737-NG飞行模拟机辅助操纵系统研究与维护

摘 要:围绕现代飞行模拟机辅助操纵系统的基本原理,介绍了该系统的基本构成和技术特征,针对加拿大MSI公司生产的737-NG全飞行模拟机,重点研究737-NG全飞行模拟机的计算机系统和辅助操纵系统,以及该系统的各类设备的校验及调试方法。

关键词:全飞行模拟机辅助操纵系统伺服放大器SCL-Tester

中图分类号:B737文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)08(c)-0102-02

1 前言

全飞行模拟机是上世纪末兴起的一种飞行仿真设备,它是集机械,电子,计算机,网络技术等为一体的一种高科技产品。模拟机能逼真地模拟飞机的各种飞行状态、飞行环境 以及许多特殊飞行科目,是现代飞行员训练所必不可缺的训练设备。加拿大MSI公司生产的737-NG全飞行模拟机正是这种典型的训练设备。它采用25台以X86核心的PC电脑分别模拟飞机的仪表,视景,运动,操纵,音响,教员台等子系统。对于飞行员来说,在模拟机上能够精确地感受出真飞机的各类飞行装置所提供的力量是最为重要的。辅助操纵系统就是通过计算机和相关的机械设备来实现这种真实的感觉的。

2 737-NG全飞行模拟机计算机系统

737-NG全飞行模拟机的计算机系统主要分为主计算机系统、视景计算机系统、主操纵计算机系统、辅助操纵计算机系统和运动计算机系统等几大计算机系统。主计算机系统,是737-NG模拟机最核心的部分,它使用QNX操作系统,模拟机飞行中的所有飞行数据都是由它来计算的,包括驾驶舱中各种仪表的显示,飞行员作出不同操作动作后模拟机姿态的变化,各种音频信号,教员台的各种指令下达等等,都是由主计算机系统中的各台计算机分别完成的。视景计算机系统使用WINDOWS XP操作系统,能逼真地模拟出各种不同类型的天气情况,如:晴天,雨天,下雪,雾天等;各种机场及附近地区的地貌,如:机场跑道,机场建筑物,城市建筑等;另外还能模拟白天/黄昏/黑夜的变化。操纵计算机系统由主操纵系统和辅助操纵系统两部分组成,分别使用VxWorks操作系统和QNX操作系统,完成模拟机飞行操作的实现,如:方向舵、升降舵、付翼、脚蹬、油门杆等的功能实现。运动计算机使用VxWorks操作系统,它的主要任务是计算模拟机的各种姿态变化,操纵液压系统以及六个液压作动筒,从而完成对各种飞行姿态的模拟。

3 737-NG全飞行模拟机辅助操纵系统

737-NG全飞行模拟机的辅助操纵系统主要由三台使用QNX操作系统的计算机、伺服放大器、电机、与主机相连的模拟机内网以及相应的飞机操纵设备组成。每个计算机分别负责一个伺服放大器,而每个放大器分别有两个通道,各自与相关的硬件连接,并负责处理该通道的信号。该系统主要负责的飞行设备包括油门杆、应急起落架、转弯手柄、配平轮以及配平指针的模拟。

B737-800模拟机的辅助操纵负荷系统的工作原理为:座舱内的真实飞机操纵机构与座舱下面的机械装置相连接,包括作动筒、弹簧、钢索等,然后通过各自的电机与伺服放大器相连接,伺服放大器再与辅助操纵计算机连接;而辅助操纵计算机则通过模拟机的内部网络与模拟机的主机进行通讯,从而实现与模拟机的其他的系统之间的同步与联络。

辅助操纵系统是由计算机和机械设备紧密配合来实现对飞机的精密操控。当飞行员实际操作飞机的某个飞行装置,如推动油门杆,这时由计算机实现飞行操纵模型,即计算操纵装置的位置和速度以及后续装置运动的距离,并由此计算出一个力,送给伺服放大器。然后由伺服放大器将此模拟信号转换成数字信号送到辅助操纵计算机,计算机由通过网络实现与模拟机主机的同步。主机收到此信号后,通过模拟机其它的模型计算,再将相应的同步命令分布出去。比如,当推动油门杆时,飞机的速度会变化,此时飞行仪表的指示就会马上跟进(如速度表的指示会相应加大);视景系统相应的给飞行员对应的视觉变化;运动系统的六个作动筒发生位置移动,从而给飞行员真实的飞行感受。

4 737-NG全飞行模拟机辅助操纵系统的日常维护

全飞行模拟机的辅助操纵系统是实现飞行员真实飞行感觉模拟的主要部分,其精密性和准确性都是必须给予保障的,因此在日常使用一段时间或更换了备件后都必须进行必要的维护,而硬件的校验和软件的备份就尤其的重要。下面就着重介绍辅助操纵系统几个重要部件的调试和校验。

