2015/10/29 16:24:18 某型发动机虚拟仿真维修训练架构实现与设计

汽车发动机虚拟仿真软件的设计与实施,为教学提供了方便,然而在维修训练架构实现的过程中有哪些具体的要求和实施的方针呢?下面详细的阐述发动你虚拟维修训练架构是如何实现的。

如:某型发动机价格昂贵、系统复杂,可数零部件有 3000 多类 20000 多个,维修时面临部件多、维护步骤复杂等诸多问题,而且受制于价格、购买等因素,该装备的维修培训缺少实装件,由此,急需合适的手段和方法在现实条件下实现该装备的维修训练,以提高装备的综合保障能力。  

选择合适的方案将虚拟现实技术应用于某型发动机的维修训练中,开发虚拟维修训练系统软件,其在降低训练费用、保障训练安全、提高训练效率、掌握设备的原理知识等方面 , 效果十分显著

维修训练要求

目前,国内开发的大部分虚拟维修训练系统,主要侧重于装备的虚拟样机实现、虚拟装备拆卸及装配过程,这对于结构部件数量相对少、原理相对简单的设备已足够满足需求。但对某型发动机,目前的系统不能满足要求。结合部队实际维修情况,对该发动机维修训练系统提出如下要求。

发动机构造及原理虚拟实现在建立发动机虚拟样机的基础上,使受训人员通过部件的分解与组装、三维视景展现及外虚内实等显示方式,熟练掌握部件的结构特点、连接关系等。

发动机除各类机械部件外,还有复杂的燃油、滑油、通气等管路,对机械师的培训,除了要求熟练掌握内部构造,还要熟悉发动机各大部件如压气机、燃烧室、涡轮和燃油、滑油等系统的工作原理,掌握滑油、液压油、冷却气等的流经路线,以适应现代维修能力的要求。

 发动机典型故障显示与排除的虚拟化实现

除对部件的拆装流程实现虚拟化实现外,应结合部队外场维护的实际,能够对发动机的典型故障如压气机叶片断裂、滑油系统管路堵塞等问题,通过可视化参数虚拟实现故障现象;通过诊断策略实现发动机故障的定位 , 突出故障部件和其功能相关部件之间的关系;通过对发动机的虚拟拆装、部件更换实现故障排除过程的维修训练。

发动机外场维护流程虚拟实现

虚拟维修训练系统重点在于对装备维修、维护的过程实现虚拟化仿真,以指导、训练维修人员操作。航空发动机的维护过程复杂,内容繁多,形式多样。因此,该虚拟维修系统的训练内容应以外场机务维修的重点和难点为主要突出点。

虚拟维修训练系统设计

虚拟维修训练系统建立在虚拟现实基础上,包括沉浸功能(用户投入到由计算机生成的虚拟场景中的能力);交互功能(用户与虚拟场景中各种对象相互作用的能力);临场感(用户作为第一人称存在于模拟环境中的真实程度)等。装备的虚拟维修系统一般包括模拟训练、系统仿真、故障维修、装备改进及在线资料查询等功能。

系统总体框架

本虚拟维修训练系统的应用对象以装备该型发动机的航空兵外场机务人员为主,而且是大面积配发部队。从经济性及实际需求出发,该系统采用了桌面交互式软件,对沉浸功能未予考虑。结合上述所列某型发动机的实际需求,本虚拟维修训练系统的总体结构如图 1 所示。

汽车虚拟仿真软件

发动机虚拟样机建立

由于该型发动机结构复杂、零部件多,没有设计图纸及尺寸,虚拟样机的建立工作量大。考虑到本系统重点在于装备维修过程的虚拟仿真,建立的各部件样机尺寸与实际比例一致,部件装配关系与实际一致即可。因此,首先根据部件结构关系图纸,利用 3Dmax 进行初步建模,然后利用 Rational Reducer软件进行自动简化,最后在 Creator 里进行手工简化,详尽地建立了发动机整体和各部件如低压压气机、高压压气机燃烧室、高低压涡轮、喷管等的三维样机模型。每一个部件都根据后续的动作进行分割,分成可动和相对静止部件。

部件结构的分解与组装

建立了装备各个功能部件的仿真模型后 , 要达到虚拟环境中的装备“动”起来,实现对部件的分解与组装,以便充分掌握部件的结构特性与装配关系,并为部件仿真参数的输出提供依据,为维修过程建模提供数据。为实现此部分功能,系统采用加拿大 NGRAIN 软件,此软件曾用于加拿大空军 CH146 Griffon 直升机的虚拟培训。

故障现象与排除虚拟化实现

为实现外场故障的检测与排除,系统具备如下功能。

(1)以收集的故障信息为数据,建立了故障诊断专家系统,当录入外场维护中的故障现象后,搜索引擎即可查找出该故障可能的原因,并在系统界面中显示以指导故障的排除。

(2)故障排除过程虚拟化。

对外场不能维修的故障,系统将根据维修级别自动提示送到哪一级修理机构,对外场能够完成的修理,如压气机第一级叶片的更换等,系统利用 EON 软件将维修过程中对修理工具的选择、修理工艺要求、部件拆装次序等实现模拟。

5.外场维护过程仿真

按照维护大纲要求,发动机维修检查包括飞行前检查、飞行间检查和飞行后检查。按照定时维修的要求,不同型号发动机检查还包括了基本检查之一、基本检查之二、基本检查之三、小检查之一、小检查之二、大检查等各项内容。此外,还有专项的发动机试车维护等程

序。要对如此多的维护过程进行虚拟化过程实现,有一定困难,为此,系统只对外场需维护部件的过程检查实现了虚拟化仿真。对外场需完成的复杂过程,如发动机脱发训练、试车训练(包括发动机试车过程的起动、慢车、加力、停车、通电检查等)、低压压气机第一级叶片更换训练、高压压气机某一级叶片更换训练等,利用 EON 软件实现了训练过程的虚拟化实现。

6.外场环境构建

实现维修过程的虚拟化仿真,必须构建逼真的外场维修环境。为此,系统采用了美国 Multi Gen-Paradigm 公司的场景管理工具(Multi Gen- Paradigm- Vega),用于实时视景仿真、声音仿真以及科学计算可视化。包括两个部分:一个 Lyn X的图形用户界面的工具箱,可提供充分的软件控制和最大程度灵活性的完整的应用编程接口;另一个是基于 C 语言的Vega 函数调用库。其可选模块进一步增强了在特定应用中的功能,VEGA 及其可选模块可在 Windows NT 和 SGI IRIX操作系统下运行,并支持多种类数据库加载器,允许不同数据库的交互应用,以及单进程或多进程应用的开发。

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