CN118038732A - 一种飞机机务维修训练模拟器系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞机机务维修训练模拟器系统，包括半实物仿真驾驶舱分系统、虚拟仿真驾驶舱分系统、飞机系统仿真分系统、机务维修环境虚拟现实分系统、训练控制台分系统、声音模拟分系统；半实物仿真驾驶舱分系统为学员提供驾驶舱物理操作环境；所述虚拟仿真驾驶舱分系统将真实飞机驾驶舱完全三维虚拟化；所述飞机系统仿真分系统用于模拟飞机十二个大工作系统的组成、交联关系和工作原理；所述机务维修环境虚拟现实分系统用于模拟机务维修训练的各种工作环境；所述训练控制台分系统用于完成科目设置、训练监控、信息化管理和系统运行/维护；所述声音模拟分系统用于模拟机载设备、地面设备的工作噪声、告警和语音通讯声音。

Description

一种飞机机务维修训练模拟器系统

技术领域

本发明属于飞机机务维修训练领域，具体涉及一种飞机机务维修训练模拟器系统。

背景技术

目前，飞机的机务维修训练在院校开展的难度较大。特别是针对大型飞机，机务人员的实装维修训练难以直接在飞机上展开，一般采用半实物仿真驾驶舱技术，通过模拟真实飞机的座舱机械结构、电气结构、工作原理，研制具体机型相对应的1:1座舱模拟器，从而来满足教学需求。现有飞机机务维修训练的形式主要存在以下问题：1.无法完全模拟飞机的外部检查、机载设备通电、发动机试车、典型部(附)件拆装、特情/故障判断与处置等方面的复杂真实训练情况；2.能够同时开展集中教学和训练的人员数量有限；3.难以对受训人员的学习训练过程和成绩进行信息化管理；4.仅能够支持部分机务维修训练科目。

发明内容

为了解决飞机机务维修训练训练过程中存在的难点问题，本发明提出了一种飞机机务维修训练模拟器系统，结合了一体化开发与集成平台技术、发动机试车仿真技术、虚幻引擎蓝图技术、虚拟现实仿真技术、混合现实技术，进一步提高了飞机机务维修训练的可视化水平。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种飞机机务维修训练模拟器系统，包括半实物仿真驾驶舱分系统、虚拟仿真驾驶舱分系统、飞机系统仿真分系统、机务维修环境虚拟现实分系统、训练控制台分系统、声音模拟分系统、电源分系统；所述半实物仿真驾驶舱分系统、飞机系统仿真分系统、机务维修环境虚拟现实分系统、训练控制台分系统、电源分系统通过LAN总线连接，所述半实物仿真驾驶舱分系统、虚拟仿真驾驶舱分系统、声音模拟分系统通过网络通讯连接；所述半实物仿真驾驶舱分系统为学员提供驾驶舱物理操作环境，进行机载设备通电模拟训练，其包括半实物仿真驾驶舱以及数据采集与控制系统，所述半实物仿真驾驶舱主要由驾驶舱体以及设置在驾驶舱体内部的驾驶舱设备和操纵系统组成；所述虚拟仿真驾驶舱分系统将真实飞机驾驶舱完全三维虚拟化，用于进行机载设备通电、发动机试车、特情/故障判断与处置的模拟训练；所述飞机系统仿真分系统用于模拟飞机十二个大工作系统的组成、交联关系和工作原理；所述机务维修环境虚拟现实分系统用于模拟机务维修训练的各种工作环境，其包括触控大屏以及虚拟现实引擎，虚拟现实引擎通过与所述半实物仿真驾驶舱/虚拟仿真驾驶舱联网共同模拟整架飞机，机务维修环境虚拟现实分系统；所述训练控制台分系统用于完成科目设置、训练监控、信息化管理和系统运行/维护，其包括台体、装嵌在台体上的显示器以及设置在台体内的训练控制与管理系统；所述声音模拟分系统用于模拟机载设备、地面设备的工作噪声、告警和语音通讯声音；所述电源分系统用于为各分系统硬件部分提供电源。

