基于虚拟仿真技术的全静压系统故障演示系统设计与实现

卢国兴 罗圣杰 毛羽丰 袁 凌

（上海工程技术大学航空运输学院飞行学院 上海 201600）

0 引言

全静压系统又称空速管系统，用来收集气流的全压和静压，并把它们输送给飞行仪表和传感器。它由全静压器及其管路系统组成。全静压系统是飞行器仪表的重要系统，很多仪表通过测量全静压而工作，如升降速度表，空速表和高度表。

现如今，全静压系统是飞机的重要系统，在波音飞机上，全静压系统的故障，经常造成航班延误或取消，甚至带来空难。例如曾经在1996年10月坠入秘鲁莱马海岸的波音757的事故原因就是静压口上粘了一块胶布，导致静压系统阻塞，造成了错误的空速和高度指示,最终坠毁在太平洋里，事故造成70人遇难。这件事故的主要责任要归功于地勤人员的检查错误，让本不应该发生的灾难变成了现实，但人难免会有出错的时候，因此，飞行员和机务人员应当在飞行中快速准确分析故障并及时采取适当的修理措施，这样才能对保障飞机和乘客的安全和降低维修成本起到至关重要的作用。

据此，本文设计并实现的虚拟仿真技术的全静压故障演示系统，将基于LABVIEW软件，结合虚拟仿真技术，设计并实现在全静压系统的不同堵塞情况下，飞机升降速度表，空速表和高度表的偏转情况(如全压管堵塞，将会影响空速表等)，及对以上事故出现的解决方法。并通过相应动画将其呈现出来，来让飞行员以及飞行学员了解全静压系统的故障和解决方案，在飞行中遇到相关问题可以及时解决，避免灾难的发生，保护飞行员自己，更是保护全体乘客。

1 全静压系统故障演示系统整体设计方案

基于虚拟仿真技术的全静压系统故障演示系统，主要分为三个模块，即综合显示模块、现象演示模块、情况处置模块，系统设计与实现的过程主要分以下几个步骤：见图1。

图1：系统设计与实现的过程

1.1 综合显示模块

综合显示界面主要给出全压静压系统与空速表、垂直速度表、海拔高度表的关系结构图、三块仪表盘，能够让学员直观的了解不同的测量系统与仪表的联系。并下设七个子模块，分别展示皮托管堵塞、全压孔堵塞、排水孔堵塞的各种组合情况（共七种）。通过编程软件的设计，使得这一过程能够充满交互性。

比如触发故障情景1模块，即全静压管堵塞、但排水孔和静压孔依然畅通，皮托管显示堵塞，其余部件显示畅通。当飞机起飞后、系统显示冲压空气进入的动态演示，本文以空速表为例。空速表是唯一同时使用全静压管和静压孔的仪器。飞机在高空中以某种速度飞行时，冲压空气经由全静压管并减速进入真空隔膜。当飞行速度越大，冲压压力越大，真空隔膜随之膨胀。然后通过机械连接，适当的空速会显示在仪器上。

同时，静压孔连接隔膜周围的外壳，并使其充满静压空气，静压空气随着高度的爬升而减少。此时，将所得的冲压空气压力减去所得的静态空气压力从而在最终仪表上读取动态压力，获得在不同海拔高度下飞行器的正确空速。

图2：综合系统演示界面（以空速表故障情景为例）

1.2 仪表指示模块

触发具体故障情景案件之后，将会进入各个情景演示及故障处置子模块。每个子模块都涉及高度、空速以及升降整流表这三块仪表，该界面中各仪表会根据当前模块的故意具体情形进行动态演示。譬如：

情景一：全静压管堵塞，但排水孔和静压孔依然畅通。空速表读数回零。因为冲压空气无法进入皮托管系统，剩余压力经排水管排出系统，导致全压和静压相等，动压指示读数此时为0，如下图所示。

图3：故障情景一

图4：故障情景二

情景二：全静压管和排水孔都堵塞，但静压孔依然畅通。冲动压力无法从排水孔排出，全压不变。假设飞机处于平飞状态时，静压不变，动压不变，空速表数值不变；假设飞机处于爬升状态时，静压减少，动压增加，空速表数值增加；假设飞机处于下降状态时，静压增加，动压减少，空速表数值下降，如图5所示。

图5：故障情景二对应空速表指示情况

其余故障情景的机理分析、逻辑实现均同上。

1.3 情况处置模块

在每个故障场景中都设立处置模块的按钮，鼠标点击之后，界面将以动画的方式向学员展示在当下情况应该如何操作。如当排水孔堵塞时，全压管加温的开关将会闪烁，提示开启加温系统除冰。

2 结束语

该系统的特点在于集成度高、仿真度高。模拟实现全静压管、排水孔、静压孔所组成的七种不同堵塞情景，设计并实现了典型大气数据仪表，包括：空速表、气压式高度表、垂直升降速度表在全静压系统部分、或全局堵塞时，仪表的指示误差、对飞行安全的危害以及相应解决方案。该系统的设计及实现面向模拟飞行训练、航空仪表研发等领域具有一定的应用推广价值。