呂孟軍，陳 鵬，謝 平，赫志韋

（空軍工程大學(xué)航空機(jī)務(wù)士官學(xué)校航空機(jī)械工程系，河南 信陽(yáng) 464000）

某型軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油調(diào)節(jié)器上設(shè)置有若干個(gè)性能調(diào)整螺釘和層板節(jié)流器，由于調(diào)整點(diǎn)眾多、調(diào)整點(diǎn)間的交聯(lián)關(guān)系復(fù)雜，存在維護(hù)人員對(duì)該型發(fā)動(dòng)機(jī)燃油調(diào)節(jié)器的調(diào)整過(guò)程不熟悉、調(diào)整結(jié)果不清楚、調(diào)整風(fēng)險(xiǎn)不掌控等問(wèn)題[1]。為有效強(qiáng)化對(duì)裝備的理解水平、提高裝備維護(hù)能力，研制了能夠進(jìn)行燃油調(diào)節(jié)器模擬調(diào)整訓(xùn)練的實(shí)訓(xùn)臺(tái)用于培訓(xùn)使用，為技術(shù)人員的理論學(xué)習(xí)、崗前操作和檢查調(diào)整提供訓(xùn)練條件。

1 主要功能

1.1 理論學(xué)習(xí)

理解和掌握燃油調(diào)節(jié)器的主要組成及外部構(gòu)造、調(diào)節(jié)器的工作原理、調(diào)整點(diǎn)的調(diào)整原理：通過(guò)圖片、動(dòng)畫對(duì)燃油調(diào)節(jié)器進(jìn)行總體介紹與認(rèn)知，通過(guò)動(dòng)畫展現(xiàn)調(diào)節(jié)器的工作原理；通過(guò)動(dòng)畫描述調(diào)整點(diǎn)的調(diào)整對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)工作的影響。

1.2 模擬調(diào)整

通過(guò)實(shí)訓(xùn)臺(tái)上的仿真調(diào)整點(diǎn)進(jìn)行模擬調(diào)整，模擬調(diào)整的方法、過(guò)程及表現(xiàn)；對(duì)每個(gè)調(diào)整點(diǎn)操作的同時(shí)，顯示器燃調(diào)上對(duì)應(yīng)的調(diào)整點(diǎn)閃亮，同時(shí)軟件提供相關(guān)提示及指示，包括調(diào)整時(shí)機(jī)、調(diào)整目標(biāo)、步驟提示、調(diào)整量及調(diào)整結(jié)果等。

1.3 技能考核

考核燃油調(diào)節(jié)器工作原理、調(diào)整方法的掌握情況：通過(guò)設(shè)置發(fā)動(dòng)機(jī)不同的工作狀態(tài)，由學(xué)員分析制定調(diào)整方案并完成，教員完成對(duì)學(xué)員實(shí)際操作能力的判定；以題庫(kù)自動(dòng)生成試題的形式，使學(xué)習(xí)者在線完成測(cè)試，給出考核成績(jī)。

2 戰(zhàn)技指標(biāo)

供電要求：電壓AC220V、電流≯4A

使用環(huán)境：溫度-10 ℃～+40 ℃、濕度≤95%

外形尺寸：（2000×1000×1500）mm

重量：≯150Kg

校驗(yàn)周期：12個(gè)月

MTBF：≥2000 h

3 硬件部分設(shè)計(jì)

3.1 平臺(tái)的搭建

燃油調(diào)節(jié)器調(diào)整實(shí)訓(xùn)臺(tái)的設(shè)計(jì)突出理論教學(xué)和虛擬調(diào)整訓(xùn)練功能的便捷性，操作直觀簡(jiǎn)便，結(jié)果易于演示[2]，產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖如圖1所示（為滿足保密要求，圖片已進(jìn)行模糊化處理）。