进一步地，所述半实物仿真驾驶舱采用1:1的比例仿制真实飞机的驾驶舱及舱内仪表操纵台，其仪表、显示器、告警装置、指示器、灯、开关、按钮、断路器和操纵装置的功能及工作极限条件、响应方式，以及仪表显示内容、显示逻辑、工作模式、操作方式、操作特性与真实飞机完全一致。

进一步地，所述数据采集与控制系统用于半实物仿真驾驶舱的硬件数据采集和仪表驱动，采用CAN总线控制方式，其硬件部分包括数字量/模拟量输入接口板、数字量输出板、数字量/数码管输出板、仿真仪表驱动板、总线转换CAN-NET控制板。

进一步地，所述飞机系统仿真分系统包括飞机系统仿真软件、驾驶舱数据处理软件、模拟训练辅助软件、虚拟仿真一体化平台；飞机系统仿真软件、驾驶舱数据处理软件以及模拟训练辅助软件通过网络与虚拟仿真一体化平台进行数据通讯，虚拟仿真一体化平台通过LAN总线与所述声音模拟分系统、虚拟仿真驾驶舱分系统1信号连接，实现飞机系统仿真分系统、声音模拟分系统及虚拟仿真驾驶舱分系统1的配合协同工作。

进一步地，所述飞机系统仿真软件通过12个仿真模块分别模拟飞机的十二个工作系统，即飞机总体、动力装置、燃油系统、飞控系统、电气系统、液压系统、灭火系统、环境控制系统、自卫对抗系统、救生系统、生活设施系统和综合航空电子与任务系统。

进一步地，所述驾驶舱数据处理软件用于对LAN总线获取的半实物仿真驾驶舱内的操作数据及各设备状态信号进行处理，以及对上传至虚拟仿真一体化平台的虚拟仿真驾驶舱的操作数据及各设备状态信号进行处理，获得学员的驾驶舱模拟训练数据；所述模拟训练辅助软件用于对驾驶舱模拟训练数据及飞机系统仿真软件的仿真数据进行模型解算，并将解算后的数据反馈至虚拟仿真一体化平台；所述虚拟仿真一体化平台将飞机系统仿真软件、驾驶舱数据处理软件、模拟训练辅助软件、半实物仿真驾驶舱分系统以及机务维修环境虚拟现实分系统的训练和控制数据进行集成，实现数据互通。

进一步地，所述虚拟现实引擎包括飞机系统介绍模块、飞机外部检查模块、驾驶舱设备通电同步模块、试车曲线实时绘制模块、部件拆卸安装模块、特请故障现象模拟与处置模块、复杂系统动态原理图模块、操作过程自动评判模块以及技术资料查阅模块。

本发明具有以下优点：

本发明结合了一体化开发与集成平台技术、发动机试车仿真技术、虚幻引擎蓝图技术、虚拟现实仿真技术、混合现实技术，进一步提高了飞机机务维修训练的可视化水平。本发明具有使用简单、沉浸体验效果好、通用性强的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

附图1是本发明实施例所述一种飞机机务维修训练模拟器系统组成原理框图；

附图2是本发明实施例所述一种飞机机务维修训练模拟器系统工作原理示意图。

图中：

1-半实物仿真驾驶舱分系统；2-虚拟仿真驾驶舱分系统；3-飞机系统仿真分系统；4-机务维修环境虚拟现实分系统；5-训练控制台分系统；6.-声音模拟分系统；8-电源分系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。

