EFIS儀表面板仿真研究與教學(xué)應(yīng)用探究

王洛鋒 趙鵬

摘要：EFIS是顯示飛行數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的重要部件，為保障安全飛行駕駛的重要儀表系統(tǒng)。本文通過分析研究駕駛艙EFIS儀表部件的邏輯功能，研究設(shè)計(jì)基于維修訓(xùn)練模擬器的仿真EFIS面板組件，將仿真EFIS儀表部件引入課堂教學(xué)，可使學(xué)生操作練習(xí)EFIS面板單元模塊控制開關(guān)的操作與EFIS顯示器之間交互控制邏輯關(guān)系，提供新型培養(yǎng)模式，提高機(jī)務(wù)學(xué)生的維修技能水平。

關(guān)鍵詞：EFIS；仿真；培養(yǎng)模式

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）08-0071-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 引言

隨著我國(guó)航空市場(chǎng)的開放發(fā)展，我國(guó)航空公司機(jī)隊(duì)規(guī)模高速擴(kuò)張。根據(jù)三大航引進(jìn)計(jì)劃，未來三年仍將保持高速引進(jìn)態(tài)勢(shì)，在我國(guó)航空旅客需求維持的背景下，飛機(jī)引進(jìn)預(yù)計(jì)長(zhǎng)期維持高位[1]。面對(duì)機(jī)隊(duì)規(guī)模高速擴(kuò)張的同時(shí)，機(jī)務(wù)維護(hù)工作人員需求也持續(xù)增長(zhǎng)，培養(yǎng)高技能機(jī)務(wù)維護(hù)工作人員，應(yīng)對(duì)航空市場(chǎng)需求是目前高校的培養(yǎng)重點(diǎn)。機(jī)務(wù)維護(hù)模擬機(jī)是一種仿真駕駛艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的機(jī)務(wù)培訓(xùn)用設(shè)備，可在機(jī)務(wù)維護(hù)模擬機(jī)設(shè)置故障，為機(jī)務(wù)維修學(xué)員提供維修訓(xùn)練方案，因此，對(duì)機(jī)務(wù)維護(hù)模擬機(jī)設(shè)備開發(fā)和單元部件研發(fā)具有重要教學(xué)意義。

EFIS-Electronic Flight Instrument System中文名電子飛行儀表系統(tǒng)，是電子儀表系統(tǒng)EIS（Electronic Instrument System）中的一部分，是飛機(jī)駕駛中監(jiān)視飛行姿態(tài)和航向的重要儀表，為飛行員提供飛行數(shù)據(jù)，使飛行員安全、有效的操作飛機(jī)[2]。通過EFIS控制面板，可以選擇EFIS屏幕上顯示的內(nèi)容。因此，開發(fā)基于機(jī)務(wù)維護(hù)模擬機(jī)的仿真EFIS控制單元模塊可有效使維修人員與電子儀表系統(tǒng)之間建立關(guān)聯(lián)。

2 EFIS概述

EFIS主要包含主飛行顯示器PFD（Primary Flight Display）和導(dǎo)航顯示器ND（Navigation Display），主飛行顯示（PFD）顯示飛行數(shù)據(jù)，導(dǎo)航顯示器（ND）顯示導(dǎo)航數(shù)據(jù)。EFIS控制面板組件位于飛行控制面板，在飛行控制面板兩側(cè)各有一個(gè)，供機(jī)長(zhǎng)和副駕駛分別操作使用，飛行員通過控制EFIS控制面板的開關(guān)、旋鈕等控制部件，選擇EFIS屏幕顯示的信息。EFIS面板組件上的控制開關(guān)一部分控制PFD，另一部分控制ND[3]。如圖1為EFIS顯示屏幕和控制面板組件。如圖2所示為EFIS控制面板模塊功能開關(guān)對(duì)應(yīng)顯示組件。

EFIS顯示器模塊功能的選取是根據(jù)EFIS控制面板實(shí)現(xiàn)控制的，通過控制EFIS面板上的控制開關(guān)，實(shí)現(xiàn)控制EFIS顯示屏幕的數(shù)據(jù)信息變化，實(shí)現(xiàn)飛行的安全駕駛。對(duì)于EFIS面板控制開關(guān)的功能如下：