(一)硬件调试

加拿大MSI公司对生产的所有全飞行模拟机的辅助操纵系统都使用他们独立开发的测试与校验工具:SCL-Tester。运用此工具就可以对该系统的每个机械硬件进行调整。该系统针对五个不同的硬件系统,为他们分配了相应的IP地址,分别为192.168.1.51到192.168.1.55。在模拟机主机上使用SCL-Tester对不同的硬件进行调试时,只需输入相对应的IP地址,主机就会通过模拟机的内部网络自动地与相应的辅助操纵计算机进行通讯,即通过远程联络的方式在主机上实现对模拟机的硬件进行调试和监控。

1)油门杆

飞机的油门杆是飞行操纵的主要部件,其操控的灵敏度必须得到保证。进入SCL-Tester时,使用地址192.168.1.51,这时与主机相连的就是油门杆。当移动油门杆的位置时,从SCL-Tester的界面上我们可以读到相应的数值,将这些数据记录到操纵计算机的文件“Thrust_Lever_SGDH” 中即可。当我们完成调试,重新进入主机运行模拟机的程序时,计算机就会自动地到这个文件中读取调试后的数据,模拟机也就会按调试的设备状态进行运行了。下面就是这个文件的部分数据:

File-Spec,2

FileType,User Parameters Data File

Made-by,Sigma2 Component Ver2.10

DateTime,2005/03/09 11:53:26

SERVO-TYPE,SGDH-04AE

SERVO-ID,2

SERVO-YMOD,0

SERVO-SOFT,63

SERVO-CAPACITY,400

OP-TYPE,

OP-ID,65533

OP-YMOD,65535

OP-SOFT,65535

MOTOR-TYPE,SGMAH-02A1***

对应于油门杆的校验,有三点必须遵循:一是在零位置的调整时,必须事先将油门杆下面的橡胶垫取下,等校验完成后在安装上去。不然,此垫的减震作用将影响油门杆调试的正常值。二是SCL-Tester的Velocity选项只有在校验油门杆的时候才使用,其它的硬件调试则无需涉及。三是油门杆的反推位需单独调节,并且要将锁定位置打开。

2)应急起落架

我们在调整应急起落架的位置时,只需要针对两个点进行:完全缩进位和完全拉伸位。因为其它的位置对飞行中起落架的紧急放出不起作用。使用地址192.168.1.52,相关的文件为“Emer_Gear_SGDH”。在模拟机飞行训练中应急起落架的收放练习是一个非常重要的项目,因为真实飞行中是无法进行此项练习的,因此模拟机的应急起落架钢索会经常出现拉出后就弹不回去的故障。此时我们就可以运用SCL-Tester来对钢索的位置进行调整,即将“Position”的值设为0,再对其它参数进行调整,就可以顺利将钢索在无阻力的情况下收回了。

3)转弯手柄

对于转弯手柄的调整,我们通常读取三个位置的值:-90°、0°和90°。使用地址192.168.1.53,相关的对应文件为“Tiller_wheel_SGDH”。在校验此手柄位置是必须注意:转弯手柄在移动后,当人手离开后会自动回到0°的位置。因此在调试时应当注意安全,避免手柄回位时受伤。

4)配平轮

在调试配平轮的位置时,只需用手指将指针移动到0和15两个位置,而无需对中间的其它位置进行调试,因为此硬件的0-15的位置变化是线性的。使用地址192.168.1.54,对应配平轮的文件是“Stab_Trim_SGDH”。

5)配平指针

在对配平指针进行调试前,首先在配平轮上标注0位,从SCL-Tester记录读取的值;顺时针转动配平轮360°,再读取数值,然后回到0°位;逆时针转动配平轮360°,读取数值,然后回到0°位。使用地址192.168.1.55,将读取的数值记录到对应文件“Stab_Trim_PTR_SGDH”中。.

(二)软件备份

由于辅助操纵系统的各个硬件是模拟机飞行训练中频繁使用的器件,因此会经常损坏或因为磨损而导致工作不准确,在飞行训练中会导致这些部件的更换频率较高。在对这些部件进行更换前必须对两个文件进行备份:一是保存在电机存储卡中的文件“rc.load”;二是辅助操纵计算机内的针对各个硬件对应的数据文件,如“Stab_Trim_PTR_SGDH”等五个文件。“rc.load”主要记录各自对应的电机和放大器的地址,对于主机的识别尤其重要;而数据文件则记录相应硬件的校验数据,对于设备正常发挥作用至关重要。

5 结语

全飞行模拟机是目前民航飞行员飞行训练时使用最为频繁而且经济的一种训练设备,对于整个民航的飞行员培训有着举足轻重的作用。而操纵系统又是衡量飞行训练设备质量的重要部分,是模拟机训练的真实性和可靠性的基本保障。对于模拟机维护人员来说,全面掌握该系统的基本仿真原理和维护技能是保障模拟机正常运行的基础。同时研究和探索模拟机辅助操纵系统的日常维护和维修,可以缩短维修周期,为模拟机维修和管理探出一条新路,并为节约模拟机的训练成本发挥积极的作用。

参考文献

[1]Ascent B737-NG FFS X(TM)Maintenance Manual.

[2]彭晓源.系统仿真技术,北京航空航天大学出版社,2006.

[3]周希章主编.电气维修实用技术手册.北京海洋出版社,1998.