某型航空發(fā)動機燃油調(diào)節(jié)器調(diào)整實訓臺的研制

呂孟軍，陳 鵬，謝 平，赫志韋

（空軍工程大學航空機務士官學校航空機械工程系，河南 信陽 464000）

某型軍用航空發(fā)動機燃油調(diào)節(jié)器上設置有若干個性能調(diào)整螺釘和層板節(jié)流器，由于調(diào)整點眾多、調(diào)整點間的交聯(lián)關(guān)系復雜，存在維護人員對該型發(fā)動機燃油調(diào)節(jié)器的調(diào)整過程不熟悉、調(diào)整結(jié)果不清楚、調(diào)整風險不掌控等問題[1]。為有效強化對裝備的理解水平、提高裝備維護能力，研制了能夠進行燃油調(diào)節(jié)器模擬調(diào)整訓練的實訓臺用于培訓使用，為技術(shù)人員的理論學習、崗前操作和檢查調(diào)整提供訓練條件。

1 主要功能

1.1 理論學習

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)整點的調(diào)整原理：通過圖片、動畫對燃油調(diào)節(jié)器進行總體介紹與認知，通過動畫展現(xiàn)調(diào)節(jié)器的工作原理；通過動畫描述調(diào)整點的調(diào)整對發(fā)動機燃油系統(tǒng)工作的影響。

1.2 模擬調(diào)整

通過實訓臺上的仿真調(diào)整點進行模擬調(diào)整，模擬調(diào)整的方法、過程及表現(xiàn)；對每個調(diào)整點操作的同時，顯示器燃調(diào)上對應的調(diào)整點閃亮，同時軟件提供相關(guān)提示及指示，包括調(diào)整時機、調(diào)整目標、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：通過設置發(fā)動機不同的工作狀態(tài)，由學員分析制定調(diào)整方案并完成，教員完成對學員實際操作能力的判定；以題庫自動生成試題的形式，使學習者在線完成測試，給出考核成績。

2 戰(zhàn)技指標

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

校驗周期：12個月

MTBF：≥2000 h

3 硬件部分設計

3.1 平臺的搭建

燃油調(diào)節(jié)器調(diào)整實訓臺的設計突出理論教學和虛擬調(diào)整訓練功能的便捷性，操作直觀簡便，結(jié)果易于演示[2]，產(chǎn)品設計圖如圖1所示（為滿足保密要求，圖片已進行模糊化處理）。

實訓臺的上半部分左側(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；操作按鍵開關(guān)等位于主顯示器的下面，方便對系統(tǒng)進行控制。

實訓臺的上半部分右側(cè)為模擬調(diào)整區(qū)，調(diào)整螺釘位置和調(diào)整幅度范圍與實裝一致，每個調(diào)整螺釘?shù)奈恢脤谠韴D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。

實訓臺的下半部分中間為工控機部分，內(nèi)置工控機及功能板卡等，構(gòu)成數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)；之所以選用工控機系統(tǒng)，是由于臺體空間充裕不需要集成化，便于開發(fā)及后期的維護，工控機前面板位于表面方便操作。

實訓臺的下半部分左側(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)整點的加工

在操作平臺的原理圖部分，根據(jù)噴繪油路、氣路及電路等的走向和調(diào)整位置，嵌入若干個仿真調(diào)整點及節(jié)流器，這些調(diào)整點及節(jié)流器均根據(jù)部隊和工廠的實際調(diào)整需要而設置，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)與真實件完全一致。

調(diào)整點（位置）內(nèi)部加裝角位移傳感器，通過信號線連接于數(shù)據(jù)采集板卡，角位移傳感器根據(jù)實際要求設置旋轉(zhuǎn)圈數(shù)和每格對應角度，標示出調(diào)整范圍。由于原理圖部分的上下位置合理，因此所有調(diào)整點的位置均清晰可見且便于調(diào)整。

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

圖1 實訓臺裝配設計圖

3.3 工控機系統(tǒng)的選型

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

表1 工控機系統(tǒng)的主要配置

圖2 主程序流程圖

信號調(diào)理電路設計具有高可靠和良好的抗干擾性，使采集到的傳感器信號（主要是模擬量和開關(guān)量）進行精確調(diào)理轉(zhuǎn)換為可為計算機處理的數(shù)據(jù)，并采取電氣隔離等保護措施防止過載對儀器的損壞。供電部分位于工控機組件的下面，用來裝配開關(guān)電源，為傳感器、調(diào)理電路可靠供電。

