袁書生

（廣州民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州510403）

微軟模擬飛行在發(fā)動機(jī)試車實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用

袁書生

（廣州民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州510403）

針對航空機(jī)務(wù)維修專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的需要，探討了使用微軟模擬飛行10作為發(fā)動機(jī)模擬試車平臺，開展航空發(fā)動機(jī)模擬試車教學(xué)的基本方法和可行性。測試結(jié)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(jī)基本試車程序的要求。

航空發(fā)動機(jī)；試車；飛行模擬器；實(shí)訓(xùn)教學(xué)

0 引言

航空發(fā)動機(jī)試車是發(fā)動機(jī)制造、大修和檢修工作一個(gè)重要而不可缺少的工序。在發(fā)動機(jī)制造、大修或排除性能故障后，都必須進(jìn)行試車，通過各種試車方法來磨合部件、調(diào)整性能、檢驗(yàn)質(zhì)量，最終得到發(fā)動機(jī)性能報(bào)告[1]。根據(jù)專業(yè)對應(yīng)工作崗位群對職業(yè)能力的要求，高職院校航空機(jī)務(wù)維修類專業(yè)需要開設(shè)航空發(fā)動機(jī)試車實(shí)訓(xùn)課程。

航空發(fā)動機(jī)試車實(shí)訓(xùn)教學(xué)的目的是讓學(xué)生了解和熟悉航空發(fā)動機(jī)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(jī)試車實(shí)操教學(xué)，可以在真實(shí)的發(fā)動機(jī)和試車臺上進(jìn)行，也可以在模擬試車設(shè)備上進(jìn)行。航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)試車風(fēng)險(xiǎn)性大，操作不當(dāng)可能損壞價(jià)格昂貴的發(fā)動機(jī)或試車設(shè)備，同時(shí)運(yùn)行成本高、噪音大、耗能大，目前在民航業(yè)內(nèi)一般使用模擬試車設(shè)備進(jìn)行實(shí)操培訓(xùn)[2-4]。高職院校學(xué)生與企業(yè)員工相比，在專業(yè)知識和實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)上有一定差距，單純使用模擬設(shè)備進(jìn)行發(fā)動機(jī)試車教學(xué)會存在一定的弊端。作為入門培訓(xùn)，在沒有發(fā)動機(jī)實(shí)物的情況下學(xué)習(xí)會使學(xué)生理解起來很困難甚至無法理解。對于復(fù)雜事物的學(xué)習(xí)，按照“由淺入深，由具體到抽象”的方式會取得好的學(xué)習(xí)效果，反之則容易造成學(xué)習(xí)困難和效率低下[5，6]。因此，高職院校的航空發(fā)動機(jī)試車實(shí)訓(xùn)課程可以采用真實(shí)的發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)與模擬設(shè)備試車兩部分相結(jié)合的方式來進(jìn)行。真實(shí)發(fā)動機(jī)只進(jìn)行冷態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，以滿足在校園環(huán)境下的使用要求，冷運(yùn)轉(zhuǎn)所帶來的局限性則用模擬試車來進(jìn)行彌補(bǔ)。在本文中只探討發(fā)動機(jī)模擬試車的實(shí)現(xiàn)方式。

目前具備發(fā)動機(jī)模擬試車功能的設(shè)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(jī)）機(jī)艙完全按照真實(shí)飛機(jī)制作，所有的儀表與開關(guān)都使用真機(jī)原件，擬真程度非常高，價(jià)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(guān)替代真實(shí)元件，價(jià)格相對低廉[7，8]。在真實(shí)發(fā)動機(jī)試車與模擬設(shè)備試車相結(jié)合進(jìn)行實(shí)訓(xùn)教學(xué)的模式下，發(fā)動機(jī)模擬試車設(shè)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(xué)設(shè)備的經(jīng)費(fèi)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(jīng)濟(jì)的解決方案。

