CN111080496A - 一种飞机培训系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种飞机培训系统，能够让学员接受更形象化、更完整的信息，在动态的环境中全方位地有效理解飞机燃油、液压/飞行操纵系统的知识，在提高学员训练效率的同时，提高训练质量，形成一种新型的飞行员理论培训的教学手段。其技术方案为：系统包括基于混合现实技术实现的燃油系统学习模块和液压/飞行操纵系统学习模块，燃油系统学习模块包括燃油系统结构模块、燃油系统动态演示模块和燃油系统故障状态演示模块，液压/飞行操纵系统学习模块包括液压/飞行操纵系统结构模块、液压/飞行操纵系统工作状态演示模块、以及液压/飞行操纵系统故障状态演示模块。
Description
技术领域
本发明涉及飞机培训技术领域，具体涉及基于混合现实技术(Mix reality,以下简称“MR”)的教学培训系统。
背景技术
在对飞行学员进行飞行培训的过程中，经常需要为飞行员讲解及培训飞机燃油、液压飞行操纵系统的相关知识，以此来增加飞行学员对飞机的了解程度。
在为飞行学员培训飞机燃油、液压/飞行操纵系统的相关知识的过程中，一般都是飞行教员使用PPT为飞行学员做理论讲解，在飞行学员提出疑问后，飞行教员也是在理论上为飞行学员进行解答，从而完成为飞行学员讲解及培训飞机燃油、液压飞行操纵系统的相关知识。
然而，教员在实施教学的过程中只是单纯的理论讲解，而为教员和飞行学员都配备一架真实的飞机或者飞机模型来实际演示和操作是不切实际，因此飞行学员学习仅能通过PPT课件、图片的形式来学习飞机燃油、液压飞行操纵系统的知识，而众所周知的是，单纯的通过课件来学习理论知识较为枯燥，飞行学员需要花费大量的时间及精力去记忆知识点。因此，现有的对飞机燃油、液压飞行操纵系统知识的讲解及培训，不利于学员快速且形象地掌握相关系统知识。
发明内容
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种飞机培训系统，能够让学员接受更形象化、更完整的信息，在动态的环境中全方位地有效理解飞机机型(例如B737机型)燃油、液压/飞行操纵系统的知识，在提高学员训练效率的同时，提高训练质量，形成一种新型的飞行员理论培训的教学手段。
本发明的技术方案为：本发明揭示了一种飞机培训系统，包括基于混合现实技术实现的燃油系统学习模块和液压/飞行操纵系统学习模块，燃油系统学习模块包括燃油系统结构模块、燃油系统动态演示模块和燃油系统故障状态演示模块，液压/飞行操纵系统学习模块包括液压/飞行操纵系统结构模块、液压/飞行操纵系统工作状态演示模块、以及液压/飞行操纵系统故障状态演示模块，其中：
燃油系统结构模块配置为基于混合现实技术虚拟一架飞机，供佩戴混合现实技术眼镜的学员观察燃油系统部件在飞机上的实际位置；
燃油系统动态演示模块配置为供教员或学员操作通过混合现实技术虚拟出的驾驶舱内与燃油有关的开关和电门，来控制燃油系统各个部件，混合现实技术眼镜视野中进行对应操作的动态演示；
燃油系统故障状态演示模块配置为接收学员或教员所输入的不工作的部件，混合现实技术眼镜视野中对应演示燃油系统不正常的工作状态；
液压/飞行操纵系统结构模块配置为基于混合现实技术虚拟一架飞机，供佩戴混合现实技术眼镜的学员观察液压及飞行操纵系统关键部件或者舵面在飞机上的实际位置；
液压/飞行操纵系统工作状态演示模块配置为供教员或学员操作通过混合现实技术虚拟出的驾驶舱内与液压/飞行操纵系统有关的开关、电门、驾驶盘、驾驶杆、控制手柄，来控制液压和飞行操纵系统各个部件，混合现实技术眼镜视野中进行对应操作的动态演示；
液压/飞行操纵系统故障状态演示模块配置为接收学员或教员所输入的不工作的部件，混合现实技术眼镜视野中对应演示液压部件不正常对飞控系统的影响。
根据本发明的飞机培训系统的一实施例，燃油系统结构模块还提供可切换的多视角角度。
根据本发明的飞机培训系统的一实施例，燃油系统结构模块还配置为将燃油系统的工作原理图投射到飞机的俯视图中，其中燃油系统的工作原理图包括燃油管路和飞机内部的各燃油部件。
