段音效的播放速度P2以及音量V2根据以下公式确定：
其中α为播放速度设定系数，取值范围为0.18-0.25，β为音量设定系数，取值范围为0.28-0.45。
进一步的优选方案，所述一种模拟航空发动机工作状态声效的仿真方法，其特征在于：慢车段起始阶段音效以及加力段起始阶段音效时长1分钟。
有益效果
本发明提出的航空发动机工作状态声效模拟仿真方法，能够有效增强飞行员及飞机研发相关人员在虚拟仿真训练中的训练效果，为学员训练中判断发动机工作状态提供了一条新的途径。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1：仿真方法及原理。
图2：音量与油门角度关系示意图。
图3：音调与油门角度关系示意图。
图4：音频片段录制方法示意图。图中阴影部分为录制的音频段。
图5：航空发动机声效模拟仿真工作流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本实施例以型航空发动机工作声效仿真为例，具体步骤为：
步骤1：根据航空发动机型号确定发动机油门角度最大值θmax、慢车与加力阶段的临界油门角度值θj；本实施例型航空发动机油门角度最大值θmax＝113.9°，慢车与加力阶段的临界油门角度值θj＝76.2°。
步骤2：分别录制航空发动机工作状态下启动段全段音效、慢车段起始阶段1分钟音效、加力段起始阶段1分钟音效及停车段全段的音效数据。
步骤3：读取航空发动机的油门角度数据，并如图5所示，根据以下判断方法仿真模拟航空发动机工作状态声效：
1、若当前读取的航空发动机油门角度数据θ大于零，进行以下判断：
若无前一次读取的油门角度数据或前一次读取的油门角度数据为零，则判断航空发动机进入启动段，播放步骤2录制的启动段全段音效，直至播放完毕，再次读取油门角度数据；
若前一次读取的油门角度数据大于零，则进一步判断：若当前读取的油门角度数据θ小于θj，则判断为慢车状态，播放步骤2录制的慢车段起始阶段音效，直至播放完毕，再次读取油门角度数据；若当前读取的油门角度数据不小于θj，则判断为加力状态，播放步骤2录制的加力段起始阶段音效，直至播放完毕，再次读取油门角度数据。
其中播放慢车段起始阶段音效的播放速度P1以及音量V1、播放加力段起始阶段音效的播放速度P2以及音量V2根据以下公式确定：
其中α为播放速度设定系数，取值范围为0.18-0.25，本实施例取0.25，β为音量设定系数，取值范围为0.28-0.45，本实施例取0.45。
2、若当前读取的航空发动机油门角度数据θ等于零，进行以下判断：
若无前一次读取的油门角度数据或前一次读取的油门角度数据为零，则继续读取油门角度数据；
若前一次读取的油门角度数据大于零，则判断为进入停车段，播放步骤2录制的停车段全段音效，直至播放完毕，仿真模拟结束。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (2)
1.一种模拟航空发动机工作状态声效的仿真方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：根据航空发动机型号确定发动机油门角度最大值θmax、慢车与加力阶段的临界油门角度值θj；
步骤2：分别录制航空发动机工作状态下启动段全段音效、慢车段起始阶段音效、加力段起始阶段音效及停车段全段的音效数据；
步骤3：读取航空发动机的油门角度数据，并根据以下判断方法仿真模拟航空发动机工作状态声效：
1、若当前读取的航空发动机油门角度数据θ大于零，进行以下判断：
若无前一次读取的油门角度数据或前一次读取的油门角度数据为零，则判断航空发动机进入启动段，播放步骤2录制的启动段全段音效，直至播放完毕，再次读取油门角度数据；
若前一次读取的油门角度数据大于零，则进一步判断：若当前读取的油门角度数据小于θj，则判断为慢车状态，播放步骤2录制的慢车段起始阶段音效，直至播放完毕，再次读取油门角度数据；若当前读取的油门角度数据不小于θj，则判断为加力状态，播放步骤2录制的加力段起始阶段音效，直至播放完毕，再次读取油门角度数据；
2、若当前读取的航空发动机油门角度数据θ等于零，进行以下判断：
若无前一次读取的油门角度数据或前一次读取的油门角度数据为零，则继续读取油门角度数据；
若前一次读取的油门角度数据大于零，则判断为进入停车段，播放步骤2录制的停车段全段音效，直至播放完毕，仿真模拟结束；
播放慢车段起始阶段音效的播放速度P1以及音量V1、播放加力段起始阶段音效的播放速度P2以及音量V2根据以下公式确定：
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其中α为播放速度设定系数，取值范围为0.18-0.25，β为音量设定系数，取值范围为0.28-0.45。
2.根据权利要求1所述一种模拟航空发动机工作状态声效的仿真方法，其特征在于：
慢车段起始阶段音效以及加力段起始阶段音效时长1分钟。
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| CN201510560557.5A CN105206134B (zh) | 2015-09-06 | 2015-09-06 | 一种模拟航空发动机工作状态声效的仿真方法 |
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