直升機交互式虛擬維修方法

張棟 張亞凱 馮瑞學(xué)

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬維修這種新型的維修模式逐漸出現(xiàn)在大眾的視線之中。本文將簡要介紹這一科學(xué)技術(shù)和圖像處理等技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)。并系統(tǒng)性提出直升機交互式虛擬維修的方法以及維修人員的訓(xùn)練模式，把現(xiàn)實的直升機維修工作作為目標和中心，操作流程作為基礎(chǔ)，讓受訓(xùn)的員工在虛擬的情景下對虛擬擬樣機進行交互式的操作。切實有效的促進我國對直升機維修工作能力的提升。

關(guān)鍵詞：直升機 虛擬維修 交互 故障診斷

目前我國航空行業(yè)的飛速發(fā)展，對現(xiàn)代直升機裝備的需求日益增多。直升機的配件和裝備內(nèi)容復(fù)雜性也在不斷的提高，而維修與護理產(chǎn)生的相應(yīng)費用也在逐年不斷的增加，而在航空行業(yè)內(nèi)部也存在巨大的競爭力。目前傳統(tǒng)的機務(wù)維修培訓(xùn)存在著一些問題，例如培訓(xùn)模式枯燥、在學(xué)習過程中沒有足夠的資源、傳統(tǒng)維修方式易受傷等問題。而且由于實物樣機資源有限，同時培訓(xùn)方式較為落后，已經(jīng)與目前飛速發(fā)展的航空行業(yè)產(chǎn)生了不匹配的現(xiàn)象。所以新型的虛擬維修技術(shù)可以很好的改善這種不平衡的局面，能切實有效的增加航空企業(yè)的經(jīng)濟效益。

1虛擬維修簡介與直升機基本結(jié)構(gòu)

1.1虛擬維修簡介

虛擬維修是一種虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展延伸出來的一類應(yīng)用，這是一種虛擬現(xiàn)實技術(shù)與相應(yīng)維修工程相互結(jié)合的產(chǎn)物。虛擬維修指的是將虛擬現(xiàn)實技術(shù)和計算機信息技術(shù)作為依托，由計算機產(chǎn)生的一種虛擬場景，這種場景包括了產(chǎn)品相應(yīng)數(shù)字樣機以及維修人員的三維模型，通過操作維修人員的模型進行仿真維修的多方面型的綜合性應(yīng)用技術(shù)。“虛擬”并不是對虛擬情景下進行隨意的設(shè)置，而是通過將實際世界的準確數(shù)據(jù)進行采集后的虛擬化呈現(xiàn)，維修的不是實際存在的設(shè)備，但是滿足了真實的維修過程，可以輕松解決維修員工過分依賴傳統(tǒng)維修經(jīng)驗的問題。與傳統(tǒng)的維修方法相比具有以下的特點，首先是可以更早的去檢驗維修設(shè)計方案，及時反應(yīng)虛擬環(huán)境下的具體情況并反饋到真實樣機上。其次虛擬維修不需要提供真實樣機、場地、維修裝備等，提高了維修的速度降低了維修成本。最后可以更容易讓受訓(xùn)人員通過多種方式參與交流，生動形象具體的讓維修人員進行維修。

1.2直升機基本結(jié)構(gòu)

拿單旋翼帶尾獎直升機來說，一般分為，機身、動力裝置、旋翼和尾槳、傳動系統(tǒng)、起落裝置、操作系統(tǒng)六個方面。機身部分包含了駕駛艙、客貨艙以及設(shè)備艙三個部位，動力裝置通常指的是直升飛機提供動力的引擎裝置，而旋翼影響直升機的飛行能力、震動的特性、乘坐舒適感等因素，傳動系統(tǒng)是將引擎扭矩傳遞給尾槳，起落裝置可以緩沖掉起落帶來的沖擊力，操作系統(tǒng)則是控制飛機的升降、轉(zhuǎn)彎、周期變據(jù)等操作。可以通過利用CAD模型系統(tǒng)建立等價的三維虛擬樣機模型進行后期的虛擬維修。

