介紹

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航空（飛機）模擬器的應(yīng)用已有幾十年的歷史，根據(jù)用途不同可分為操作訓(xùn)練模擬器和工程技術(shù)模擬器兩大類。工程技術(shù)模擬器又可分為研究模擬器和維修訓(xùn)練模擬器。由于受到各方面的限制，維修模擬器的發(fā)展始終落后于其他兩類模擬器。維修模擬器主要用于模擬各種飛機系統(tǒng)（機載設(shè)備）的運行過程、運行規(guī)律、技術(shù)性能和結(jié)構(gòu)特點，滿足對其技術(shù)原理、結(jié)構(gòu)特點和維修工藝進行模擬訓(xùn)練的需要。維修模擬器對于提高航空維修訓(xùn)練水平、降低全壽命周期內(nèi)的使用成本具有重要意義。

飛機維修模擬訓(xùn)練是指在模擬訓(xùn)練器/系統(tǒng)上進行的飛機維修訓(xùn)練。模擬訓(xùn)練設(shè)備包括模擬訓(xùn)練設(shè)備、模擬訓(xùn)練軟件、虛擬現(xiàn)實訓(xùn)練系統(tǒng)等。維修模擬訓(xùn)練具有安全、經(jīng)濟、可控、可重復(fù)、無風(fēng)險、不受氣候條件和場地空間限制等特點，既可以訓(xùn)練常規(guī)操作，又可以訓(xùn)練處理各類事故（包括災(zāi)難性事故）的能力，具有訓(xùn)練效率高、成本低等獨特優(yōu)勢，歷來受到各國民航維修公司的高度重視。尤其面??對當(dāng)前需要提高維修人員維修能力、降低培訓(xùn)成本的形勢，世界各國民航維修公司和學(xué)校都把模擬訓(xùn)練作為維修培訓(xùn)不可或缺的甚至唯一安全、經(jīng)濟、有效的工具和手段，并著力發(fā)展模擬訓(xùn)練。

階段報告

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飛機維修訓(xùn)練模擬器自20世紀50年代末誕生以來，經(jīng)歷了三個階段：

20 世紀 50 年代末至 80 年代初為發(fā)展初期，主要以機電、物理仿真為主，此階段主要利用初級機電計算機與物理仿真技術(shù)相結(jié)合，研制結(jié)構(gòu)簡單、功能單一的飛機單系統(tǒng)“示教板”、“訓(xùn)練器”和“教練機”，例如“發(fā)動機啟動及狀態(tài)系統(tǒng)訓(xùn)練器”、“燃油系統(tǒng)工作狀態(tài)演示板”。

20世紀80年代，特別是1984年以后，進入了以計算機技術(shù)為主導(dǎo)的全面發(fā)展階段。航空維修訓(xùn)練模擬器由單純的物理模擬發(fā)展到以機械、電氣模擬為主要技術(shù)手段的模擬。在此階段，模擬器的功能由單一的“演示型”發(fā)展到可以供電、測試、分析的“多功能型”，如“發(fā)動機測試教練機”、“飛機控制系統(tǒng)模擬器”等。

20世紀90年代以來，數(shù)字計算機仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、計算機成像技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、人工智能技術(shù)等高新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使航空維修訓(xùn)練模擬器的研究進入了新的發(fā)展階段。這一階段的模擬器功能強大、任務(wù)覆蓋率高、技術(shù)先進、效益突出，逐步形成了航空維修訓(xùn)練模擬設(shè)備體系。例如：“某型飛機維修模擬器”和“多型飛機飛行控制系統(tǒng)綜合模擬器”。

分類報告

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飛機維修模擬器的分類尚無統(tǒng)一的標(biāo)準或規(guī)范，大致可按照結(jié)構(gòu)特點、應(yīng)用用途、配置方式等進行分類。

1.按培訓(xùn)要求和培訓(xùn)目標(biāo)分類

根據(jù)訓(xùn)練任務(wù)不同，維修模擬器可分為綜合模擬器、專業(yè)模擬器和任務(wù)模擬器三種類型。綜合模擬器可對飛機全部（或多個）系統(tǒng)維修工作進行綜合模擬訓(xùn)練；專業(yè)模擬器可對機械、特種設(shè)備、武器、電子等單一專業(yè)的維修工作進行模擬訓(xùn)練；任務(wù)模擬器主??要對某個子系統(tǒng)（或某類機載設(shè)備）的維修工作進行模擬訓(xùn)練。