實(shí)訓(xùn)臺(tái)的上半部分左側(cè)為操作和主顯示區(qū)，50寸顯示器顯示三維模型、調(diào)整中的參數(shù)變化和結(jié)果及其他操作提示等內(nèi)容；操作按鍵開(kāi)關(guān)等位于主顯示器的下面，方便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。

實(shí)訓(xùn)臺(tái)的上半部分右側(cè)為模擬調(diào)整區(qū)，調(diào)整螺釘位置和調(diào)整幅度范圍與實(shí)裝一致，每個(gè)調(diào)整螺釘?shù)奈恢脤?duì)應(yīng)于原理圖中的位置，調(diào)整螺釘突出于工控柜前面板以便于操作；左下的小顯示器顯示內(nèi)容與主顯示器相同，便于操作者講解。

實(shí)訓(xùn)臺(tái)的下半部分中間為工控機(jī)部分，內(nèi)置工控機(jī)及功能板卡等，構(gòu)成數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)；之所以選用工控機(jī)系統(tǒng)，是由于臺(tái)體空間充裕不需要集成化，便于開(kāi)發(fā)及后期的維護(hù)，工控機(jī)前面板位于表面方便操作。

實(shí)訓(xùn)臺(tái)的下半部分左側(cè)為工具柜，放置必要的調(diào)整和檢修工具；右側(cè)內(nèi)置電源模塊、電路板等，為系統(tǒng)提供電氣聯(lián)系。

3.2 仿真調(diào)整點(diǎn)的加工

在操作平臺(tái)的原理圖部分，根據(jù)噴繪油路、氣路及電路等的走向和調(diào)整位置，嵌入若干個(gè)仿真調(diào)整點(diǎn)及節(jié)流器，這些調(diào)整點(diǎn)及節(jié)流器均根據(jù)部隊(duì)和工廠的實(shí)際調(diào)整需要而設(shè)置，各位置的名稱和調(diào)整方法不做具體介紹，仿真調(diào)整點(diǎn)均采用3D打印技術(shù)加工制作，所有零部件尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)與真實(shí)件完全一致。

調(diào)整點(diǎn)（位置）內(nèi)部加裝角位移傳感器，通過(guò)信號(hào)線連接于數(shù)據(jù)采集板卡，角位移傳感器根據(jù)實(shí)際要求設(shè)置旋轉(zhuǎn)圈數(shù)和每格對(duì)應(yīng)角度，標(biāo)示出調(diào)整范圍。由于原理圖部分的上下位置合理，因此所有調(diào)整點(diǎn)的位置均清晰可見(jiàn)且便于調(diào)整。

原理圖及位于其上的調(diào)整點(diǎn)位置如圖1右上部分所示，各調(diào)整點(diǎn)的設(shè)計(jì)加工、電氣連接和調(diào)整方法出于防失泄密考慮，在此不作具體說(shuō)明。

圖1 實(shí)訓(xùn)臺(tái)裝配設(shè)計(jì)圖

3.3 工控機(jī)系統(tǒng)的選型

工控機(jī)、數(shù)據(jù)采集板卡、信號(hào)調(diào)理電路和供電電源等部分全部裝配于實(shí)訓(xùn)臺(tái)的中下部，工控機(jī)及板卡為儀器的處理核心。由于大部分仿真調(diào)整點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)輸出的是電壓值、個(gè)別輸出的是開(kāi)關(guān)信號(hào)，一些指示燈和機(jī)械開(kāi)關(guān)等通過(guò)高低電平控制，部分邏輯需要判斷調(diào)整點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)速度，因此工控機(jī)系統(tǒng)的選配采用一般配置即可，有利于節(jié)約成本，AD板和計(jì)數(shù)器板上均自帶一定數(shù)量IO端口。工控機(jī)系統(tǒng)配置如表1所示。