根据本发明的飞机培训系统的一实施例，燃油系统动态演示模块的动态演示是在一架透视的飞机进行对应操作的动态演示，这些操作的动态演示包括但不限于压力供油、虹吸供油、地面加油、地面抽油、燃油地面传输。
根据本发明的飞机培训系统的一实施例，燃油系统故障状态演示模块的动态演示是在一架透视的飞机对应演示燃油系统不正常的工作状态，燃油系统不正常的工作状态包括但不限于燃油平衡、发动机燃油泄漏、油箱燃油泄漏。
根据本发明的飞机培训系统的一实施例，液压/飞行操纵系统结构模块还提供可切换的多视角角度。
根据本发明的飞机培训系统的一实施例，液压/飞行操纵系统结构模块还配置为将液压及飞行操纵系统的工作原理图投射到飞机的俯视图中，其中液压及飞行操纵系统的工作原理图包括但不限于液压油箱、液压管路、发动机驱动液压泵、电动液压泵的液压部件，以及飞行操纵系统的钢索、各舵面的作动器。
根据本发明的飞机培训系统的一实施例，液压/飞行操纵系统工作状态演示模块在一架透视的飞机进行对应操作的工作原理的动态演示，这些动态演示包括但不限于飞行操纵舵面、反推、襟翼、扰流板。
根据本发明的飞机培训系统的一实施例，液压/飞行操纵系统故障状态演示模块是在一架透视的飞机对应演示液压部件不正常的工作状态对飞控系统的影响，液压部件不正常的工作状态包括但不限于液压油漏油、液压泵低压、液压系统失效。
根据本发明的飞机培训系统的一实施例，系统还包括供教员使用的混合现实技术眼镜、供学员使用的混合现实技术眼镜、服务器，系统中设置可相互切换的同步演示模式和自由学习模式：在同步演示模式中，只有教员能进行操作，所有人的混合现实技术眼镜的视野显示都和教员同步；在自由学习模式中，每个人的混合现实技术眼镜可以独立操作，且视野独立。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明通过MR技术手段创造混合现实技术，结合辅助视频、音频、文字、图像等多媒体载体构建出立体环境，可以突破空间和时间的限制，将教学内容中许多死板的数据、复杂的程序生动直观地展现在飞行学员面前，使教学内容可视化，真实感强。本发明系统中的虚拟立体环境能有效刺激着学员的感官，有助于抽象、复杂概念的理解和掌握，将最大程度减轻学员的记忆负担，摆脱枯燥的文字叙述和空间想象。通过系统中的虚拟教学方式，能有效发挥飞行学员的各种感官作用，使飞行学员接受更多、更具体、更完整的信息，从而更加深刻地理解具体机型(例如B737机型)燃油、液压飞行操纵系统的知识，更加牢固地记住所学的知识，更加熟练地掌握飞行员应有的专业技能，对教学内容的顺利进行和教学质量的提高有实质性的帮助。
本发明的系统不仅可以用于系统知识教学，在飞行程序的理解方面对学员也有很大帮助。学员通过本发明的系统可以无死角的观察到具体机型的飞机燃油、液压/飞行操纵系统内部动态的工作情况，通过教员的引导和讲解，学员可以真正的理解SOP、补充程序、非正常检查单各个步骤的逻辑，让学员在理解的情况下正确执行飞行程序和处置特情，而不是死记硬背的执行程序。这在今后的模拟机训练乃至航班运行，对飞行员正确执行各项飞行程序都有很大的帮助。
附图说明
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1示出了本发明的飞机培训系统的一实施例的硬件设备框架的示意图。
图2和图3示出了本发明的飞机培训系统的一实施例的实现原理的模块示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。
图1示出了本发明的飞机培训系统的一实施例的硬件设备框架。请参见图1，本实施例的系统所需的硬件设备包括：MR眼镜(供教员使用的MR眼镜、供学员使用的MR眼镜)、服务器，多副MR眼镜和服务器之间建立网络连接(例如wifi连接)。教员MR眼镜和服务器之间通过WIFI网络进行双向信号传输，学员MR眼镜和服务器之间通过WIFI网络进行双向信号传输，教员MR眼镜和学员MR眼镜通过服务器实现间接的双向数据传输。
本发明的飞机培训系统包括如图2所示的基于混合现实(MR)技术实现的燃油系统学习模块和如图3所示的液压/飞行操纵系统学习模块两部分。
