通用固定翼飛機(jī)飛行模擬器接口系統(tǒng)研究

白俊峰 馬靜坡 李建俠

[摘? ? 要 ]飛行模擬器接口系統(tǒng)是航空程序科學(xué)調(diào)節(jié)的主要形式。為此，本文結(jié)合飛行模擬器接口系統(tǒng)相關(guān)理論，著重從數(shù)據(jù)采集、PCI總線分布等方面，探究通用固定翼飛機(jī)飛行模擬器接口系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)，以達(dá)到明晰技術(shù)要點(diǎn)，促進(jìn)當(dāng)代飛機(jī)飛行模擬器結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化的目的。

[關(guān)鍵詞]固定翼飛機(jī);飛機(jī)飛行模擬器;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

[中圖分類號(hào)]V216.8[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）08–00–03

Research on Interface System of General Fixed-wing Aircraft Flight Simulator

Bai Jun-feng， Ma Jing-po， Li Jian-xia

[Abstract]Flight simulator interface system is the main form of scientific adjustment of aviation procedures. To this end， this article combines the relevant theories of the flight simulator interface system， focusing on data acquisition， PCI bus distribution， etc.， to explore the implementation points of the general fixed-wing aircraft flight simulator interface system in order to clarify the technical points and promote the structure of contemporary aircraft flight simulators. The purpose of continuous optimization.

[Keywords]fixed-wing aircraft;aircraft flight simulator;system design

飛機(jī)飛行模擬器是當(dāng)代飛行制造中最主要的性能測(cè)試探測(cè)手段，它具有多樣性、系統(tǒng)化、科學(xué)性等特征。為了適應(yīng)國(guó)內(nèi)飛行行業(yè)的發(fā)展需求，技術(shù)人員除了按照設(shè)計(jì)圖，做好飛機(jī)設(shè)計(jì)層面的規(guī)制與安排，還需要進(jìn)行程序開發(fā)層面的檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展基本情況，不斷進(jìn)行測(cè)驗(yàn)系統(tǒng)的持續(xù)性更新。

1 飛行模擬器接口系統(tǒng)概述

1.1 飛行模擬器接口系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)理

飛行模擬器接口系統(tǒng)是指從計(jì)算機(jī)與輸入輸出階段接通，與其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的傳輸渠道。這里所說的輸出輸入渠道，主要是指程序外部通道，它主要包含了模擬量和數(shù)字量轉(zhuǎn)換、數(shù)字量與模擬量轉(zhuǎn)換等部分[1]。

一般而言，飛行模擬器接口系統(tǒng)環(huán)節(jié)，主要包括硬件和軟件兩個(gè)方面。前者主要是由座艙設(shè)備、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、基礎(chǔ)連接線束、接口設(shè)備等硬件結(jié)構(gòu)[2]。后者中包含了數(shù)據(jù)采集模塊、配置管理模塊、網(wǎng)絡(luò)通信單元、圖形界面模塊等方面。

飛行模擬器接口系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要是借助多樣化實(shí)踐系統(tǒng)，將已經(jīng)組合構(gòu)成的飛行模擬器串聯(lián)起來，以達(dá)到多重管理和科學(xué)規(guī)制的成效，這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)飛行進(jìn)行檢測(cè)和最優(yōu)化測(cè)評(píng)的狀態(tài)。

1.2 通用固定翼飛機(jī)飛行模擬器接口系統(tǒng)研究?jī)r(jià)值

固定翼飛機(jī)飛行模擬器結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，是當(dāng)代飛機(jī)飛行體系中，最為主要的程序運(yùn)作和開發(fā)結(jié)構(gòu)，它是對(duì)飛機(jī)程序的基礎(chǔ)運(yùn)作狀態(tài)加以分析和解讀。從國(guó)內(nèi)航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本狀態(tài)而言，如果技術(shù)人員只是對(duì)飛機(jī)飛行程序進(jìn)行單純性元件勘察，則后續(xù)出現(xiàn)非穩(wěn)定狀態(tài)的可能性就會(huì)大大提高。而程序出現(xiàn)飛機(jī)飛行模擬程序操控不佳的情況，此時(shí)就需要借助飛行模擬器，對(duì)各項(xiàng)實(shí)踐系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)管和調(diào)節(jié)，這樣方可發(fā)揮仿真管理與科學(xué)定位模擬檢測(cè)作用。固定翼飛機(jī)模擬器結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)用，能夠在多樣化程序調(diào)節(jié)期間，不斷地實(shí)行集中化面板的對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)和自主運(yùn)行，從而達(dá)到飛機(jī)飛行因素合理調(diào)節(jié)的趨向，這是一種形態(tài)良好的程序檢測(cè)與評(píng)估手段，它為后續(xù)工作的妥善性安排與定位，提供了堅(jiān)實(shí)而可靠的依據(jù)。以上兩方面是關(guān)于通用固定翼飛機(jī)飛行模擬器接口系統(tǒng)設(shè)計(jì)探究?jī)r(jià)值歸納與定位。