（1）PFD顯示器所對(duì)應(yīng)EFIS面板按鈕

a）參考?xì)鈮猴@示窗：顯示參考?xì)鈮?，單位分為英寸汞柱（in Hg）或百帕（hPa）。

b）參考?xì)鈮哼x擇器：外圈開關(guān)切換參考?xì)鈮簡(jiǎn)挝?；?nèi)圈開關(guān)用于設(shè)定參考?xì)鈮猴@示窗和PFD顯示器的參考?xì)鈮簲?shù)值。其中內(nèi)圈旋鈕可以拉出和按下，拉出時(shí)，在氣壓設(shè)定顯示窗顯示設(shè)定；按下時(shí)，選擇一個(gè)新的參考?xì)鈮骸?/p>

c）FD按鈕：用于在PFD顯示器上顯示飛行指引儀指令桿。

d）ILS按鈕：在PFD顯示器顯示航道和下滑道標(biāo)尺。

（2）ND顯示器對(duì)應(yīng)EFIS面板按鈕

a）模式選擇器旋鈕：選擇同側(cè)ND顯示器的導(dǎo)航顯示。

b）距離圈選擇器旋鈕：用于在各自ND上選擇距離刻度。

c）ADF-VOR選擇器：選擇各自ND顯示器的ADF或VOR方位指針。

3 仿真EFIS面板控制單元模塊整體設(shè)計(jì)

3.1 仿真EFIS面板控制單元模塊設(shè)計(jì)方案

根據(jù)空客A320駕駛艙EFIS面板單元模塊控制功能，分析其控制邏輯，研究仿真件EFIS面板單元模塊設(shè)計(jì)邏輯，EFIS面板單元控制模塊設(shè)計(jì)主要分為機(jī)械結(jié)構(gòu)部分、電子電路部分和軟件程序部分三部分。如圖3為仿真EFIS面板單元模塊設(shè)計(jì)流程圖。

3.2 EFIS面板機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

研究A320駕駛艙的EFIS面板控制單元模塊結(jié)構(gòu)，分析開關(guān)元器件之間的邏輯控制功能，根據(jù)EFIS面板模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仿真EFIS面板的整體結(jié)構(gòu)。仿真EFIS面板單元模塊的整體結(jié)構(gòu)通過Creo三維軟件建模設(shè)計(jì)，在Creo軟件中對(duì)面板結(jié)構(gòu)、開關(guān)、旋鈕分別建模設(shè)計(jì)，并利用Creo軟件的裝配功能，將各零件模塊組裝，實(shí)現(xiàn)EFIS面板單元模塊的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其中包含面板結(jié)構(gòu)、七個(gè)按鈕開關(guān)、三個(gè)旋鈕開關(guān)、兩個(gè)鈕子開關(guān)、一個(gè)數(shù)碼顯示器。面板結(jié)構(gòu)上按鈕、旋鈕等開關(guān)的位置通過測(cè)繪駕駛艙內(nèi)EFIS面板的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)等比例位置布局，面板材料使用透光材質(zhì)加工，實(shí)現(xiàn)面板背光燈光效果。在Creo軟件中，根據(jù)各元器件之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，合理設(shè)計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局，實(shí)現(xiàn)整體的結(jié)構(gòu)裝配。如圖4為仿真EFIS面板整體結(jié)構(gòu)三維建模圖。

3.3 EFIS面板電子電路設(shè)計(jì)

仿真EFIS面板采用STM32為主控芯片，采集旋鈕、按鍵等控制開關(guān)輸入的信息，并將信息處理之后轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)信號(hào)，與上位機(jī)之間建立關(guān)聯(lián)聯(lián)系，在EFIS顯示器組件顯示飛行數(shù)據(jù)信息，建立反饋機(jī)制[4]。按鈕開關(guān)為獨(dú)立控制單元，單獨(dú)配備信號(hào)接口轉(zhuǎn)接板；參考?xì)鈮猴@示窗采用數(shù)碼管作為氣壓顯示，單獨(dú)配備接口板；鈕子開關(guān)也采用單獨(dú)配備接口板的方法。最終將各元器件接口板接在集成接口板上。如圖5所示為EFIS面板硬件結(jié)構(gòu)功能流程圖。