表1 工控機(jī)系統(tǒng)的主要配置

圖2 主程序流程圖

信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)具有高可靠和良好的抗干擾性，使采集到的傳感器信號(hào)（主要是模擬量和開(kāi)關(guān)量）進(jìn)行精確調(diào)理轉(zhuǎn)換為可為計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)，并采取電氣隔離等保護(hù)措施防止過(guò)載對(duì)儀器的損壞。供電部分位于工控機(jī)組件的下面，用來(lái)裝配開(kāi)關(guān)電源，為傳感器、調(diào)理電路可靠供電。

4 軟件部分設(shè)計(jì)

4.1 控制程序

主控程序部分貫穿應(yīng)用于實(shí)訓(xùn)臺(tái)的各項(xiàng)功能，針對(duì)本實(shí)訓(xùn)臺(tái)的功能，采用模塊化設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)各種參數(shù)的實(shí)時(shí)采集、顯示、存貯、分析及計(jì)算，可以通過(guò)友好的人機(jī)互動(dòng)界面引導(dǎo)操作人員完成實(shí)訓(xùn)臺(tái)各種學(xué)習(xí)、調(diào)整及考核任務(wù)。

主控制程序的開(kāi)發(fā)選用Labwindows/CVI8.0軟件，利用其功能豐富的庫(kù)函數(shù)可極大縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間[3]?？刂瞥绦虻闹鞒绦蚧赪indows消息響應(yīng)，其程序流程如圖2所示。

理論學(xué)習(xí)部分的程序控制主要通過(guò)相應(yīng)的按鈕或快捷鍵完成對(duì)相關(guān)Flash動(dòng)畫文件播放的控制，包括播放、暫停、快進(jìn)、后退、結(jié)束等。

模擬調(diào)整部分按照調(diào)整項(xiàng)目，分別針對(duì)相應(yīng)調(diào)整點(diǎn)的參數(shù)調(diào)整進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并按照調(diào)整步驟進(jìn)行相應(yīng)的操作提示，其流程圖如圖3所示。

圖3 模擬調(diào)整流程圖

技能考核部分包括考題設(shè)置模塊和學(xué)員考試模塊?？碱}設(shè)置模塊可以根據(jù)考試要求增加相應(yīng)的題庫(kù)，考試過(guò)程中，程序可以根據(jù)不同的設(shè)置調(diào)用相應(yīng)的考試界面?？荚嚹K在學(xué)員考試時(shí)，首先通過(guò)該模塊程序進(jìn)行隨機(jī)選題，選題結(jié)束后，程序自動(dòng)進(jìn)入相應(yīng)的考試界面，該模塊不提供操作提示，所有的操作由考生獨(dú)立完成，考試過(guò)程中，程序自動(dòng)記錄相應(yīng)的調(diào)整程序、顯示調(diào)整結(jié)果，自動(dòng)判定成績(jī)。

4.2 三維模型及二維動(dòng)畫

三維模型：當(dāng)進(jìn)行模擬調(diào)整時(shí)，主顯示器顯示的模型對(duì)應(yīng)點(diǎn)突出顯示，并跟隨動(dòng)作做出響應(yīng)，同時(shí)每個(gè)細(xì)節(jié)處均與真實(shí)燃調(diào)完全一致，確保訓(xùn)練的真實(shí)性感受。具體是通過(guò)建立燃油調(diào)節(jié)器仿真CAx模型，在模型轉(zhuǎn)換軟件Okino PolyTrans或TransMagic中將建立的CAx模型轉(zhuǎn)換成模塊，以C++語(yǔ)言為編程語(yǔ)言完成虛擬現(xiàn)實(shí)和交互，實(shí)現(xiàn)界面設(shè)計(jì)和系統(tǒng)各大功能集成，依據(jù)腳本進(jìn)行講述部分模型縮放拆裝和調(diào)整部分三維動(dòng)畫的編制、材質(zhì)調(diào)制、渲染、AVI文件的生成。