隨著科技不斷進(jìn)步，家用計(jì)算機(jī)的功能越來越強(qiáng)大，基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的飛行模擬平臺也開始出現(xiàn)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(shè)備僅僅是普通的家用計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的游戲手柄[9]，但其仿真程度卻達(dá)到了非常高的水準(zhǔn)。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(chǎn)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(shè)計(jì)較為完美，被譽(yù)為家用計(jì)算機(jī)平臺上發(fā)布的最真實(shí)最復(fù)雜的飛行模擬軟件。微軟模擬飛行軟件主要用于飛機(jī)飛行的模擬操作，但也具有發(fā)動機(jī)模擬試車功能。本文對使用微軟模擬飛行10作為發(fā)動機(jī)模擬試車平臺，開展航空發(fā)動機(jī)模擬試車教學(xué)的方法和可行性進(jìn)行探討。

1 發(fā)動機(jī)模擬試車平臺的搭建

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

1.1 模擬飛行軟件和機(jī)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(jī)模擬試車的要求，必須同時(shí)安裝特定的機(jī)型插件（輔助軟件）。因?yàn)槲④浤M飛行并非為模擬發(fā)動機(jī)試車而設(shè)計(jì)，軟件在編程時(shí)對駕駛艙內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行了簡化處理，駕駛艙內(nèi)的儀表板與真實(shí)的飛機(jī)有差異，并且個(gè)別開關(guān)、按鈕只能顯示不能進(jìn)行虛擬操作。為了達(dá)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(jī)場、飛機(jī)、地形、地景進(jìn)行針對性更強(qiáng)的專項(xiàng)開發(fā)，功能更強(qiáng)大，仿真度更高。）對于發(fā)動機(jī)試車來說，只需要安裝特定的機(jī)型插件，其他插件是不需要的。文中以波音飛機(jī)作為應(yīng)用實(shí)例，因此選擇受到世界飛行愛好者廣泛認(rèn)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(jì)算機(jī)上運(yùn)行，軟件對計(jì)算機(jī)的硬件有一個(gè)最低的配置要求，在最低配置要求的基礎(chǔ)上，硬件配置越高軟件運(yùn)行越流暢，但成本也會越高。軟件的運(yùn)行速度還與軟件的設(shè)置和使用方式有密切關(guān)系。微軟模擬飛行軟件有很多的插件，如果在使用時(shí)加載了大量的插件，對電腦的配置要求就會相應(yīng)提高。當(dāng)把微軟模擬飛行軟件當(dāng)做發(fā)動機(jī)模擬試車平臺使用時(shí)，飛機(jī)停在機(jī)坪上不動，只需要加載機(jī)型插件，對硬件配置的要求與模擬飛機(jī)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(zhì)量設(shè)置的情況下流暢運(yùn)行微軟Flight Simulator X軟件[11]。

1.3 軟件的設(shè)置

軟件使用時(shí)必須進(jìn)行正確的設(shè)置，才能運(yùn)行微軟Flight Simulator X軟件進(jìn)行發(fā)動機(jī)模擬試車。

Flight Simulator X軟件有三種模式：自由模式、任務(wù)模式、聯(lián)飛模式，必須選擇自由模式，才能選擇需要的機(jī)型。在自由模式的界面內(nèi)點(diǎn)擊改變“當(dāng)前機(jī)型”，軟件會出現(xiàn)一個(gè)機(jī)型列表，如果成功安裝了機(jī)型插件，插件飛機(jī)會顯示在飛機(jī)列表里，選擇機(jī)型（如波音737NG飛機(jī)）后點(diǎn)擊確定。軟件選擇飛機(jī)機(jī)型的界面如圖1所示。

