袁書生

（廣州民航職業(yè)技術學院，廣東 廣州510403）

微軟模擬飛行在發(fā)動機試車實訓教學中的應用

袁書生

（廣州民航職業(yè)技術學院，廣東 廣州510403）

針對航空機務維修專業(yè)實訓教學的需要，探討了使用微軟模擬飛行10作為發(fā)動機模擬試車平臺，開展航空發(fā)動機模擬試車教學的基本方法和可行性。測試結果表明，這種新方案成本低、仿真度高，能夠滿足模擬發(fā)動機基本試車程序的要求。

航空發(fā)動機；試車；飛行模擬器；實訓教學

0 引言

航空發(fā)動機試車是發(fā)動機制造、大修和檢修工作一個重要而不可缺少的工序。在發(fā)動機制造、大修或排除性能故障后，都必須進行試車，通過各種試車方法來磨合部件、調整性能、檢驗質量，最終得到發(fā)動機性能報告[1]。根據專業(yè)對應工作崗位群對職業(yè)能力的要求，高職院校航空機務維修類專業(yè)需要開設航空發(fā)動機試車實訓課程。

航空發(fā)動機試車實訓教學的目的是讓學生了解和熟悉航空發(fā)動機的試車操作技能，能夠按工作程序完成基本的試車操作。航空發(fā)動機試車實操教學，可以在真實的發(fā)動機和試車臺上進行，也可以在模擬試車設備上進行。航空燃氣渦輪發(fā)動機試車風險性大，操作不當可能損壞價格昂貴的發(fā)動機或試車設備，同時運行成本高、噪音大、耗能大，目前在民航業(yè)內一般使用模擬試車設備進行實操培訓[2-4]。高職院校學生與企業(yè)員工相比，在專業(yè)知識和實際工作經驗上有一定差距，單純使用模擬設備進行發(fā)動機試車教學會存在一定的弊端。作為入門培訓，在沒有發(fā)動機實物的情況下學習會使學生理解起來很困難甚至無法理解。對于復雜事物的學習，按照“由淺入深，由具體到抽象”的方式會取得好的學習效果，反之則容易造成學習困難和效率低下[5，6]。因此，高職院校的航空發(fā)動機試車實訓課程可以采用真實的發(fā)動機運轉與模擬設備試車兩部分相結合的方式來進行。真實發(fā)動機只進行冷態(tài)運轉，以滿足在校園環(huán)境下的使用要求，冷運轉所帶來的局限性則用模擬試車來進行彌補。在本文中只探討發(fā)動機模擬試車的實現方式。

目前具備發(fā)動機模擬試車功能的設備主要是各類飛行模擬器。高級別的飛行模擬器（如全動模擬機）機艙完全按照真實飛機制作，所有的儀表與開關都使用真機原件，擬真程度非常高，價格也非常昂貴；低級別的飛行模擬器，則大量采用虛擬儀表與開關替代真實元件，價格相對低廉[7，8]。在真實發(fā)動機試車與模擬設備試車相結合進行實訓教學的模式下，發(fā)動機模擬試車設備起輔助作用，低級別的飛行模擬器即可滿足要求。高校購置教學設備的經費有限，航空企業(yè)使用的低端飛行模擬器對高校來說仍然比較昂貴，需要尋求更加經濟的解決方案。

隨著科技不斷進步，家用計算機的功能越來越強大，基于個人計算機的飛行模擬平臺也開始出現并不斷發(fā)展。這種模擬飛行平臺硬件成本很低，所使用的設備僅僅是普通的家用計算機和相應的游戲手柄[9]，但其仿真程度卻達到了非常高的水準。微軟模擬飛行就是這類軟件的杰出代表。微軟模擬飛行是微軟公司開發(fā)的產品，具有悠久的歷史，2006年推出最新版本微軟模擬飛行10（Flight Simulator X）[10].這款飛行模擬器設計較為完美，被譽為家用計算機平臺上發(fā)布的最真實最復雜的飛行模擬軟件。微軟模擬飛行軟件主要用于飛機飛行的模擬操作，但也具有發(fā)動機模擬試車功能。本文對使用微軟模擬飛行10作為發(fā)動機模擬試車平臺，開展航空發(fā)動機模擬試車教學的方法和可行性進行探討。

