某型航空发动机燃油调节器调整实训台的研制

吕孟军，陈 鹏，谢 平，赫志韦

（空军工程大学航空机务士官学校航空机械工程系，河南 信阳 464000）

某型军用航空发动机燃油调节器上设置有若干个性能调整螺钉和层板节流器，由于调整点众多、调整点间的交联关系复杂，存在维护人员对该型发动机燃油调节器的调整过程不熟悉、调整结果不清楚、调整风险不掌控等问题[1]。为有效强化对装备的理解水平、提高装备维护能力，研制了能够进行燃油调节器模拟调整训练的实训台用于培训使用，为技术人员的理论学习、岗前操作和检查调整提供训练条件。

1 主要功能

1.1 理论学习

理解和掌握燃油调节器的主要组成及外部构造、调节器的工作原理、调整点的调整原理：通过图片、动画对燃油调节器进行总体介绍与认知，通过动画展现调节器的工作原理；通过动画描述调整点的调整对发动机燃油系统工作的影响。

1.2 模拟调整

通过实训台上的仿真调整点进行模拟调整，模拟调整的方法、过程及表现；对每个调整点操作的同时，显示器燃调上对应的调整点闪亮，同时软件提供相关提示及指示，包括调整时机、调整目标、步骤提示、调整量及调整结果等。

1.3 技能考核

考核燃油调节器工作原理、调整方法的掌握情况：通过设置发动机不同的工作状态，由学员分析制定调整方案并完成，教员完成对学员实际操作能力的判定；以题库自动生成试题的形式，使学习者在线完成测试，给出考核成绩。

2 战技指标

供电要求：电压AC220V、电流≯4A

使用环境：温度-10 ℃～+40 ℃、湿度≤95%

外形尺寸：（2000×1000×1500）mm

重量：≯150Kg

校验周期：12个月

MTBF：≥2000 h

3 硬件部分设计

3.1 平台的搭建

燃油调节器调整实训台的设计突出理论教学和虚拟调整训练功能的便捷性，操作直观简便，结果易于演示[2]，产品设计图如图1所示（为满足保密要求，图片已进行模糊化处理）。

实训台的上半部分左侧为操作和主显示区，50寸显示器显示三维模型、调整中的参数变化和结果及其他操作提示等内容；操作按键开关等位于主显示器的下面，方便对系统进行控制。

实训台的上半部分右侧为模拟调整区，调整螺钉位置和调整幅度范围与实装一致，每个调整螺钉的位置对应于原理图中的位置，调整螺钉突出于工控柜前面板以便于操作；左下的小显示器显示内容与主显示器相同，便于操作者讲解。

实训台的下半部分中间为工控机部分，内置工控机及功能板卡等，构成数据采集和处理系统；之所以选用工控机系统，是由于台体空间充裕不需要集成化，便于开发及后期的维护，工控机前面板位于表面方便操作。

实训台的下半部分左侧为工具柜，放置必要的调整和检修工具；右侧内置电源模块、电路板等，为系统提供电气联系。

3.2 仿真调整点的加工

在操作平台的原理图部分，根据喷绘油路、气路及电路等的走向和调整位置，嵌入若干个仿真调整点及节流器，这些调整点及节流器均根据部队和工厂的实际调整需要而设置，各位置的名称和调整方法不做具体介绍，仿真调整点均采用3D打印技术加工制作，所有零部件尺寸、形状和结构与真实件完全一致。

调整点（位置）内部加装角位移传感器，通过信号线连接于数据采集板卡，角位移传感器根据实际要求设置旋转圈数和每格对应角度，标示出调整范围。由于原理图部分的上下位置合理，因此所有调整点的位置均清晰可见且便于调整。

原理图及位于其上的调整点位置如图1右上部分所示，各调整点的设计加工、电气连接和调整方法出于防失泄密考虑，在此不作具体说明。

图1 实训台装配设计图

3.3 工控机系统的选型

工控机、数据采集板卡、信号调理电路和供电电源等部分全部装配于实训台的中下部，工控机及板卡为仪器的处理核心。由于大部分仿真调整点的旋转输出的是电压值、个别输出的是开关信号，一些指示灯和机械开关等通过高低电平控制，部分逻辑需要判断调整点的旋转速度，因此工控机系统的选配采用一般配置即可，有利于节约成本，AD板和计数器板上均自带一定数量IO端口。工控机系统配置如表1所示。

