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        基于GL?Studio的飛機(jī)儀表仿真的研究

        2020-10-21 12:16:24于麗娜崔佳璐王欣怡王佳逸傅懿婕
        青年生活 2020年17期
        關(guān)鍵詞:儀表盤座艙指針

        于麗娜 崔佳璐 王欣怡 王佳逸 傅懿婕

        摘要:為了更好的實(shí)現(xiàn)飛機(jī)模擬儀表盤的仿真,基于GL Studio軟件和VC++6.0進(jìn)行制作,來進(jìn)一步學(xué)習(xí)研究飛機(jī)儀表盤的。虛擬儀表通過應(yīng)用程序?qū)⒂?jì)算機(jī)與設(shè)備結(jié)合起來,用戶可以利用計(jì)算機(jī)軟件自主設(shè)計(jì)儀表的界面和指針來模擬飛機(jī)儀表,用程序可以實(shí)現(xiàn)指針轉(zhuǎn)動,數(shù)字實(shí)時顯示,圖形閃爍,數(shù)據(jù)傳遞等,更便捷的實(shí)現(xiàn)飛機(jī)模擬儀表的仿真。

        隨著我國通用航空產(chǎn)業(yè)的迅速增長,市場對通航模擬訓(xùn)練器材的需求巨大。目前,國內(nèi)在民用航空和通用航空領(lǐng)域逐漸開始重視飛行仿真技術(shù)的研究和仿真產(chǎn)品的研制。飛行模擬器儀表仿真系統(tǒng)作為與飛行員主要的交互窗口,它顯示了各種重要的飛行參數(shù)和重要的導(dǎo)航參數(shù)顯示的窗口。GL Studio有內(nèi)建代碼生成器把圖形設(shè)計(jì)創(chuàng)建的文件生成可移植的VC代碼??蛇M(jìn)行人機(jī)互動,實(shí)時顯示儀表之間的動態(tài)關(guān)聯(lián),效果直觀逼真。GL Studio開發(fā)流程主要包括創(chuàng)建紋理、圖形界面設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)四大方面。

        一.任務(wù)

        依照某直升機(jī)座艙主儀表板,制作仿真儀表。虛擬儀表主要應(yīng)用GL Studio和VC++ 6.0軟件進(jìn)行制作。通過UDP通訊協(xié)議通訊,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

        二.技術(shù)指標(biāo)

        2.1統(tǒng)功能

        模擬飛機(jī)的真實(shí)座艙儀表環(huán)境,以滿足與飛行有關(guān)數(shù)據(jù)的指示。

        2.2仿真系統(tǒng)總體要求

        駕駛艙儀表的相對響應(yīng)密切耦合,可以提供綜合的感覺提示。這些儀表應(yīng)當(dāng)在規(guī)定時間內(nèi)對駕駛員位置上快速有力的輸入做出響應(yīng),但不能短于相應(yīng)飛機(jī)在同樣條件下做出響應(yīng)的時間。

        實(shí)時性:整體系統(tǒng)響應(yīng)延遲時間:≯120毫秒。

        電源:供電電壓:380/220V

        電源頻率:50Hz

        電壓波動:±10%

        三.總體設(shè)計(jì)

        仿真結(jié)構(gòu)如圖一所示。

        該項(xiàng)目制作的虛擬儀表均顯示在LCD上,程序運(yùn)行于航電/接口控制計(jì)算機(jī)上。如圖二所示。

        所有仿真的組件,均采用虛擬仿真的形式,其中包含儀表板、儀表、告警燈,按鈕、旋鈕不仿真。

        四.開發(fā)流程

        本次項(xiàng)目的開發(fā)流程如下圖三所示:

        4.1 圖形設(shè)計(jì)

        圖形設(shè)計(jì)是在儀表開發(fā)的第一步,要將大量的飛行信息在有限的儀表面板上顯示,特別要注意布局簡潔、合理、醒目等。現(xiàn)在應(yīng)用成熟的飛行儀表界面設(shè)計(jì)有很多,可以從中借鑒,取其精華。以主儀表板為例,主要向駕駛員提供飛機(jī)姿態(tài)、飛行航向、飛行高度、飛行速度等信息。

        4.2 創(chuàng)建模型

        開發(fā)儀表和控制面板,根據(jù)模擬真實(shí)飛行,在仿真面板上完成各種圖形、字符及相關(guān)飛行參數(shù)的顯示,因此必須建立標(biāo)準(zhǔn)字符庫和圖片庫。

        (1)制作紋理。首先要采集真是紋理數(shù)據(jù),然后用Photoshop處理,獲得符合要求的png格式紋理貼圖。由于GL Studio對中文漢字輸入支持不完善,所以把漢字也制作成紋理圖片,這樣還能提高渲染效率。

