飞机机电液系统故障诊断与检修实验室建设探讨

杨佳，秦宇飞，唐昭明

（空军工程大学航空机务士官学校，河南 信阳 464000）

随着复杂的高精密伺服控制系统广泛应用于三代机、四代机等新机，飞机附件检修已不再是机、电、液相互独立的专业，而是逐步发展为一门综合机电液等相关技术的综合性应用专业，因此，建设综合机电液于一体的飞机机电液系统检修科研与实训平台成为适应这一发展的必然趋势，这也是目前航空维修领域研究的热点和难点之一。

1 实验室建设需求

飞机机电液系统故障诊断与检修实验室立足飞机附件检修的现状和发展趋势，按照“立足当前、瞄准前沿、适度超前和科研教学并用”的建设思路，主要研究新机液压系统、进气道控制系统、前轮操纵系统、防滑刹车控制系统、应急动力及气动系统、燃油系统、环控系统等系统及其机电液部附件的故障诊断技术、性能分析技术和检测修理技术等3个方面的内容。主要建设目标如下：一是为航空修理专业各层次学员开展飞机机电液系统及其部附件故障诊断、性能分析和检测修理的技能训练和职业技能鉴定提供教学条件和实训场所；二是为航空宇航科学与技术学科领域研究人员开展相关课题提供科研保障条件；三是支撑飞机战伤抢修、附件检修与探伤专业的学科发展。其总体需求情况如图1 所示。

图1 飞机机电液系统故障检测与诊断实验室需求分析图

随着机电液一体化技术在新机上的大量应用，原有的飞机机、电、液相互独立的体系设置已不再适应新装备新技术的发展要求，建设发展飞机机电液一体化的维修保障技术已成必然选择。该实验室的建设适应了这一发展的客观要求，在充分发挥单位原有建设成果的基础上，重点建设飞机机电液系统及其部附件的综合诊断分析及检修技术，可以为培养具有机电液一体化技术的综合性维修保障人才提供教学条件，可以为新机机电液系统综合诊断分析技术的科研实验提供保障，可以为专业学科的长远发展奠定有力基础。

2 实验室建设内容

为适应岗位任职教育需求，实验室建设中侧重于实践性教学，对实验室建设的要求更高。为此，该建设项目在现有实验室条件基础上，建设内容主要包括以下3个方面的内容。

2.1 飞机机电液系统原理演示及故障模拟实验台

研制开发7个飞机机电液系统原理演示及故障模拟实验台包括舵面操纵系统原理演示及故障模拟实验台、前轮操纵系统原理演示及故障模拟实验台、防滑刹车控制系统原理演示及故障模拟实验台、气动系统原理演示及故障模拟实验台、燃油系统原理演示及故障模拟实验台、环控系统原理演示及故障模拟实验台、进气道控制系统原理演示及故障模拟实验台。

7个模拟实验台主要功能是可以模拟演示各个系统里面所包括的附件的组成、构造、原理及常见故障；可以设置各种附件的常见故障来模拟推测出相应的故障原因和解决办法；根据每种机型对附件所设置的试验科目可以进行相应的模拟性能测试；同时通过模拟演示教学帮助学员认知飞机机电液附件的功能原理和故障判断，提高学员对新机装备修复技术和故障诊断技术的研究能力。

通过模拟实验台训练替代实装训练，学员在不熟悉设备时不会因为误操作而导致危险情况发生。学员通过计算机键盘和鼠标或实物模型上的交换仪表、按钮或专业交互攻击等获得真实的操作体验，以生动活泼的三维动画操作形式提高学员学习兴趣和培训效果。每种模拟试验台的组成及功能类似，以防滑刹车控制系统原理演示及故障模拟实验台为例，显示其组成结构示意图（图2）。