4 軟件部分設計

4.1 控制程序

主控程序部分貫穿應用于實訓臺的各項功能，針對本實訓臺的功能，采用模塊化設計，可以實現(xiàn)各種參數(shù)的實時采集、顯示、存貯、分析及計算，可以通過友好的人機互動界面引導操作人員完成實訓臺各種學習、調(diào)整及考核任務。

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

理論學習部分的程序控制主要通過相應的按鈕或快捷鍵完成對相關(guān)Flash動畫文件播放的控制，包括播放、暫停、快進、后退、結(jié)束等。

模擬調(diào)整部分按照調(diào)整項目，分別針對相應調(diào)整點的參數(shù)調(diào)整進行實時監(jiān)控并按照調(diào)整步驟進行相應的操作提示，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置模塊和學員考試模塊?？碱}設置模塊可以根據(jù)考試要求增加相應的題庫，考試過程中，程序可以根據(jù)不同的設置調(diào)用相應的考試界面?？荚嚹K在學員考試時，首先通過該模塊程序進行隨機選題，選題結(jié)束后，程序自動進入相應的考試界面，該模塊不提供操作提示，所有的操作由考生獨立完成，考試過程中，程序自動記錄相應的調(diào)整程序、顯示調(diào)整結(jié)果，自動判定成績。

4.2 三維模型及二維動畫

三維模型：當進行模擬調(diào)整時，主顯示器顯示的模型對應點突出顯示，并跟隨動作做出響應，同時每個細節(jié)處均與真實燃調(diào)完全一致，確保訓練的真實性感受。具體是通過建立燃油調(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++語言為編程語言完成虛擬現(xiàn)實和交互，實現(xiàn)界面設計和系統(tǒng)各大功能集成，依據(jù)腳本進行講述部分模型縮放拆裝和調(diào)整部分三維動畫的編制、材質(zhì)調(diào)制、渲染、AVI文件的生成。

二維動畫：主要用于燃油系統(tǒng)的理論學習，由主控制程序根據(jù)工作需要實時調(diào)用，動畫內(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)、過渡態(tài)調(diào)節(jié)、輔助調(diào)節(jié)及手動應急系統(tǒng)幾個方面對發(fā)動機的各狀態(tài)下的工作原理進行講解、演示，操作人員可以通過對動畫播放的控制及縮放、移動等控制對畫面進行操作，保證學員能夠有效地利用相關(guān)資源取得良好的學習效果。

5 研制難點及解決途徑

5.1 仿真件調(diào)整點的精密加工

每個調(diào)整點的調(diào)整范圍和步進角度都有要求，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），要做到仿真件與時裝燃調(diào)完全一致的調(diào)整效果，調(diào)整點外形和內(nèi)部構(gòu)造機加工、角位移傳感器的選型等難度很大，是設備研制中的最主要難點。

為解決此技術(shù)難題，將實裝燃調(diào)的所有調(diào)整點均拆卸下來，利用精密數(shù)字加工技術(shù)，嚴格按照真實零件尺寸加工，確保內(nèi)部構(gòu)造完全一致，調(diào)整步進分毫不差；另外，為使調(diào)整結(jié)果正確反饋到計算機中進行處理和顯示，選用高精度的角位移傳感器等嵌于各調(diào)整點里面，外部完全看不出來。

5.2 模擬訓練流程和形式的確定

燃油調(diào)節(jié)器的虛擬調(diào)整訓練流程、科目的操作細節(jié)及功能實現(xiàn)的邏輯順序非常復雜，即使一個小環(huán)節(jié)的流程設計考慮不全面，也難以確保調(diào)整訓練內(nèi)容與實際操作完全一致、調(diào)整順序和效果與真實工作銜接緊密，可能影響實訓臺培訓效能的正常發(fā)揮，是設備研制的第二個技術(shù)難點。

針對燃油調(diào)節(jié)器調(diào)整實訓臺建設中的調(diào)整流程、科目的操作細節(jié)等確定，我們以裝備的實際維護需求和經(jīng)驗為依據(jù)，以技術(shù)資料的整理加工為補充，形成合理化方案，確保最終的成果與保障實際緊密結(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)動機燃油調(diào)節(jié)器調(diào)整實訓臺的研制成功，較好滿足了部隊和工廠技術(shù)人員對于貴重航空裝備的理論學習和實踐操作需求。由于系統(tǒng)功能的完備和操作的規(guī)范指導，在不對真實裝備產(chǎn)生培訓損耗的前提下，就能夠極大縮短培訓周期、提高培訓質(zhì)量。目前該設備已交付某軍工廠使用，產(chǎn)生了較明顯的軍事和經(jīng)濟效益，后期將在功能升級的基礎(chǔ)上推廣到各機型部隊使用。