2 按安裝環(huán)境和配置方式分類

主要有地面固定式模擬器、機動式（移動式）模擬器、嵌入式（組合式）模擬器三大類。地面固定式模擬器主要安裝在高校、模擬訓(xùn)練中心等固定實驗室（教室）內(nèi)；機動式模擬器通常將模擬器安裝在可移動的載體上，利用專用電纜和無線通信鏈路實現(xiàn)與不同分布地點的設(shè)備或與現(xiàn)場的飛機系統(tǒng)的連接，從而構(gòu)成完整的模擬系統(tǒng)；嵌入式模擬器將模擬器整體嵌入到實際的飛機（機載設(shè)備）中，既可以作為武器系統(tǒng)的組成部分，也可以作為其外部擴展的子系統(tǒng)。

3 按結(jié)構(gòu)特點和實現(xiàn)技術(shù)分類

（1）全尺寸模擬器

它具有與實際安裝完全相同的外觀，設(shè)備（機件）的安裝位置、連接關(guān)系與實際安裝完全相同，如以色列IAI公司的Kfir C2維修模擬器、美國ECC公司的C-17A發(fā)動機維修模擬器。維修人員可以使用真實的工具、儀器（或模擬的儀器）進行維修訓(xùn)練，獲得與實際安裝完全相同的維修模擬環(huán)境。這種模擬器逼真程度最高，但體積較大，成本較高，不利于了解系統(tǒng)（設(shè)備）的工作原理。

（2）半尺寸模擬器

大部分維修模擬器屬于此類，對于與實裝一致的重要維修操作環(huán)境（如座艙），各系統(tǒng)（設(shè)備）部件均安裝在模擬面板上，采用機載連接或原理連接。例如加拿大Atlantis公司的F-15、F-18、S-70維修模擬器，美國ECC公司的F/A-18電子設(shè)備維修模擬器。該類模擬器不僅減小了體積，而且保證了主要操作環(huán)境的一致性。

（3）桌面模擬器

又稱軟模擬器，利用計算機屏幕或頭盔顯示器顯示模擬維修操作界面。例如英國Pennant公司的Hawk CBT系統(tǒng)。這種模擬器體積小，成本低，可以移動或嵌入式使用，也可以方便地擴展為遠程模擬訓(xùn)練系統(tǒng)。[1]

主要技術(shù)報告

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全尺寸和半尺寸模擬器屬于半物理模擬，桌面模擬器則接近數(shù)學(xué)模擬，三者在技術(shù)上基本相同，特別是核心數(shù)學(xué)模型完全一致，主要區(qū)別在于模擬操作界面。

造型

數(shù)學(xué)模型的建立是飛機維修仿真系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是仿真系統(tǒng)逼真度的關(guān)鍵。飛機維修模擬器的數(shù)學(xué)模型主要包括飛機系統(tǒng)仿真模型和環(huán)境仿真模型。

飛機系統(tǒng)仿真模型包括發(fā)動機、液壓、燃油、控制、環(huán)控、電氣、儀表、飛控和武器系統(tǒng)以及機載電子設(shè)備等。為滿足維修需要，該類模型不僅要具有各種邏輯控制關(guān)系、直接與各種開關(guān)（旋鈕）、儀表（顯示器）相連，還必須按系統(tǒng)/子系統(tǒng)/附件等級逐級劃分為可維修模塊，建立測試點、調(diào)整點、更換部件間的控制關(guān)系。環(huán)境仿真模型主要是音頻系統(tǒng)，用來模擬各種設(shè)備的工作聲音，如發(fā)動機啟動、工作、停止時的聲音。

數(shù)據(jù)庫

維修模擬器的數(shù)據(jù)庫由數(shù)據(jù)表系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲區(qū)、公共變量區(qū)和符號字典組成。數(shù)據(jù)表系統(tǒng)包括仿真程序使用到的所有常量和變量名以及相關(guān)數(shù)據(jù)（包括原始數(shù)據(jù)和實時仿真結(jié)果數(shù)據(jù)）。實時仿真程序模塊之間的數(shù)據(jù)傳遞是通過全局符號變量和公共數(shù)據(jù)區(qū)實現(xiàn)的。符號字典需要統(tǒng)一管理這些數(shù)據(jù)傳輸，起到封裝整個數(shù)據(jù)庫的作用，為模型庫和調(diào)試環(huán)境訪問數(shù)據(jù)提供數(shù)據(jù)接口。維修仿真數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)需要實現(xiàn)原始數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)管理、符號字典管理和系統(tǒng)管理四個功能。