        (2)實(shí)體模型建立。建立儀表圖形、畫面顯示符號的模型,先要把每個儀表頁面的模型的位置和內(nèi)部層次關(guān)系弄清楚,進(jìn)行初步規(guī)劃。每個對象都是多邊形組成,使用GL Studio提供的基本圖形元組合完成,通過旋轉(zhuǎn)、剪切、扭曲等操作,能嫁接合成復(fù)雜的實(shí)體。對于模型中不可模擬的細(xì)節(jié),還可以用圖片紋理替代,以達(dá)到逼真度的要求。顯示模塊畫面完成,下一步就要給定義邏輯結(jié)構(gòu)、動作程序、執(zhí)行用戶事件、時間或數(shù)據(jù)事件觸發(fā)的響應(yīng)動作,實(shí)現(xiàn)實(shí)時驅(qū)動。這一步一般都是和畫面模型創(chuàng)建交叉進(jìn)行。

        4.3 驅(qū)動代碼編寫

        對象的行為事件是各個成員函數(shù)的集合,受外部數(shù)據(jù)的控制,但行為事件本身的驅(qū)動程序是在儀表內(nèi)部描述實(shí)現(xiàn),每個儀表都有自己獨(dú)立的行為。一般旋轉(zhuǎn)可以使用DynamicRotate()函數(shù)進(jìn)行控制。發(fā)動機(jī)指示和機(jī)組告警系統(tǒng)中燃油、油量、液壓等的指針旋轉(zhuǎn)可以使用MoveObject()函數(shù)來完成。讀數(shù)可以使用VaString()函數(shù)來完成。

        下面介紹主要的驅(qū)動方式的實(shí)現(xiàn)過程。

        (1)旋轉(zhuǎn)(以橫滾刻度尺為例)。首先在界面的Code區(qū)域,用右鍵選擇“Add”選項(xiàng),然后點(diǎn)擊“Property”選項(xiàng),在出來的空白表格內(nèi)填入成員函數(shù)的名字為Indicator , 類型為float , 然后自動派生的成員變量的名字為_indicator。在該成員函數(shù)的“set”方法中添加下面代碼:

        _clampedValue=CLAMP_VALUE(value,-70.0f,70.0f);

        //把輸入值限定在-70至70,這是因?yàn)闄M滾刻度尺的旋轉(zhuǎn)區(qū)間是-70度到70度

        _indicator = _clampedValue;

        indicator->DynamicRotate(_indicator,Z_AXIS); //橫滾刻度尺實(shí)現(xiàn)繞Z軸旋轉(zhuǎn)

        (2)數(shù)字實(shí)時顯示(以經(jīng)度為例)

        成員函數(shù)的名字為Latitude,類型為float,派生的成員變量的名字為_latitude。在該成員函數(shù)的“set”方法中添加下面代碼:

        _latitude = value;

        int degree = (int)_latitude;

        int minute =(int)((_latitude - degree)*60);

        int second = (int)(((_latitude - degree)*60-minute)*60);

        latitude_text1->VaString("%d",degree); //VaString()是數(shù)字顯示的函數(shù)

        latitude_text2->VaString("%d",minute);

        latitude_text3->VaString("%d",second);

        (3)表盤指針的旋轉(zhuǎn)。

        needle_path->MoveObject(needle, value);

        output->VaString("%d", (int)value);

        (4)數(shù)據(jù)傳遞(以轉(zhuǎn)速為例)。

        由于調(diào)用了復(fù)用組件.dll動態(tài)鏈接庫,所以數(shù)據(jù)傳遞要用到Resource()函數(shù)。外部數(shù)據(jù)先傳遞到啟動畫面和主畫面,然后由它們再傳遞到轉(zhuǎn)速組件,控制轉(zhuǎn)速的指針和顏色根據(jù)外部數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的響應(yīng)。

        Float clamp_z1=CLAMP_VALUE((float)z1, 0.0f, 100.0f);

        rpm1->Resource("Rotate")<

        rpm1->Resource("ChangeColor")<

        4.4完成最后調(diào)試。

        單機(jī)測試實(shí)際上是簡化了的系統(tǒng)聯(lián)調(diào),能驗(yàn)證大部分邏輯關(guān)系,但不能杜絕人為的疏忽和排除實(shí)際運(yùn)行的中可能遇到的狀況。為了驗(yàn)證虛擬座艙儀表系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的可行性、虛擬座艙的功能特性和性能要求,必須要和整個演示系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)測試運(yùn)行。

        五 結(jié)論

        通過GL Studio軟件和VC++6.0可以對于飛機(jī)模擬儀表盤的仿真,實(shí)現(xiàn)了一個簡單虛擬儀表的設(shè)計(jì),數(shù)據(jù)傳輸和簡單控制。用軟件和程序?qū)x表盤實(shí)現(xiàn)更便捷的仿真,表現(xiàn)在:飛機(jī)儀表盤圖案更加靈活多變,具有很高的逼真性,其次仿真速率更快,效率更高。

        參考文獻(xiàn)

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