实施例

如图1、图2所示，本实施例是一种飞机机务维修训练模拟器系统，包括：半实物仿真驾驶舱分系统1、虚拟仿真驾驶舱分系统2、飞机系统仿真分系统3、机务维修环境虚拟现实分系统4、训练控制台分系统5、声音模拟分系统6、网络分系统、电源分系统8；所述半实物仿真驾驶舱分系统1为学员提供接近实装的物理操作环境，进行机载设备通电模拟训练，其包括半实物仿真驾驶舱以及数据采集与控制系统，所述半实物仿真驾驶舱主要由驾驶舱体以及设置在驾驶舱体内部的驾驶舱设备和操纵系统组成；所述虚拟仿真驾驶舱分系统2将真实飞机驾驶舱完全三维虚拟化，用于进行机载设备通电、发动机试车、特情/故障判断与处置的模拟训练，虚拟仿真驾驶舱分系统2与所述飞机系统仿真分系统3通过网络进行数据通讯，实现多人联网教学和训练；所述飞机系统仿真分系统3用于模拟飞机十二个大工作系统的组成、交联关系和工作原理；所述机务维修环境虚拟现实分系统4用于模拟机务维修训练的各种工作环境，其包括触控大屏、4号计算机，以及部署在4号计算机内部的虚拟现实引擎，虚拟现实引擎通过与所述半实物仿真驾驶舱/虚拟仿真驾驶舱联网共同模拟整架飞机，机务维修环境虚拟现实分系统4；所述训练控制台分系统5用于完成科目设置、训练监控、信息化管理和系统运行/维护，其包括台体、装嵌在台体上的显示器、部署在台体内的3号计算机以及集成在3号计算机内的训练控制与管理系统；所述声音模拟分系统6用于模拟机载设备、地面设备的工作噪声、告警和语音通讯声音；所述网络分系统包括LAN总线及虚拟仿真一体化平台内部网络，所述半实物仿真驾驶舱分系统1、飞机系统仿真分系统3、机务维修环境虚拟现实分系统4、训练控制台分系统5、电源分系统8通过LAN总线连接，所述半实物仿真驾驶舱分系统1、虚拟仿真驾驶舱分系统2、声音模拟分系统6通过虚拟仿真一体化平台内部网络通讯连接；所述电源分系统8用于为各分系统硬件部分提供电源。

所述半实物仿真驾驶舱分系统1是学员进行机载设备通电模拟训练的主要设备，为学员提供接近实装的物理操作环境，其包括半实物仿真驾驶舱以及数据采集与控制系统，所述半实物仿真驾驶舱主要由驾驶舱体以及设置在驾驶舱体内部的驾驶舱设备和操纵系统组成。其中，所述半实物仿真驾驶舱采用1:1的比例仿制真实飞机的驾驶舱及舱内仪表操纵台，其仪表、显示器、告警装置、指示器、灯、开关、按钮、断路器和操纵装置的功能及工作极限条件、响应方式，以及仪表显示内容、显示逻辑、工作模式、操作方式、操作特性等与真实飞机完全一致；数据采集与控制系统用于半实物仿真驾驶舱的硬件数据采集和仪表驱动，采用CAN总线控制方式，其硬件部分包括数字量/模拟量输入接口板、数字量输出板、数字量/数码管输出板、仿真仪表驱动板、总线转换CAN-NET控制板；数据采集与控制系统的控制软件集成在半实物仿真驾驶舱内部的2号计算机中；数据采集与控制系统与所述飞机系统仿真分系统3通过LAN总线连接，将采集到的半实物仿真驾驶舱内的操作数据及各设备的状态数据发送至飞机系统仿真分系统3，并获取飞机系统仿真分系统3发送的仿真数据。

所述虚拟仿真驾驶舱分系统2是一套训练模拟软件，与半实物仿真驾驶舱同样能够进行机载设备通电、发动机试车、特情/故障判断与处置等训练。虚拟仿真驾驶舱分系统2将真实飞机驾驶舱完全三维虚拟化，同机务维修训练模拟器其它软件一同部署到所述飞机系统仿真分系统3的1号计算机上，实现多人联网教学和训练。

所述飞机系统仿真分系统3用于模拟飞机十二个大工作系统的组成、交联关系和工作原理，支持飞机外部检查、机载设备通电、发动机试车、典型部(附)件拆装和特情/故障判断与处置等方面的模拟训练。飞机系统仿真分系统3包括1号计算机及部署在1号计算机内部的飞机系统仿真软件、驾驶舱数据处理软件、模拟训练辅助软件、虚拟仿真一体化平台；飞机系统仿真软件、驾驶舱数据处理软件以及模拟训练辅助软件通过内部网络与虚拟仿真一体化平台进行数据通讯，虚拟仿真一体化平台通过外部网络与所述声音模拟分系统6、虚拟仿真驾驶舱分系统1信号连接，实现飞机系统仿真分系统3、声音模拟分系统6及虚拟仿真驾驶舱分系统1的配合协同工作。