如果使用默認(rèn)機(jī)場，進(jìn)入游戲后，飛機(jī)是在空中飛行的狀態(tài)，就無法進(jìn)行發(fā)動機(jī)試車。為此，需要設(shè)置機(jī)場。在軟件中選擇改變“當(dāng)前位置”，通過直接輸入四位機(jī)場代碼（如廣州新白云國際機(jī)場是ZGGG）快速檢索目標(biāo)機(jī)場，在搜索結(jié)果中選擇想要的機(jī)場，確定可設(shè)置為對應(yīng)機(jī)場，如圖2所示。

圖2 選擇機(jī)場

“當(dāng)前氣象”和“當(dāng)前時(shí)間”也需要進(jìn)行設(shè)置?！皻庀笾黝}”選Fair Weather，“當(dāng)前時(shí)間”設(shè)置為白天的任意時(shí)間，選擇當(dāng)前氣象和當(dāng)?shù)貢r(shí)間的界面如圖3所示。上述設(shè)置完成后，點(diǎn)擊起飛，運(yùn)行軟件，圖4為軟件運(yùn)行時(shí)的飛機(jī)駕駛艙。在自由飛行模式下，系統(tǒng)默認(rèn)游戲開始時(shí)發(fā)動機(jī)處于正常運(yùn)行狀態(tài)，需要先把發(fā)動機(jī)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(jī)自動停車。發(fā)動機(jī)停車后，就可以進(jìn)行發(fā)動機(jī)模擬試車練習(xí)。

圖3 選擇當(dāng)前氣象和當(dāng)前時(shí)間

圖4 軟件中的飛機(jī)駕駛艙

2 發(fā)動機(jī)模擬試車平臺應(yīng)用實(shí)例

發(fā)動機(jī)試車程序演示和飛機(jī)系統(tǒng)模擬測試是發(fā)動機(jī)模擬試車平臺的兩個(gè)主要教學(xué)功用，下面各舉一個(gè)實(shí)例進(jìn)行說明。

2.1 飛機(jī)系統(tǒng)虛擬測試實(shí)例

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

飛機(jī)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(jī)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(shí)，指示燈亮表明相應(yīng)的發(fā)動機(jī)爆炸帽控制電路正常。使用模擬飛行軟件進(jìn)行模擬測試時(shí)，用鼠標(biāo)操作軟件中的測試電門，向左（或右）拖動鼠標(biāo)，對應(yīng)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(jī)試車程序演示

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

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

（1）完成發(fā)動機(jī)起動前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。

（2）接通氣源并檢查氣源壓力不小于30PSI.

（3）將點(diǎn)火電門放置到“L”或“R”位。

（4）將“發(fā)動機(jī)起動”電門放置到“地面”位后，檢查證實(shí)相關(guān)指示燈和發(fā)動機(jī)參數(shù)符合手冊要求。

（5）當(dāng)N2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到25%時(shí)，將起動手柄放置到“慢車”位，監(jiān)視發(fā)動機(jī)點(diǎn)火前、后的參數(shù)變化，應(yīng)符合手冊要求。

（6）當(dāng)N2達(dá)47%時(shí)，起動機(jī)與附件齒輪箱的傳動應(yīng)脫開，“起動活門打開”燈熄滅，氣源系統(tǒng)供氣管壓力回升；“發(fā)動機(jī)起動”電門從“地面”位跳回“關(guān)斷”位。

（7）繼續(xù)監(jiān)測發(fā)動機(jī)起動加速過程中發(fā)動機(jī)參數(shù)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(shí)間。

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

3 實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果評價(jià)

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(jī)。這兩款插件飛機(jī)的駕駛艙仿真程度達(dá)到了極高的水平，應(yīng)用到教學(xué)當(dāng)中，能夠讓學(xué)生體驗(yàn)到十分真實(shí)的發(fā)動機(jī)試車操作環(huán)境。