飛機顯示模擬

飛機顯示裝置是性能參數(shù)的顯示窗口，為維修技術(shù)人員提供各種視覺信息。維修模擬所需的飛機顯示裝置包括：各種信號（燈光）指示、儀表和電子顯示單元（EDU）。

（1）信號（光）指示裝置的模擬

使用實裝信號燈（箱），由控制計算機的D/O直接驅(qū)動。

（2）模擬儀器

模擬器上的儀表模擬方式有三種：直接引用儀表、修改儀表和計算機實時圖形模擬儀表。機載計算機控制的儀表，如導(dǎo)航與飛控儀表、大氣數(shù)據(jù)計算機儀表等，當(dāng)模擬器接口與機載系統(tǒng)相應(yīng)接口相同時，可直接使用。對于指示器和傳感器合為一體的儀表或模擬計算機控制的儀表，需內(nèi)部修改為直流或交流驅(qū)動后方可使用。利用計算機實時圖形圖像技術(shù)在顯示器（CRT、LCD）上生成的數(shù)字圖形儀表，由于成本低廉，使用維護方便，在維修模擬器上應(yīng)用最為廣泛。

（3）電子顯示屏

飛機電子顯示器，例如EFIS、HUD、EDU等，都采用類似CRT或LCD模擬。

聲音模擬

在維修工作中，設(shè)備的工作聲音是判斷其是否正常工作的重要依據(jù)kaiyun官方網(wǎng)app下載app，因此必須提供逼真的聲音效果。要逼真地模擬飛機的聲音，必須保證模擬的聲音與真實設(shè)備的各種聲音具有相同的帶寬和幅度，以及相同的變化規(guī)律。聲音數(shù)據(jù)一般是通過實際錄制來獲取的，對于簡單的聲音變化，可以采用分段固定的聲音文件，根據(jù)輸入的控制信號調(diào)用并播放相應(yīng)的聲音文件。對于復(fù)雜的工作聲音，如發(fā)動機試車時的聲音，需要對其頻譜進行分析，獲得產(chǎn)生各種聲音的數(shù)據(jù)，并建立相應(yīng)的聲音數(shù)據(jù)文件。在模擬器中對不同的狀態(tài)和條件進行判斷開yun官網(wǎng)入口登錄APP下載，實時計算不同聲音的頻率和幅度，并進行必要的修正，然后將不同波形聲音的頻率和幅度輸出到聲音發(fā)生器。

發(fā)展趨勢報告

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以電子信息技術(shù)為代表的高新技術(shù)的發(fā)展為高技術(shù)維修模擬器的發(fā)展提供了強有力的技術(shù)支撐，新一代維修模擬器將廣泛采用人工智能、專家系統(tǒng)、VR等技術(shù)，向多功能化、虛擬化、通用化、訓(xùn)練與任務(wù)一體化、遠程分布化方向發(fā)展。

虛擬設(shè)備

所謂虛擬設(shè)備（VE），是指根據(jù)設(shè)備構(gòu)造原理，利用數(shù)字仿真技術(shù)，針對實際安裝建立高精度數(shù)學(xué)模型，并細化到可修復(fù)（可更換）部件的級別，通過VR技術(shù)構(gòu)建三維可視化、交互式的維修工作環(huán)境，滿足實際安裝使用、維護、性能測試、故障隔離和排除故障等模擬訓(xùn)練的需要。

虛擬設(shè)備應(yīng)滿足三個層次的功能需求：

（1）能實現(xiàn)設(shè)備功能、組成、工作原理、性能分析的演示模擬；

（2）能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備維護程序、檢測調(diào)整、故障設(shè)定、故障隔離和故障排除等操作模擬；

（3）通過增加適配器，可與實際設(shè)備相連，作為系統(tǒng)的組成部分，參與設(shè)備環(huán)路，完成移動訓(xùn)練和測試功能。

虛擬裝備技術(shù)的關(guān)鍵點是建立足以進行維護的虛擬裝備模型，該模型分為幾何數(shù)據(jù)和非幾何數(shù)據(jù)兩類模型。幾何模型主要指裝備的外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)；非幾何模型則包括裝備的功能、行為和運動規(guī)則以及維護操作規(guī)則。同時，兩類模型之間必須建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫。