2 通用固定翼飛機(jī)飛行模擬器接口系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

結(jié)合以上相關(guān)理論，現(xiàn)將通用固定翼飛機(jī)飛行模擬器接口系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下。

2.1 模擬系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集

通用固定翼飛機(jī)飛行模擬器接口系統(tǒng)，主要是通過多樣化程序操控結(jié)構(gòu)為主導(dǎo)，實(shí)行的數(shù)據(jù)系統(tǒng)的采集和轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)模擬信息的自主化檢測(cè)與最優(yōu)化測(cè)評(píng)。即模擬程序主要是通過模擬數(shù)據(jù)的改變而改變。簡(jiǎn)單來說，通用固定翼飛機(jī)飛行模擬器接口系統(tǒng)，主要是依靠AD模擬器的轉(zhuǎn)換，將以太網(wǎng)、CAN、RS-485、PCI的數(shù)據(jù)調(diào)控信息，完成模擬程序方面的對(duì)應(yīng)調(diào)整。此時(shí)，后續(xù)實(shí)行飛機(jī)飛行程序調(diào)節(jié)時(shí)，即使各類模擬程序的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)不同，后續(xù)測(cè)驗(yàn)得到的結(jié)果也能夠保持一致[3]。

以當(dāng)前常見的通用固定翼飛機(jī)飛行模擬器接口系統(tǒng)為例，可將模擬系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集部分的要點(diǎn)概括為：（1）AD主要負(fù)責(zé)飛機(jī)模擬檢測(cè)中的程序中數(shù)據(jù)長(zhǎng)距離傳輸、傳輸速率掌控等方面的資料收集。同時(shí)，無論是現(xiàn)場(chǎng)布線，還是設(shè)備成本層面的對(duì)應(yīng)探究，都需要采用數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性和可靠性分析法，對(duì)模擬飛行器中的現(xiàn)場(chǎng)反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)制。（2）RS-485總線簡(jiǎn)單布線，且采用多點(diǎn)模擬分析法，通過主機(jī)輪詢、下位機(jī)對(duì)應(yīng)回答等方式，分析如何在網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)區(qū)域范圍之內(nèi)，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)部分的信息傳輸情況進(jìn)行集中性反饋。（3）采用CAN接口總線布置法，創(chuàng)建上位機(jī)接口、下端局部總線規(guī)劃與對(duì)應(yīng)插入的方式，從而開拓一個(gè)采集性卡底層軟件開發(fā)結(jié)構(gòu)，以確保外部支撐電壓與輸出結(jié)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)對(duì)應(yīng)。（4）拓展性串行線，能夠始終保障AD部分線路合理關(guān)聯(lián)。

通用固定翼飛機(jī)飛行模擬器接口系統(tǒng)，主要是采用程序集中化管理法，實(shí)行多樣化程序操控體系的對(duì)應(yīng)化評(píng)估，這樣方可將不同層面的體系，在足夠協(xié)調(diào)的情況之下，將多樣化生產(chǎn)活動(dòng)串聯(lián)在一處，這樣方可保障模擬數(shù)據(jù)采集與程序的完美銜接。

2.2 PCI總線采集硬件實(shí)現(xiàn)

PCI總線采集環(huán)節(jié)，是通用固定翼飛機(jī)飛行模擬器接口系統(tǒng)中的主要構(gòu)成方面。一方面，PCI總線部分程序，主要是在線路整體建設(shè)的狀態(tài)之下，以相對(duì)可靠且整體檢測(cè)穩(wěn)定性較高的手段，完成模擬量單端信號(hào)的連接與輸入;另一方面，PCI總線是在數(shù)據(jù)對(duì)象實(shí)踐的基礎(chǔ)之上，按照初始設(shè)定流程，實(shí)行數(shù)據(jù)對(duì)象化讀取和操作。

以常見的通用固定翼飛機(jī)飛行模擬器接口系統(tǒng)為例，技術(shù)人員在這一部分的PCI總線采集部分設(shè)計(jì)點(diǎn)分析層面的要點(diǎn)可概括為：