3.4 EFIS面板程序

系統(tǒng)程序主要實(shí)現(xiàn)開關(guān)元器件輸出信號(hào)采集、數(shù)碼管數(shù)據(jù)信號(hào)顯示和與上位機(jī)建立通信的功能。初始化系統(tǒng)程序，系統(tǒng)將根據(jù)采集到的開關(guān)輸入信號(hào)情況，進(jìn)入相應(yīng)工作狀態(tài)。通過MCU采集數(shù)據(jù)，與上位機(jī)建立通信，實(shí)現(xiàn)EFIS面板模塊正常運(yùn)行。

4 EFIS用于教學(xué)模式研究

目前，對(duì)于國(guó)內(nèi)航空院校機(jī)務(wù)維修專業(yè)學(xué)生，校內(nèi)授課難以接觸航空器駕駛艙真實(shí)儀表，普通的CBT課件授課模式難以滿足學(xué)生對(duì)駕駛艙儀表儀器操作學(xué)習(xí)的需求。引進(jìn)退役航空器進(jìn)入課堂學(xué)習(xí)，一直是眾多航空院校探究的教學(xué)模式，但面對(duì)退役大飛機(jī)昂貴的購置費(fèi)用問題，此種教學(xué)模式進(jìn)行緩慢。因此，通過EFIS面板模塊搭配EFIS顯示器，可以在CBT授課的基礎(chǔ)上，加載仿真駕駛艙的EFIS組件教學(xué)，采用實(shí)物授課的方式，使學(xué)生更進(jìn)一步理解EFIS面板單元模塊的操作邏輯和EFIS面板組件開關(guān)操作與EFIS顯示器組件之前產(chǎn)生的交互邏輯關(guān)系，讓學(xué)生動(dòng)手操作練習(xí)主飛行顯示器和導(dǎo)航顯示器上飛行數(shù)據(jù)的操作控制。EFIS系統(tǒng)部件最終將搭載在A320維修訓(xùn)練模擬機(jī)上，與其他儀表模塊共同完成維修訓(xùn)練模擬機(jī)的整機(jī)設(shè)備開發(fā)，以提高航空院校機(jī)務(wù)維修專業(yè)學(xué)生的綜合維修技能水平。

5 結(jié)語

EFIS是飛行中監(jiān)視飛行姿態(tài)和航向的重要儀表，幫助飛行員安全的駕駛飛行。本論文研究的仿真EFIS組件是基于維修訓(xùn)練模擬機(jī)的單元模塊組件，通過對(duì)航空器駕駛艙的EFIS進(jìn)行分析研究，根據(jù)其邏輯控制功能建立維修訓(xùn)練模擬機(jī)的EFIS仿真結(jié)構(gòu)邏輯，并設(shè)計(jì)EFIS面板單元模塊。將仿真EFIS面板儀表引入課堂教學(xué)模式，可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)手操作能力，使學(xué)生更深入的學(xué)習(xí)相關(guān)控制功能，并練習(xí)故障排除能力，提高學(xué)生維修能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)報(bào)告網(wǎng). 2017年我國(guó)民航業(yè)景氣度及供需現(xiàn)狀分析（圖）[EB/OL]. http：//free.chinabaogao.com/jiaotong/201711/111I01bH017.html， 2019-01-15.

[2]李元華. 電子飛行儀表系統(tǒng)（EFIS）的發(fā)展[J]. 航空電子技術(shù)， 1988（2）：3-14.

[3]劉麗嬌. 基于GL-Studio的飛行模擬機(jī)虛擬座艙開發(fā)[D]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)， 2009.

[4]蔣陵平， 徐文強(qiáng)， 翟戰(zhàn)場(chǎng). A320型機(jī)務(wù)維護(hù)模擬機(jī)FCU面板的簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)[J]. 電子世界， 2018（8）：184-185.

【通聯(lián)編輯：梁書】