表1 工控机系统的主要配置

图2 主程序流程图

信号调理电路设计具有高可靠和良好的抗干扰性，使采集到的传感器信号（主要是模拟量和开关量）进行精确调理转换为可为计算机处理的数据，并采取电气隔离等保护措施防止过载对仪器的损坏。供电部分位于工控机组件的下面，用来装配开关电源，为传感器、调理电路可靠供电。

4 软件部分设计

4.1 控制程序

主控程序部分贯穿应用于实训台的各项功能，针对本实训台的功能，采用模块化设计，可以实现各种参数的实时采集、显示、存贮、分析及计算，可以通过友好的人机互动界面引导操作人员完成实训台各种学习、调整及考核任务。

主控制程序的开发选用Labwindows/CVI8.0软件，利用其功能丰富的库函数可极大缩短开发时间[3]。控制程序的主程序基于Windows消息响应，其程序流程如图2所示。

理论学习部分的程序控制主要通过相应的按钮或快捷键完成对相关Flash动画文件播放的控制，包括播放、暂停、快进、后退、结束等。

模拟调整部分按照调整项目，分别针对相应调整点的参数调整进行实时监控并按照调整步骤进行相应的操作提示，其流程图如图3所示。

图3 模拟调整流程图

技能考核部分包括考题设置模块和学员考试模块。考题设置模块可以根据考试要求增加相应的题库，考试过程中，程序可以根据不同的设置调用相应的考试界面。考试模块在学员考试时，首先通过该模块程序进行随机选题，选题结束后，程序自动进入相应的考试界面，该模块不提供操作提示，所有的操作由考生独立完成，考试过程中，程序自动记录相应的调整程序、显示调整结果，自动判定成绩。

4.2 三维模型及二维动画

三维模型：当进行模拟调整时，主显示器显示的模型对应点突出显示，并跟随动作做出响应，同时每个细节处均与真实燃调完全一致，确保训练的真实性感受。具体是通过建立燃油调节器仿真CAx模型，在模型转换软件Okino PolyTrans或TransMagic中将建立的CAx模型转换成模块，以C++语言为编程语言完成虚拟现实和交互，实现界面设计和系统各大功能集成，依据脚本进行讲述部分模型缩放拆装和调整部分三维动画的编制、材质调制、渲染、AVI文件的生成。

二维动画：主要用于燃油系统的理论学习，由主控制程序根据工作需要实时调用，动画内容根据燃油调节器的工作原理从燃油调节器的组成及外部构造、稳态调节、过渡态调节、辅助调节及手动应急系统几个方面对发动机的各状态下的工作原理进行讲解、演示，操作人员可以通过对动画播放的控制及缩放、移动等控制对画面进行操作，保证学员能够有效地利用相关资源取得良好的学习效果。

5 研制难点及解决途径

5.1 仿真件调整点的精密加工

每个调整点的调整范围和步进角度都有要求，允许正转/翻转多少圈，每圈多少响是不允许变更的，例如某号调整螺钉，允许顺转不多于1.5圈（33响）、反转不多于0.5圈（11响），要做到仿真件与时装燃调完全一致的调整效果，调整点外形和内部构造机加工、角位移传感器的选型等难度很大，是设备研制中的最主要难点。

为解决此技术难题，将实装燃调的所有调整点均拆卸下来，利用精密数字加工技术，严格按照真实零件尺寸加工，确保内部构造完全一致，调整步进分毫不差；另外，为使调整结果正确反馈到计算机中进行处理和显示，选用高精度的角位移传感器等嵌于各调整点里面，外部完全看不出来。

5.2 模拟训练流程和形式的确定

燃油调节器的虚拟调整训练流程、科目的操作细节及功能实现的逻辑顺序非常复杂，即使一个小环节的流程设计考虑不全面，也难以确保调整训练内容与实际操作完全一致、调整顺序和效果与真实工作衔接紧密，可能影响实训台培训效能的正常发挥，是设备研制的第二个技术难点。

针对燃油调节器调整实训台建设中的调整流程、科目的操作细节等确定，我们以装备的实际维护需求和经验为依据，以技术资料的整理加工为补充，形成合理化方案，确保最终的成果与保障实际紧密结合，真正起到培养技术人员操作能力的作用。

6 结论

某型航空发动机燃油调节器调整实训台的研制成功，较好满足了部队和工厂技术人员对于贵重航空装备的理论学习和实践操作需求。由于系统功能的完备和操作的规范指导，在不对真实装备产生培训损耗的前提下，就能够极大缩短培训周期、提高培训质量。目前该设备已交付某军工厂使用，产生了较明显的军事和经济效益，后期将在功能升级的基础上推广到各机型部队使用。