1 發(fā)動機模擬試車平臺的搭建

發(fā)動機模擬試車平臺（飛行模擬平臺）由家用計算機、模擬飛行軟件、機型插件、飛行搖桿和電腦外設組成。

1.1 模擬飛行軟件和機型插件

模擬飛行軟件選用微軟模擬飛行10（Flight Simulator X）。但僅安裝該軟件還不能滿足發(fā)動機模擬試車的要求，必須同時安裝特定的機型插件（輔助軟件）。因為微軟模擬飛行并非為模擬發(fā)動機試車而設計，軟件在編程時對駕駛艙內的設備進行了簡化處理，駕駛艙內的儀表板與真實的飛機有差異，并且個別開關、按鈕只能顯示不能進行虛擬操作。為了達到更好的仿真效果，必須安裝第三方插件（是插件開發(fā)公司針對特定的機場、飛機、地形、地景進行針對性更強的專項開發(fā)，功能更強大，仿真度更高。）對于發(fā)動機試車來說，只需要安裝特定的機型插件，其他插件是不需要的。文中以波音飛機作為應用實例，因此選擇受到世界飛行愛好者廣泛認可的Wilcopub Boeing 737-300/400/500和PMDG 737NGX兩款插件配合主程序使用。

1.2 模擬試車平臺硬件

微軟模擬飛行軟件安裝在家用計算機上運行，軟件對計算機的硬件有一個最低的配置要求，在最低配置要求的基礎上，硬件配置越高軟件運行越流暢，但成本也會越高。軟件的運行速度還與軟件的設置和使用方式有密切關系。微軟模擬飛行軟件有很多的插件，如果在使用時加載了大量的插件，對電腦的配置要求就會相應提高。當把微軟模擬飛行軟件當做發(fā)動機模擬試車平臺使用時，飛機停在機坪上不動，只需要加載機型插件，對硬件配置的要求與模擬飛機飛行相比有所降低。目前市場上主流配置的家用電腦足以在高畫面質量設置的情況下流暢運行微軟Flight Simulator X軟件[11]。

1.3 軟件的設置

軟件使用時必須進行正確的設置，才能運行微軟Flight Simulator X軟件進行發(fā)動機模擬試車。

Flight Simulator X軟件有三種模式：自由模式、任務模式、聯飛模式，必須選擇自由模式，才能選擇需要的機型。在自由模式的界面內點擊改變“當前機型”，軟件會出現一個機型列表，如果成功安裝了機型插件，插件飛機會顯示在飛機列表里，選擇機型（如波音737NG飛機）后點擊確定。軟件選擇飛機機型的界面如圖1所示。

如果使用默認機場，進入游戲后，飛機是在空中飛行的狀態(tài)，就無法進行發(fā)動機試車。為此，需要設置機場。在軟件中選擇改變“當前位置”，通過直接輸入四位機場代碼（如廣州新白云國際機場是ZGGG）快速檢索目標機場，在搜索結果中選擇想要的機場，確定可設置為對應機場，如圖2所示。

圖2 選擇機場

“當前氣象”和“當前時間”也需要進行設置。“氣象主題”選Fair Weather，“當前時間”設置為白天的任意時間，選擇當前氣象和當地時間的界面如圖3所示。上述設置完成后，點擊起飛，運行軟件，圖4為軟件運行時的飛機駕駛艙。在自由飛行模式下，系統默認游戲開始時發(fā)動機處于正常運行狀態(tài)，需要先把發(fā)動機停車，可以使用手動停車的方法，也可以加載冷艙文件，使發(fā)動機自動停車。發(fā)動機停車后，就可以進行發(fā)動機模擬試車練習。