请参见图2，本实施例的燃油系统学习模块包括燃油系统结构模块、燃油系统动态演示模块和燃油系统故障状态演示模块。
燃油系统结构模块配置为基于MR技术虚拟一架具体机型的飞机，并提供可切换的多视角角度，供佩戴MR眼镜的学员观察燃油系统的各部件在飞机上的实际位置。燃油系统的各部件包括燃油箱、燃油泵、燃油管路、加油站等主要部件。此外，燃油系统结构模块还配置为将燃油系统的工作原理图投射到飞机的俯视图中，其中工作原理图包括燃油管路和飞机内部的各个燃油部件。
燃油系统动态演示模块配置为供教员或学员操作通过MR技术虚拟出的驾驶舱内与燃油有关的开关和电门，来控制燃油系统各个部件，MR眼镜视野中会通过一架透视的飞机进行对应操作的动态演示，这些操作的动态演示包括但不限于压力供油、虹吸供油、地面加油、地面抽油、燃油地面传输。
燃油系统故障状态演示模块配置为接收学员或教员所输入的不工作的部件(例如学员或教员在“故障选项菜单”中选择不工作的部件)，MR眼镜视野中通过一架透视的飞机对应演示燃油系统不正常的工作状态。燃油系统不正常的工作状态包括但不限于燃油平衡(单发)、发动机燃油泄漏、油箱燃油泄漏。
液压/飞行操纵系统学习模块包括液压/飞行操纵系统结构模块、液压/飞行操纵系统工作状态演示模块、以及液压/飞行操纵系统故障状态演示模块。
液压/飞行操纵系统结构模块配置为基于MR技术虚拟一架具体机型的飞机，并提供可切换的多视角角度，供佩戴MR眼镜的学员观察液压及飞行操纵系统关键部件或者舵面在飞机上的实际位置。此外，液压/飞行操纵系统结构模块还配置为将液压及飞行操纵系统的工作原理图投射到飞机的俯视图中，其中工作原理图包括液压油箱、液压管路、发动机驱动液压泵、电动液压泵等液压部件，以及飞行操纵系统的钢索、各舵面的作动器等。
液压/飞行操纵系统工作状态演示模块配置为供教员或学员操作通过MR技术虚拟出的驾驶舱内与液压/飞行操纵系统有关的开关、电门、驾驶盘、驾驶杆、控制手柄，来控制液压和飞行操纵系统各个部件，MR眼镜视野中会通过一架透视的飞机进行对应操作的工作原理的动态演示，这些动态演示包括但不限于飞行操纵舵面、反推、襟翼、扰流板。
液压/飞行操纵系统故障状态演示模块配置为接收学员或教员所输入的不工作的部件(例如学员或教员在“故障选项菜单”中选择不工作的部件)，MR眼镜视野中通过一架透视的飞机对应演示液压部件不正常对飞控系统的影响。液压部件不正常的工作状态包括但不限于液压油漏油、液压泵低压、液压系统失效。
本发明的系统采用C/S软件架构设计，可实现多台联动功能。教员和每位学员戴上MR设备，进入“同步演示”模式，只有教员能进行操作，所有人MR设备的视野显示都和教员同步。进入“自由学习”模式，每个人的MR设备可以独立操作，且视野独立。“同步演示”和“自由学习”模式可由教员使用的主机来进行切换。
尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。
结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑板块、模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。
结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。
在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
Claims (10)
1.一种飞机培训系统，其特征在于，包括基于混合现实技术实现的燃油系统学习模块和液压/飞行操纵系统学习模块，燃油系统学习模块包括燃油系统结构模块、燃油系统动态演示模块和燃油系统故障状态演示模块，液压/飞行操纵系统学习模块包括液压/飞行操纵系统结构模块、液压/飞行操纵系统工作状态演示模块、以及液压/飞行操纵系统故障状态演示模块，其中：
燃油系统结构模块配置为基于混合现实技术虚拟一架飞机，供佩戴混合现实技术眼镜的学员观察燃油系统部件在飞机上的实际位置；
燃油系统动态演示模块配置为供教员或学员操作通过混合现实技术虚拟出的驾驶舱内与燃油有关的开关和电门，来控制燃油系统各个部件，混合现实技术眼镜视野中进行对应操作的动态演示；