二維動(dòng)畫：主要用于燃油系統(tǒng)的理論學(xué)習(xí)，由主控制程序根據(jù)工作需要實(shí)時(shí)調(diào)用，動(dòng)畫內(nèi)容根據(jù)燃油調(diào)節(jié)器的工作原理從燃油調(diào)節(jié)器的組成及外部構(gòu)造、穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)、過(guò)渡態(tài)調(diào)節(jié)、輔助調(diào)節(jié)及手動(dòng)應(yīng)急系統(tǒng)幾個(gè)方面對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的各狀態(tài)下的工作原理進(jìn)行講解、演示，操作人員可以通過(guò)對(duì)動(dòng)畫播放的控制及縮放、移動(dòng)等控制對(duì)畫面進(jìn)行操作，保證學(xué)員能夠有效地利用相關(guān)資源取得良好的學(xué)習(xí)效果。

5 研制難點(diǎn)及解決途徑

5.1 仿真件調(diào)整點(diǎn)的精密加工

每個(gè)調(diào)整點(diǎn)的調(diào)整范圍和步進(jìn)角度都有要求，允許正轉(zhuǎn)/翻轉(zhuǎn)多少圈，每圈多少響是不允許變更的，例如某號(hào)調(diào)整螺釘，允許順轉(zhuǎn)不多于1.5圈（33響）、反轉(zhuǎn)不多于0.5圈（11響），要做到仿真件與時(shí)裝燃調(diào)完全一致的調(diào)整效果，調(diào)整點(diǎn)外形和內(nèi)部構(gòu)造機(jī)加工、角位移傳感器的選型等難度很大，是設(shè)備研制中的最主要難點(diǎn)。

為解決此技術(shù)難題，將實(shí)裝燃調(diào)的所有調(diào)整點(diǎn)均拆卸下來(lái)，利用精密數(shù)字加工技術(shù)，嚴(yán)格按照真實(shí)零件尺寸加工，確保內(nèi)部構(gòu)造完全一致，調(diào)整步進(jìn)分毫不差；另外，為使調(diào)整結(jié)果正確反饋到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理和顯示，選用高精度的角位移傳感器等嵌于各調(diào)整點(diǎn)里面，外部完全看不出來(lái)。

5.2 模擬訓(xùn)練流程和形式的確定

燃油調(diào)節(jié)器的虛擬調(diào)整訓(xùn)練流程、科目的操作細(xì)節(jié)及功能實(shí)現(xiàn)的邏輯順序非常復(fù)雜，即使一個(gè)小環(huán)節(jié)的流程設(shè)計(jì)考慮不全面，也難以確保調(diào)整訓(xùn)練內(nèi)容與實(shí)際操作完全一致、調(diào)整順序和效果與真實(shí)工作銜接緊密，可能影響實(shí)訓(xùn)臺(tái)培訓(xùn)效能的正常發(fā)揮，是設(shè)備研制的第二個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。

針對(duì)燃油調(diào)節(jié)器調(diào)整實(shí)訓(xùn)臺(tái)建設(shè)中的調(diào)整流程、科目的操作細(xì)節(jié)等確定，我們以裝備的實(shí)際維護(hù)需求和經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)，以技術(shù)資料的整理加工為補(bǔ)充，形成合理化方案，確保最終的成果與保障實(shí)際緊密結(jié)合，真正起到培養(yǎng)技術(shù)人員操作能力的作用。

6 結(jié)論

某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油調(diào)節(jié)器調(diào)整實(shí)訓(xùn)臺(tái)的研制成功，較好滿足了部隊(duì)和工廠技術(shù)人員對(duì)于貴重航空裝備的理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作需求。由于系統(tǒng)功能的完備和操作的規(guī)范指導(dǎo)，在不對(duì)真實(shí)裝備產(chǎn)生培訓(xùn)損耗的前提下，就能夠極大縮短培訓(xùn)周期、提高培訓(xùn)質(zhì)量。目前該設(shè)備已交付某軍工廠使用，產(chǎn)生了較明顯的軍事和經(jīng)濟(jì)效益，后期將在功能升級(jí)的基礎(chǔ)上推廣到各機(jī)型部隊(duì)使用。