2交互式虛擬維修方法的探究

2.1維修相應(yīng)技術(shù)的研究

對維修相應(yīng)技術(shù)的研究主要分為以下三個方面，首先是了解模型優(yōu)化的概念，其次是模型網(wǎng)格的簡化算法，最后是對直升機的模型進行優(yōu)化。模型優(yōu)化一般來說是使用計算機軟件繪制出多邊形結(jié)構(gòu)去模擬立方體的結(jié)構(gòu)外形，旨在去達到與真實物體在外觀上的相似。一般用點、直線、多變圖形、復(fù)雜曲線曲面等方程來表示。針對目前情況來說模型優(yōu)化主要有兩個方面，首先是對復(fù)雜模型進行簡化，通過一些簡易的方法將面和點進行合并。或者采用通過軟件進行編輯對CAD系統(tǒng)轉(zhuǎn)化來的模型進行相應(yīng)的編輯與優(yōu)化。

2.2交互式槳葉震動調(diào)整防止

直升機的優(yōu)勢在于其具有良好的機動性，非常適合進行軍事任務(wù)以及社會相應(yīng)領(lǐng)域的工作需求，作為直升機核心部件，“旋翼”的重要性不言而喻。一般來說對旋翼槳葉的振動進行檢測是利用一些頻閃儀、加速器、光學(xué)探頭、測量主機等專業(yè)的設(shè)備安裝在直升機的相關(guān)位置，通過一定的數(shù)據(jù)處理與分析得到旋翼的工作數(shù)據(jù)信息，進行配重調(diào)整、槳距調(diào)整以及后緣片調(diào)整。構(gòu)建虛擬的樣機同時設(shè)計虛擬儀器，將交互式槳葉震動調(diào)整成仿真應(yīng)用。

2.3故障判斷與維修

設(shè)計交互式的故障診斷與排除故障的仿真研究可以幫助維修人員和用戶進行相關(guān)訓(xùn)練。一般情況之下需要設(shè)計，尋找樣機故障、判斷故障、解決故障三個流程。維修人員通過故障的維修模塊中找尋可視化駕駛室的窗口觀察直升機的情況。也可以由相關(guān)的指導(dǎo)老師利用管理員的身份去人為的設(shè)置和添加相應(yīng)的故障，將相應(yīng)的故障添加到虛擬系統(tǒng)之中。通過系統(tǒng)界面的現(xiàn)實分析判斷出故障，給出診斷和推理。然后通過進入檢測排除故障的界面進行相應(yīng)零件的檢測操作，并進行相應(yīng)的排除故障處理。一般包含了對零件的清潔、更換新舊，射線探傷幾種應(yīng)用較廣的維修手段。最后制定故障設(shè)定數(shù)據(jù)的表格以及維修排除故障的操作數(shù)據(jù)表格。通過虛擬維修故障與排除故障仿真的交互方式，幫助維修人員更為真實的去進行虛擬數(shù)據(jù)的對樣機進行維修與護理。

2.4在虛擬情境下的直升機維護

分析出直升飛機的航線維護與定檢維護的特點，根據(jù)情景設(shè)計出相對應(yīng)的在虛擬仿真之中的流程，維護飛行航線的三個方面，航前、航中、航后。首次航班出發(fā)前的檢查工作是航前維護。航中維護是在飛機經(jīng)過站檢查時進行的維護，航后維護是指完成所有的飛行任務(wù)進行的檢查與維護。而定檢維護更為特殊和繁雜。所以將定檢維修任務(wù)的仿真作為直升機交互式虛擬維修的主要探討對象之一，維修人員對直升機每個地方仔細進行檢查與維修。通過使用逼真的定檢維護提高和訓(xùn)練機務(wù)人員的能力，使機物人員可以及時的掌握相應(yīng)的原理并展開有關(guān)的實際維修工作，提高了工作效率。對直升飛機的維護使是一項非常繁雜而精細的任務(wù)，需要工作的員工非常有耐心、經(jīng)驗以及細致熟練的操作。所以應(yīng)該設(shè)置直升機的維護工作的評估表，客觀全面的評價維修人員，并同時提出較為標準的流程評價方法。

總 結(jié)

社會對直升機的日益需求增多，再加上現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的廣泛應(yīng)用，二者相結(jié)合的情況越來越受到社會的關(guān)注。根據(jù)航空行業(yè)的需求與現(xiàn)代空中領(lǐng)域?qū)S修的相關(guān)要求，制定出合理規(guī)范的維修模式與方法。由于與國外相比虛擬維修方法和手段較為落后。本文旨在提高目前直升機交互式虛擬維修方法在實際中的應(yīng)用。

參考文獻

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