（1）采用直插式結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)，在信號(hào)線兩端部分，增加通過加裝屏蔽環(huán)阻礙周圍噪聲傳播。（2）強(qiáng)電作為數(shù)據(jù)傳輸和互動(dòng)的主要?jiǎng)恿υ?。只要PCI線內(nèi)有穩(wěn)定的音頻信號(hào)，系統(tǒng)將主動(dòng)借助搜索“借用”，從而滿足飛機(jī)飛行系統(tǒng)的模擬信號(hào)接收需求，適當(dāng)?shù)貙?shí)行傳輸信號(hào)調(diào)整。（3）PCI插線部分進(jìn)行連接設(shè)備布局設(shè)定時(shí)期，先確定通航飛機(jī)飛行導(dǎo)向，再依據(jù)通航飛行座艙設(shè)備的信號(hào)探索需要，進(jìn)行模擬信號(hào)的輸出和輸入，以滿足接口系統(tǒng)的分段式線纜布局調(diào)整安排，達(dá)到信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)控與跟蹤調(diào)節(jié)的目的。（4）假定需測(cè)定信號(hào)按照最初設(shè)定的線路進(jìn)行傳輸，信號(hào)輸入輸出設(shè)備連接器部分，也完全可以依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)模擬反饋強(qiáng)度，不斷地變幻著信號(hào)溝通強(qiáng)弱性，從而在程序科學(xué)調(diào)整與確定的狀態(tài)之下，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)飛行平穩(wěn)化調(diào)節(jié)。

PCI飛機(jī)飛行模擬器接口系統(tǒng)布局與調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)主要起到飛行器中信號(hào)傳導(dǎo)與穩(wěn)定性調(diào)節(jié)的作用，各個(gè)方面的程序操控與運(yùn)作管理，均達(dá)到了程序自主化運(yùn)作和科學(xué)調(diào)整的狀態(tài)[4]。

2.3 數(shù)據(jù)共享程序運(yùn)作

數(shù)據(jù)共享程序運(yùn)作，主要是借助數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)接卡，將座艙設(shè)備部分的信號(hào)轉(zhuǎn)接后，完成PCI信號(hào)轉(zhuǎn)接板部分的信號(hào)傳輸與轉(zhuǎn)換，最終在程序連接的情況之下，開拓出一個(gè)結(jié)構(gòu)完整的信號(hào)回路體系，以達(dá)到各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息共享傳導(dǎo)的目的。

數(shù)據(jù)共享程序操控與綜合分析，主要是依據(jù)平臺(tái)中C語言的編程變化，實(shí)現(xiàn)信號(hào)程序管理的實(shí)時(shí)掌控。其一，數(shù)據(jù)共享程序運(yùn)作管理期間，操控程序部分，主要是通過觀察座艙部分的模擬信號(hào)反饋?zhàn)兓?，?duì)飛機(jī)飛行設(shè)備的接口數(shù)據(jù)接收的精準(zhǔn)性和全面性進(jìn)行檢查。另一方面，信號(hào)轉(zhuǎn)接卡部分的獨(dú)立連接，主要是通過縮短循環(huán)周期的方式，探索信號(hào)轉(zhuǎn)接和獨(dú)立運(yùn)作調(diào)節(jié)的狀態(tài)。

通用固定翼飛機(jī)飛行模擬器接口系統(tǒng)部分，一方面需要借助接口計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集程序、以及直流控制箱、線纜結(jié)構(gòu)等部分，將接口系統(tǒng)的核心控制環(huán)節(jié)，打造成為一個(gè)程序結(jié)構(gòu)，從而使操控設(shè)備輸出信號(hào)進(jìn)行主動(dòng)調(diào)節(jié)。另一部分，是通過駕駛艙部分的數(shù)據(jù)迅速反饋，對(duì)每一幀部分的數(shù)據(jù)都實(shí)行偏差檢測(cè)管控，以達(dá)到接口系統(tǒng)程序高度精準(zhǔn)式的運(yùn)行。

即數(shù)據(jù)共享是通用固定翼飛機(jī)飛行模擬器接口系統(tǒng)中內(nèi)部數(shù)據(jù)自主調(diào)節(jié)和靈活運(yùn)用的主要形態(tài)。技術(shù)人員著重針對(duì)這一部分進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，不僅創(chuàng)建了一個(gè)結(jié)構(gòu)完善的飛機(jī)飛行模擬信息溝通平臺(tái)，還為數(shù)據(jù)體系的操控掌握帶來了一個(gè)形態(tài)完善的實(shí)踐操控窗口。