圖3 選擇當前氣象和當前時間

圖4 軟件中的飛機駕駛艙

2 發(fā)動機模擬試車平臺應用實例

發(fā)動機試車程序演示和飛機系統模擬測試是發(fā)動機模擬試車平臺的兩個主要教學功用，下面各舉一個實例進行說明。

2.1 飛機系統虛擬測試實例

發(fā)動機啟動前，需要先對部分飛機系統進行測試，測試結果符合要求再啟動發(fā)動機。使用微軟Flight Simulator X軟件可以進行飛機系統模擬測試的教學，以滅火瓶爆炸帽測試為例進行說明。

飛機手冊規(guī)定的測試程序如下：向左（右）扳滅火瓶爆炸帽測試電門，測試發(fā)動機滅火瓶左（右）發(fā)爆炸帽控制電路和APU滅火瓶爆炸帽控制電路工作是否正常。測試時，指示燈亮表明相應的發(fā)動機爆炸帽控制電路正常。使用模擬飛行軟件進行模擬測試時，用鼠標操作軟件中的測試電門，向左（或右）拖動鼠標，對應指示燈亮，表明滅火瓶爆炸帽控制電路正常，非常直觀、方便，圖5為滅火瓶爆炸帽測試效果圖。

圖5 滅火瓶爆炸帽測試效果圖

2.2 發(fā)動機試車程序演示

微軟Flight Simulator X軟件在安裝波音飛機機型插件的情況下，可以進行發(fā)動機干冷轉、起動發(fā)動機、起動不成功的處置、發(fā)動機正常關車等試車程序的完整演示。以“起動發(fā)動機”為例進行說明。

用地面氣源或APU氣源起動波音737-300飛機發(fā)動機的簡要程序如下（詳細程序參見飛機手冊）：

（1）完成發(fā)動機起動前的各項準備工作。

（2）接通氣源并檢查氣源壓力不小于30PSI.

（3）將點火電門放置到“L”或“R”位。

（4）將“發(fā)動機起動”電門放置到“地面”位后，檢查證實相關指示燈和發(fā)動機參數符合手冊要求。

（5）當N2轉子轉速達到25%時，將起動手柄放置到“慢車”位，監(jiān)視發(fā)動機點火前、后的參數變化，應符合手冊要求。

（6）當N2達47%時，起動機與附件齒輪箱的傳動應脫開，“起動活門打開”燈熄滅，氣源系統供氣管壓力回升；“發(fā)動機起動”電門從“地面”位跳回“關斷”位。

（7）繼續(xù)監(jiān)測發(fā)動機起動加速過程中發(fā)動機參數的變化情況，并記錄起動過程中的排氣溫度和燃油流量的最大值、起動時間。

在使用微軟Flight Simulator X軟件演示發(fā)動機起動程序時，可以通過鼠標和鍵盤切換軟件中的飛機駕駛艙視角，接近需要操作的手柄、電門，使用鼠標完成對手柄、電門的操作，并觀察駕駛艙中發(fā)動機儀表參數和指示燈的變化，按照規(guī)定的程序一步步地進行操作，直至發(fā)動機起動成功，即可實現對發(fā)動機起動程序的模擬。

3 實訓教學效果評價

3.1 仿真效果

在微軟Flight Simulator X軟件平臺上試用了Wilcopub公司的Boeing 737-300和PMDG公司的737NG兩款插件飛機。這兩款插件飛機的駕駛艙仿真程度達到了極高的水平，應用到教學當中，能夠讓學生體驗到十分真實的發(fā)動機試車操作環(huán)境。

3.2 教學功能測試

微軟Flight Simulator X軟件是飛機飛行的模擬平臺，并非專門為發(fā)動機試車而設計，因此并不能模擬發(fā)動機的所有試車程序，這也是低成本的模擬機平臺的共同特點。波音737-300飛機是波音737飛機的經典型號，也是國內高職院校在教學中采用較多的民航客機機型，下面以此型飛機作為實例，來評估模擬飛行10軟件能夠模擬的發(fā)動機試車程序占發(fā)動機基本試車程序的比率。