所述飞机系统仿真软件通过12个仿真模块分别模拟飞机的十二个工作系统，即飞机总体、动力装置、燃油系统、飞控系统、电气系统、液压系统、灭火系统、环境控制系统、自卫对抗系统、救生系统、生活设施系统和综合航空电子与任务系统，以支持飞机外部检查、机载设备通电、发动机试车、典型部(附)件拆装和特情/故障判断与处置等方面的模拟训练。所述驾驶舱数据处理软件用于对LAN总线获取的半实物仿真驾驶舱内的操作数据及各设备状态信号进行处理，以及对上传至虚拟仿真一体化平台的虚拟仿真驾驶舱的操作数据及各设备状态信号进行处理，获得学员的驾驶舱模拟训练数据；所述模拟训练辅助软件用于对驾驶舱模拟训练数据及飞机系统仿真软件的仿真数据进行模型解算，并将解算后的数据反馈至虚拟仿真一体化平台；所述虚拟仿真一体化平台将飞机系统仿真软件、驾驶舱数据处理软件、模拟训练辅助软件、半实物仿真驾驶舱分系统以及机务维修环境虚拟现实分系统的训练和控制数据进行集成，实现数据互通。

所述机务维修环境虚拟现实分系统4主要用于模拟机务维修训练的各种工作环境，包括触控大屏、4号计算机，以及部署在4号计算机内部的虚拟现实引擎；虚拟现实引擎通过与所述半实物仿真驾驶舱/虚拟仿真驾驶舱联网共同模拟整架飞机，从而使得机务维修模拟训练不再局限于飞机驾驶舱，可以按照该型飞机日常维修工作进行高逼真度模拟训练和考核。所述虚拟现实引擎包括飞机系统介绍模块、飞机外部检查模块、驾驶舱设备通电同步模块、试车曲线实时绘制模块、部件拆卸安装模块、特请故障现象模拟与处置模块、复杂系统动态原理图模块、操作过程自动评判模块以及技术资料查阅模块。机务维修虚拟现实环境分系统完全按照该型飞机实际机务工作环境进行开发，主要包括工作场地、飞机、地面设备和工具建模以及材质、灯光、纹理的模拟，做到照片级质量，并采用画面品质可达3A级水准的虚拟引擎Unreal Engine 4作为开发工具，利用其强大的图形处理能力和灵活的渲染器打造出逼真的勘验场景，向用户提供画面精细、高保真度的视觉体验。另外，触控显示大屏是实现学员与虚拟机务环境交互的主要手段，具备高分辨率显示、支持多点触控和感应灵敏的特点。

所述训练控制台分系统5主要用来完成科目设置、训练监控、信息化管理和系统运行/维护等功能，其包括台体、装嵌在台体上的左右两个液晶显示器、部署在台体内的3号计算机以及集成在3号计算机内的训练控制与管理系统。两个液晶显示器均为16:9液晶显示器，显示器为金属外壳封装，尺寸不小于19英寸，具有良好的散热效果，鼠标操作。左侧液晶显示屏主要用来完成操作考核评判以及控制系统运行维护等功能；右侧液晶显示屏主要用来同步监视模拟器训练等。训练控制与管理系统主要包括用户管理模块、记录管理模块、设备管理模块、成绩管理模块和资料管理模块等，另外，提供对训练模拟器系统的自检和工作状态监视功能。训练控制台配备座椅，并具备旋转功能，使操作人员能够顺利观察驾驶舱操作情况。训练控制台既可独立运行，也可以通过所述网络分系统分别和所述半实物仿真驾驶舱分系统1、虚拟仿真驾驶舱分系统2、飞机系统仿真分系统3、机务维修环境虚拟现实分系统4联网训练。