燃油系统故障状态演示模块配置为接收学员或教员所输入的不工作的部件，混合现实技术眼镜视野中对应演示燃油系统不正常的工作状态；
液压/飞行操纵系统结构模块配置为基于混合现实技术虚拟一架飞机，供佩戴混合现实技术眼镜的学员观察液压及飞行操纵系统关键部件或者舵面在飞机上的实际位置；
液压/飞行操纵系统工作状态演示模块配置为供教员或学员操作通过混合现实技术虚拟出的驾驶舱内与液压/飞行操纵系统有关的开关、电门、驾驶盘、驾驶杆、控制手柄，来控制液压和飞行操纵系统各个部件，混合现实技术眼镜视野中进行对应操作的动态演示；
液压/飞行操纵系统故障状态演示模块配置为接收学员或教员所输入的不工作的部件，混合现实技术眼镜视野中对应演示液压部件不正常对飞控系统的影响。
2.根据权利要求1所述的飞机培训系统，其特征在于，燃油系统结构模块还提供可切换的多视角角度。
3.根据权利要求1所述的飞机培训系统，其特征在于，燃油系统结构模块还配置为将燃油系统的工作原理图投射到飞机的俯视图中，其中燃油系统的工作原理图包括燃油管路和飞机内部的各燃油部件。
4.根据权利要求1所述的飞机培训系统，其特征在于，燃油系统动态演示模块的动态演示是在一架透视的飞机进行对应操作的动态演示，这些操作的动态演示包括但不限于压力供油、虹吸供油、地面加油、地面抽油、燃油地面传输。
5.根据权利要求1所述的飞机培训系统，其特征在于，燃油系统故障状态演示模块的动态演示是在一架透视的飞机对应演示燃油系统不正常的工作状态，燃油系统不正常的工作状态包括但不限于燃油平衡、发动机燃油泄漏、油箱燃油泄漏。
6.根据权利要求1所述的飞机培训系统，其特征在于，液压/飞行操纵系统结构模块还提供可切换的多视角角度。
7.根据权利要求1所述的飞机培训系统，其特征在于，液压/飞行操纵系统结构模块还配置为将液压及飞行操纵系统的工作原理图投射到飞机的俯视图中，其中液压及飞行操纵系统的工作原理图包括但不限于液压油箱、液压管路、发动机驱动液压泵、电动液压泵的液压部件，以及飞行操纵系统的钢索、各舵面的作动器。
8.根据权利要求1所述的飞机培训系统，其特征在于，液压/飞行操纵系统工作状态演示模块在一架透视的飞机进行对应操作的工作原理的动态演示，这些动态演示包括但不限于飞行操纵舵面、反推、襟翼、扰流板。
9.根据权利要求1所述的飞机培训系统，其特征在于，液压/飞行操纵系统故障状态演示模块是在一架透视的飞机对应演示液压部件不正常的工作状态对飞控系统的影响，液压部件不正常的工作状态包括但不限于液压油漏油、液压泵低压、液压系统失效。
10.根据权利要求1所述的飞机培训系统，其特征在于，系统还包括供教员使用的混合现实技术眼镜、供学员使用的混合现实技术眼镜、服务器，系统中设置可相互切换的同步演示模式和自由学习模式：在同步演示模式中，只有教员能进行操作，所有人的混合现实技术眼镜的视野显示都和教员同步；在自由学习模式中，每个人的混合现实技术眼镜可以独立操作，且视野独立。
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| 无: "日本航空用HoloLens打造培训概念项目", 《HTTPS://WENKU.BAIDU.COM/VIEW/6E0518AA1611CC7931B765CE05087632311274B7.HTML》 * |
| 蓝楠: "VR/AR技术正在走进MRO领域", 《航空维修与工程》 * |
| 金荣深: ""基于HoloLens的飞行仿真辅助视景系统设计"", 《工业设计》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112700695A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-04-23 | 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 | 一种便携式飞行程序训练设备 |
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