波音737-300飛機發(fā)動機地面試車程序包含的內容如下：（1）試車前的檢查工作；（2）發(fā)動機冷轉程序，共5個項目；（3）發(fā)動機試車緊急情況處置程序，共 3個項目；（4）發(fā)動機起動程序，共 6個項目；（5）發(fā)動機關車程序，共3個項目；（6）動力裝置測試程序。

試車程序中的第（6）部分動力裝置測試程序以及（4）中的“人工超控起動發(fā)動機”程序必須在真實發(fā)動機上進行，所有的發(fā)動機模擬試車設備都無法模擬，因此不作為評價指標。試車程序（1）～（5）部分內容（“人工超控起動發(fā)動機”程序除外）為發(fā)動機試車的基本程序，共17個小項目。經過逐項程序測試，模擬飛行10軟件能夠完全模擬的試車程序為8項，能夠基本完成（完成全部內容的80%）的試車程序為4項，不能完成（完成內容低于80%）的試車程序為5項。能夠全部模擬和基本完成的試車程序所占比例為71%，不能完成的試車程序所占比例為29%.

3.3 存在的不足和完善的建議

用微軟Flight Simulator X軟件演示發(fā)動機試車程序的不足之處：（1）發(fā)動機試車過程中需要操作發(fā)動機和飛機多個系統的各種手柄和開關，而這些手柄和開關分布在駕駛艙內的不同部位，而軟件通過一塊屏幕（電腦顯示器）來顯示，這就需要頻繁地切換視角和視距來接近要操作的設備。這會帶來兩個問題，一是操作人員的視野變小，方位感變差；另一方面會導致動作不連貫。（2）飛機駕駛艙中的負載控制中心面板P6和P18使用的是貼圖，而不是模擬硬件，只能看到圖形，卻不能進行操作，使一部分試車程序不能夠進行模擬。

完善的建議：把模擬飛行軟件與安裝有真實硬件的駕駛艙模型融合到一起使用，就能夠在一定程度上彌補它的不足之處。例如當基于微軟Flight Simulator X軟件構建的發(fā)動機模擬試車平臺與一個安裝有真實元件的負載控制中心面板一起使用，來演示波音737-300飛機基本試車程序，不能完成的試車程序為0項，能夠完全模擬的試車程序增加至13項，完全模擬和基本完成的試車程序所占比例將升高到100%，在教學功能方面達到較好的效果。

4 結語

使用微軟Flight Simulator X軟件、飛機機型插件和家用計算機組成的發(fā)動機模擬試車平臺，能夠進行對應機型飛機發(fā)動機的模擬試車，具有成本低、仿真效果好的優(yōu)點，適合作為高職院校的發(fā)動機模擬試車教學設備。發(fā)動機模擬試車平臺單獨使用時能夠實現大部分基本試車程序的演示，當與安裝有必備的真實硬件的駕駛艙模型一起使用，能夠模擬發(fā)動機地面試車手冊中除性能測試之外的所有試車程序，達到較好的教學效果。

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Application of Microsoft Flight Simulator in the Practical Training Teaching of Engine Test

YUAN Shu-sheng
（Guangzhou Civil Aviation College，Guangzhou Guangdong 510403，China）

To meet the requirement of the practical training of the students majoring in aviation maintenance，the basic method and feasibility of using microsoft simulation flight 10 as the engine simulation testing platform to developing the aero engine simulation test teaching were discussed.The results of test show that this new scheme has the characteristics of low cost and high degree of simulation and can meet the requirements of engine simulation test in practicing the basic test procedure.

aeroengine；testing；flight simulator；practical training teaching

Design and Calculation of New Multifunctional Snow Removal Vehicle

LI Xu-jun
（Sinotruk Liuzhou Yunli Kodiak Machinery Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545005，China）

G712

B

1672-545X（2017）09-0061-05

2017-06-22

袁書生（1978-），男，河北隆化人，蒙古族，工程師，碩士，教師，主要從事飛機機電設備維修專業(yè)實訓課程開發(fā)及教學研究。

Abstract：The structure of multifunctional snow removal vehicle with winter and summer function were instructed，the design method and mathematical model of each function were put forward in this paper.

Key words：multifunctional snow removal vehicle；mathematical model；design method