所述声音模拟分系统6用于模拟机载设备、地面设备的工作噪声(例如发动机噪声、气流声、电台噪音)、告警(语音告警、音调告警等声效)和语音通讯声音，主要功能集成在矩阵式音频控制盒中。声音模拟分系统6包括外置音箱、耳麦及矩阵式音频控制盒，矩阵式音频控制盒根据飞机实时状态，采用音响素材实时合成当前环境声音、告警音音频信号，并通过外置音箱和座舱中受训员耳麦播放，再通过虚拟仿真一体化平台与内部网络，与半实物仿真驾驶舱分系统1及虚拟仿真驾驶舱分系统2协同使用。

所述网络分系统包括外部网络及虚拟仿真一体化平台内部网络，外部网络采用LAN总线，1号计算机、2号计算机、3号计算机及4号计算机通过LAN总线联网，飞机系统仿真软件、驾驶舱数据处理软件、模拟训练辅助软件、虚拟仿真驾驶舱分系统2、声音模拟分系统6通过虚拟仿真一体化平台内部网络连网；网络分系统用于数据采集控制软件、虚拟仿真驾驶舱软件、飞机系统仿真软件、机务维修环境虚拟现实软件、声音模拟软件和训练控制与信息化管理软件之间的控制与通讯。

所述电源分系统8用于为各分系统硬件部分提供工作时所需的电源，保证训练系统正常运行，包括供电和接地两个子系统。

如图2所示，本实施例的工作原理为：

学员作为模拟器系统的最直接使用者，一方面，在半实物仿真驾驶舱分系统的半实物仿真驾驶舱或虚拟仿真驾驶舱分系统的虚拟仿真驾驶舱中完成机载设备通电、特情/故障判断等科目，操作各类开关和仪表；数据采集与控制系统软件则负责将学员在半实物仿真驾驶舱的操作信息以消息形式发送给虚拟仿真一体化平台；连接在虚拟仿真一体化平台的各分系统依据自己订购的数据选择进行数学模型、模拟分系统之间的交联关系和操作逻辑的模型解算。然后将解算结果再通过一体化平台，一是通过数据采集与控制系统软件反馈到半实物仿真驾驶舱(或是由一体化平台直接反馈给虚拟仿真驾驶舱)中，二是通过外部网络反馈到机务维修环境虚拟现实分系统中。另一方面，在触控大屏上完成系统介绍、外部检查、拆卸安装、故障排除等科目，触控操作以消息形式通过外部网络发送给一体化平台，同样由连接在平台上的各仿真分系统根据输入进行仿真解算，然后将解算结果分别反馈给半实物仿真驾驶舱和机务维修环境虚拟现实。教员则在训练控制台上通过训练控制与管理软件实现对整个训练过程的监视与控制，学员在驾驶舱和触控大屏上的操作可同步在训练控制台上进行显示，教员可根据训练情况进行干预和指导。

该训练模拟器系统面向地面机务人员、空中机械师和领航员训练需求，按照该型“机械、特设、航电专业开展飞机系统介绍、外部检查、机载设备通电、发动机试车、系统部(附)件拆装、特情/故障判断与处置等方面的模拟训练，使受训人员能够掌握飞机相关系统/设备的使用特性和保障特性，掌握本专业日常维护、周期性检查、专项检查等技能，熟悉飞机发动机试车的相关操作程序，提高特情/故障判断与处置能力。同时，发明考虑了其扩展能力，使之具备为其他特殊飞机的机务人员进行维修训练的能力，具有可视化程度高、人机交互能力强、沉浸体验效果好、通用性强的特点。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种飞机机务维修训练模拟器系统，其特征在于，包括半实物仿真驾驶舱分系统、虚拟仿真驾驶舱分系统、飞机系统仿真分系统、机务维修环境虚拟现实分系统、训练控制台分系统、声音模拟分系统、电源分系统；所述半实物仿真驾驶舱分系统、飞机系统仿真分系统、机务维修环境虚拟现实分系统、训练控制台分系统、电源分系统通过LAN总线连接，所述半实物仿真驾驶舱分系统、虚拟仿真驾驶舱分系统、声音模拟分系统通过网络通讯连接；