3.2 教學(xué)功能測試

微軟Flight Simulator X軟件是飛機(jī)飛行的模擬平臺，并非專門為發(fā)動機(jī)試車而設(shè)計(jì)，因此并不能模擬發(fā)動機(jī)的所有試車程序，這也是低成本的模擬機(jī)平臺的共同特點(diǎn)。波音737-300飛機(jī)是波音737飛機(jī)的經(jīng)典型號，也是國內(nèi)高職院校在教學(xué)中采用較多的民航客機(jī)機(jī)型，下面以此型飛機(jī)作為實(shí)例，來評估模擬飛行10軟件能夠模擬的發(fā)動機(jī)試車程序占發(fā)動機(jī)基本試車程序的比率。

波音737-300飛機(jī)發(fā)動機(jī)地面試車程序包含的內(nèi)容如下：（1）試車前的檢查工作；（2）發(fā)動機(jī)冷轉(zhuǎn)程序，共5個(gè)項(xiàng)目；（3）發(fā)動機(jī)試車緊急情況處置程序，共 3個(gè)項(xiàng)目；（4）發(fā)動機(jī)起動程序，共 6個(gè)項(xiàng)目；（5）發(fā)動機(jī)關(guān)車程序，共3個(gè)項(xiàng)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(jī)”程序必須在真實(shí)發(fā)動機(jī)上進(jìn)行，所有的發(fā)動機(jī)模擬試車設(shè)備都無法模擬，因此不作為評價(jià)指標(biāo)。試車程序（1）～（5）部分內(nèi)容（“人工超控起動發(fā)動機(jī)”程序除外）為發(fā)動機(jī)試車的基本程序，共17個(gè)小項(xiàng)目。經(jīng)過逐項(xiàng)程序測試，模擬飛行10軟件能夠完全模擬的試車程序?yàn)?項(xiàng)，能夠基本完成（完成全部內(nèi)容的80%）的試車程序?yàn)?項(xiàng)，不能完成（完成內(nèi)容低于80%）的試車程序?yàn)?項(xiàng)。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(jī)試車程序的不足之處：（1）發(fā)動機(jī)試車過程中需要操作發(fā)動機(jī)和飛機(jī)多個(gè)系統(tǒng)的各種手柄和開關(guān)，而這些手柄和開關(guān)分布在駕駛艙內(nèi)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(shè)備。這會帶來兩個(gè)問題，一是操作人員的視野變小，方位感變差；另一方面會導(dǎo)致動作不連貫。（2）飛機(jī)駕駛艙中的負(fù)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(jìn)行操作，使一部分試車程序不能夠進(jìn)行模擬。

完善的建議：把模擬飛行軟件與安裝有真實(shí)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(bǔ)它的不足之處。例如當(dāng)基于微軟Flight Simulator X軟件構(gòu)建的發(fā)動機(jī)模擬試車平臺與一個(gè)安裝有真實(shí)元件的負(fù)載控制中心面板一起使用，來演示波音737-300飛機(jī)基本試車程序，不能完成的試車程序?yàn)?項(xiàng)，能夠完全模擬的試車程序增加至13項(xiàng)，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(xué)功能方面達(dá)到較好的效果。

4 結(jié)語

使用微軟Flight Simulator X軟件、飛機(jī)機(jī)型插件和家用計(jì)算機(jī)組成的發(fā)動機(jī)模擬試車平臺，能夠進(jìn)行對應(yīng)機(jī)型飛機(jī)發(fā)動機(jī)的模擬試車，具有成本低、仿真效果好的優(yōu)點(diǎn)，適合作為高職院校的發(fā)動機(jī)模擬試車教學(xué)設(shè)備。發(fā)動機(jī)模擬試車平臺單獨(dú)使用時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)大部分基本試車程序的演示，當(dāng)與安裝有必備的真實(shí)硬件的駕駛艙模型一起使用，能夠模擬發(fā)動機(jī)地面試車手冊中除性能測試之外的所有試車程序，達(dá)到較好的教學(xué)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(jī)機(jī)電設(shè)備維修專業(yè)實(shí)訓(xùn)課程開發(fā)及教學(xué)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