虛擬裝配

虛擬裝配（VA）是指在虛擬工程環(huán)境中建立“虛擬樣機”，真實地模擬其運動過程，發(fā)現(xiàn)新設(shè)計產(chǎn)品裝配中的問題，并快速分析比較多種設(shè)計方案，對裝配過程進行測試和改進，直至達到最佳效果。

虛擬裝配還可以用于仿真訓(xùn)練。其主要特點包括：

（1）真實設(shè)備（含附件）模型的三維可視化；

（2）虛擬再現(xiàn)設(shè)備（含附件）拆卸、組裝過程；

（3）人與虛擬維護環(huán)境的交互簡單、自然。

虛擬裝配的關(guān)鍵是建立設(shè)備、配件乃至維修（更換）所需的零件級實體模型庫；需要建立拆裝過程、維修工藝、零部件信息庫；以及維修、裝配過程中的裝配關(guān)系、物體運動規(guī)則庫，還需要考慮卡阻、碰撞、摩擦等干涉檢查。

嵌入式模擬

嵌入式仿真（ES）是指將模擬器整體嵌入到機載設(shè)備、試驗設(shè)備等實際設(shè)備中，或作為武器系統(tǒng)的組成部分，或作為其外部擴展的子系統(tǒng)（模塊），滿足崗位訓(xùn)練的需要。

嵌入式仿真的主要形式包括：

（1）集成到電子設(shè)備中，類似于交互式電子技術(shù)手冊（IETM），可在線顯示操作、維護程序和故障隔離程序；

（2）集成到ATE、BITE等測試設(shè)備中，實現(xiàn)測試程序的在線模擬訓(xùn)練；

（3）安裝在便攜式底盤上，可以方便地通過標(biāo)準接口設(shè)備與機載設(shè)備（如雷達）連接云開·全站apply體育官方平臺，實時產(chǎn)生各種所需的信號，并模擬實際安裝中的各種使用情況和故障情況。

嵌入式仿真需要與實際設(shè)備相結(jié)合，預(yù)留標(biāo)準接口，還需研究便攜式計算設(shè)備、嵌入式信號發(fā)生器、嵌入式操作系統(tǒng)、多媒體接口等仿真程序。[2]

功能及意義報告

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1.滿足現(xiàn)有航模訓(xùn)練教學(xué)需求

但目前航空企業(yè)教師開展飛機模型實訓(xùn)只能依靠維修手冊、圖片等方式，難以在學(xué)生頭腦中形成生動的實物模型和維修場景，教學(xué)效果事倍功半。引入模擬訓(xùn)練器，將虛擬座艙、虛擬三維飛機、動態(tài)示意圖、飛機手冊等展示在課堂上，相當(dāng)于把飛機直接搬進教室，學(xué)生可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容隨時隨地進行飛機系統(tǒng)功能測試、操作檢查、故障分析排除、部件識別和拆裝訓(xùn)練，以安全、經(jīng)濟、有效的方式讓學(xué)生主動參與課堂教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)效率。

2、要更新實訓(xùn)課程內(nèi)容，提高實訓(xùn)實效性，節(jié)省實訓(xùn)成本。

在現(xiàn)役飛機上進行維修訓(xùn)練是不現(xiàn)實的，維修訓(xùn)練只能在退役飛機上進行，或者干脆在教室里進行。引入維修/飛行教練機可以大大改變現(xiàn)有的訓(xùn)練條件。一是實訓(xùn)機模與現(xiàn)役機模同步；二是訓(xùn)練中可以加入測試、故障隔離等真正有用的內(nèi)容?？梢?，使用模擬訓(xùn)練機可以克服目前訓(xùn)練教學(xué)組織難、風(fēng)險大、效果差的缺點，徹底改變長期困擾航空維修企業(yè)飛機維修人員培訓(xùn)的航模訓(xùn)練針對性差、缺乏實用性等老問題。同時，由于不需要真正使用真機，可以大大降低培訓(xùn)成本。

3.要實現(xiàn)以工作過程為導(dǎo)向的培訓(xùn)教學(xué)模式

引入維修模擬器，可以模擬飛機系統(tǒng)測試、發(fā)動機試車、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控、故障隔離等真實的維修工作場景，提高學(xué)員的實際工作能力，使學(xué)員能夠獨立發(fā)現(xiàn)和解決問題，提高訓(xùn)練質(zhì)量，為今后從事一線維修工作打下良好的基礎(chǔ)。[3]