所述半实物仿真驾驶舱分系统为学员提供驾驶舱物理操作环境，进行机载设备通电模拟训练，其包括半实物仿真驾驶舱以及数据采集与控制系统，所述半实物仿真驾驶舱主要由驾驶舱体以及设置在驾驶舱体内部的驾驶舱设备和操纵系统组成；所述虚拟仿真驾驶舱分系统将真实飞机驾驶舱完全三维虚拟化，用于进行机载设备通电、发动机试车、特情/故障判断与处置的模拟训练；所述飞机系统仿真分系统用于模拟飞机十二个大工作系统的组成、交联关系和工作原理；所述机务维修环境虚拟现实分系统用于模拟机务维修训练的各种工作环境，其包括触控大屏以及虚拟现实引擎，虚拟现实引擎通过与所述半实物仿真驾驶舱/虚拟仿真驾驶舱联网共同模拟整架飞机，机务维修环境虚拟现实分系统；所述训练控制台分系统用于完成科目设置、训练监控、信息化管理和系统运行/维护，其包括台体、装嵌在台体上的显示器以及设置在台体内的训练控制与管理系统；所述声音模拟分系统用于模拟机载设备、地面设备的工作噪声、告警和语音通讯声音；所述电源分系统用于为各分系统硬件部分提供电源。

2.如权利要求1所述的一种飞机机务维修训练模拟器系统，其特征在于，所述半实物仿真驾驶舱采用1:1的比例仿制真实飞机的驾驶舱及舱内仪表操纵台，其仪表、显示器、告警装置、指示器、灯、开关、按钮、断路器和操纵装置的功能及工作极限条件、响应方式，以及仪表显示内容、显示逻辑、工作模式、操作方式、操作特性与真实飞机完全一致。

3.如权利要求1所述的一种飞机机务维修训练模拟器系统，其特征在于，所述数据采集与控制系统用于半实物仿真驾驶舱的硬件数据采集和仪表驱动，采用CAN总线控制方式，其硬件部分包括数字量/模拟量输入接口板、数字量输出板、数字量/数码管输出板、仿真仪表驱动板、总线转换CAN-NET控制板。

4.如权利要求1所述的一种飞机机务维修训练模拟器系统，其特征在于，所述飞机系统仿真分系统包括飞机系统仿真软件、驾驶舱数据处理软件、模拟训练辅助软件、虚拟仿真一体化平台；飞机系统仿真软件、驾驶舱数据处理软件以及模拟训练辅助软件通过网络与虚拟仿真一体化平台进行数据通讯，虚拟仿真一体化平台通过LAN总线与所述声音模拟分系统、虚拟仿真驾驶舱分系统1信号连接，实现飞机系统仿真分系统、声音模拟分系统及虚拟仿真驾驶舱分系统1的配合协同工作。

5.如权利要求4所述的一种飞机机务维修训练模拟器系统，其特征在于，所述驾驶舱数据处理软件用于对LAN总线获取的半实物仿真驾驶舱内的操作数据及各设备状态信号进行处理，以及对上传至虚拟仿真一体化平台的虚拟仿真驾驶舱的操作数据及各设备状态信号进行处理，获得学员的驾驶舱模拟训练数据；所述模拟训练辅助软件用于对驾驶舱模拟训练数据及飞机系统仿真软件的仿真数据进行模型解算，并将解算后的数据反馈至虚拟仿真一体化平台；所述虚拟仿真一体化平台将飞机系统仿真软件、驾驶舱数据处理软件、模拟训练辅助软件、半实物仿真驾驶舱分系统以及机务维修环境虚拟现实分系统的训练和控制数据进行集成，实现数据互通。

6.如权利要求1所述的一种飞机机务维修训练模拟器系统，其特征在于，所述虚拟现实引擎包括飞机系统介绍模块、飞机外部检查模块、驾驶舱设备通电同步模块、试车曲线实时绘制模块、部件拆卸安装模块、特请故障现象模拟与处置模块、复杂系统动态原理图模块、操作过程自动评判模块以及技术资料查阅模块。