2.4 分段式信號(hào)模式輸出

通用固定翼飛機(jī)飛行模擬器接口系統(tǒng)采用分段式信號(hào)模擬輸出法，完成每一個(gè)結(jié)構(gòu)部分的對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)，以確保在飛機(jī)飛行模擬器每一個(gè)環(huán)節(jié)中，均可實(shí)現(xiàn)各個(gè)信號(hào)區(qū)域科學(xué)化調(diào)整的狀態(tài)。（1）飛機(jī)飛行器模擬器接口系統(tǒng)部分操控時(shí)，分段式信號(hào)信號(hào)模擬環(huán)節(jié)，可按照具體的實(shí)踐要點(diǎn)，開創(chuàng)飛行信號(hào)操控與自主化管理，以滿足通用固定翼飛機(jī)飛行程序穩(wěn)定化運(yùn)作需求。（2）通用固定翼飛機(jī)飛行模擬器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，每間隔1～2min，系統(tǒng)將自主跟隨信號(hào)模擬信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行改變，最終兩者均以單區(qū)域信號(hào)整合法，得到一個(gè)結(jié)構(gòu)完整的數(shù)據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)傳輸模型。即分段信號(hào)模擬輸出環(huán)節(jié)，集中采用了程序操控手段，完成系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)層次明了的飛機(jī)模擬分析程序的信號(hào)傳輸，以實(shí)現(xiàn)飛行器接口系統(tǒng)科學(xué)對(duì)接。

2.5 模塊化信道情況反饋

飛機(jī)飛行模擬器接口系統(tǒng)設(shè)定時(shí)，與分段信號(hào)模擬器相互對(duì)應(yīng)的部分，是模模塊化信道。（1）飛機(jī)飛行模擬器部分，主要是采用接口系統(tǒng)硬件控制為主導(dǎo)，進(jìn)行的數(shù)據(jù)真實(shí)性模仿傳輸。即直接在信號(hào)盒、直流控制箱以及線纜的組裝下，創(chuàng)建飛機(jī)飛行模擬器的傳輸狀態(tài)。（2）飛機(jī)飛行模擬形態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)，采用接口系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)接卡和分段式線纜進(jìn)行布局，從而在飛機(jī)飛行傳導(dǎo)期間，可形成與實(shí)際模式相互對(duì)應(yīng)的飛機(jī)飛行操控結(jié)構(gòu)。即飛機(jī)飛行模擬器系統(tǒng)的操控與調(diào)節(jié)，完全可以依據(jù)信號(hào)端口的操控需求，科學(xué)地進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)接卡前端、后端部分的信號(hào)對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)。同時(shí)，模塊化信道信號(hào)反饋速率的判斷，也可以為下一個(gè)階段的信號(hào)傳輸速率控制與調(diào)節(jié)帶來積極影響。

3 仿真通用固定翼飛機(jī)飛行模擬器接口系統(tǒng)分析

假定仿真通用固定翼飛機(jī)飛行模擬器接口系統(tǒng)是按照普通飛機(jī)的機(jī)艙結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)定的。模擬程序要設(shè)定好各個(gè)掌控開關(guān)，并做好模擬器距離部分的總線裝置設(shè)定，主體部分采用PCI總線進(jìn)行位置定位，本次模擬主要采用RS485和RS232進(jìn)行串口信息采集。同時(shí)，模擬部分要采用統(tǒng)一的電源供應(yīng)渠道進(jìn)行裝配，這樣可避免模擬器信號(hào)傳導(dǎo)和動(dòng)力供應(yīng)產(chǎn)生偏差的問題。

仿真通用固定翼飛機(jī)飛行模擬器接口系統(tǒng)的程序設(shè)定安排環(huán)節(jié)上，首先是借助模擬器的接口操控系統(tǒng)，完成外部硬件控制中心部分的模擬檢測(cè)。其次是對(duì)各個(gè)駕駛室中的信號(hào)強(qiáng)度、主仿真駕駛艙、機(jī)艙設(shè)備等部分，進(jìn)行每一幀數(shù)據(jù)層面的調(diào)整。最后是在信號(hào)盒與集成轉(zhuǎn)接板部分，進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)接穩(wěn)定性、強(qiáng)度方面的對(duì)應(yīng)判斷。仿真模擬研究結(jié)果表明，硬件控制中心的模擬測(cè)評(píng)合格率為90%，各個(gè)部分的信號(hào)強(qiáng)度均處于達(dá)標(biāo)狀態(tài)，而信號(hào)傳輸穩(wěn)定性偏差也均小于1。

4 結(jié)束語

綜上所述，通用固定翼飛機(jī)飛行模擬器接口系統(tǒng)研究是我國(guó)航空技術(shù)手段實(shí)踐中不斷優(yōu)化的理論歸納。在此基礎(chǔ)上，本文通過模擬系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、PCI總線采集硬件實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)共享程序運(yùn)作、分段式信號(hào)模式輸出、模塊化信道情況反饋等方面，分析通用固定翼飛機(jī)飛行模擬器接口系統(tǒng)分析要點(diǎn)。因此，文章研究結(jié)果，為國(guó)內(nèi)航空產(chǎn)業(yè)的合理化調(diào)節(jié)提供了新視角。

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