图2 防滑刹车控制系统模拟实验台培训系统结构示意图

模拟试验台研制的难点及关键问题主要集中在模拟训练系统的开发上，需要建立大量的虚拟数字资源，其中主要包括2个方面，即设备虚拟模型库、虚拟人体库和培训系统集成。

（1）设备虚拟模型库。7个飞机机电液系统所包括的附件种类繁多，涉及建模工作量较大，建设难度大。本项目拟采取CATIA V5 三维建模软件建立设备虚拟模型库。

（2）虚拟人体库。虚拟人体库主要包括虚拟人体模型和虚拟人体动作库。其中，虚拟人体模型提供预定义的人体模型信息，包括身高、肩宽、臂长、坐高等信息；虚拟人基本动作库提供虚拟人的各种日常基本动作和姿势，包括行走、拐弯、蹲下/起立、弯腰、攀、爬/卧、坐/站、跪、伸手/指向、推/拉等各种基本动作和姿势；本项目拟采用DELMIA V5 虚拟现实仿真软件建立虚拟人体库。

（3）培训系统集成。培训系统集成涉及到数学模型的优化、系统平台的搭建、数字模型的整合等方面的内容。需要利用定性或定量的方法描述各操作平台之间的逻辑关系，用专用软件搭建各种设备通用的方针平台，并把各种设备的数字模型、人体资源模型整合到统一的平台上。本项目主要采用3Dvia VirTools5.0 软件搭建通用平台。

2.2 飞机机电液部附件检修仿真系统。

此仿真系统的研制主要是基于分布式技术、三维图形图像模型、视景投影技术、数学模型和实物模型五大核心技术设计开发的覆盖整个培训过程（教学、学习、练习和考核）的机电液部附件原理认知和故障诊断模拟培训系统（图3）。主要建设内容包括：①飞机机电液部附件的功能原理认知模块可以演示各种部附件的功能、飞机中所属位置、三维演示实物总体和分体构造、动画演示工作原理；②常见故障诊断模块可以自行设置故障现象，根据故障现象由系统输出故障诊断技术和维修方法。同时三维演示维修过程；③性能测试科目模块可以根据所选附件以及出现的故障现象罗列出相应的性能测试科目，并三维演示测试的方法和步骤。整个仿真系统人机交互界面友好，极大的方便学员自主学习和认知。

图3 飞机机电液部附件检修仿真系统组成结构图

2.3 机电液气组合式综合实验系统、电液伺服控制系统机电液实验装置

为了提高实验研究的可靠性，获得更加真实有效的实验数据。实验室决定在原有实装设备的基础上改造开发机电液气组合式综合实验系统和电液伺服控制系统机电液实验装置，整个建设工作均由教研室人员自行开发改造。这样不仅大大节约开发资金，同时还提高教员自主创新的能力。达到教学促科研，科研带教学，实现教学实验和科研实验一体化发展。

2.4 实验室建设步骤

实验室以满足学科专业建设和教学的基本需要为出发点，以飞机机电液系统及其部附件的综合诊断分析系统为主要构成，部分设备采用模拟仿真技术，在实验室环境下构建飞机机电液系统故障诊断与检修一体化实验平台。

主要建设步骤包括：（1）制定实验室建设方案；（2）研制开发“机电液气组合式综合实验系统”“电液伺服控制系统机电液实验装置”和购置液压泵源、气源装置以及电气装置；（3）“飞机机电液部附件检修仿真系统”的调研、技术资料收集；（4）研制“舵面操纵系统原理演示及故障模拟实验台”“进气道控制系统原理演示及故障模拟实验台”等模拟实验台共7 台设备；（5）开发“飞机机电液部附件检修仿真系统”；（6）进行“飞机机电液系统故障诊断与检修实验室”的进一步配套完善工作；（7）实验室各个系统性能测试及验收。

3 预期效益分析

实验室建成后，可同时为45 名学员提供教学和实验条件，能为飞机机电液系统故障诊断、性能分析和检测修理技术的研究与教学提供有力的保障。（1）能完成附件检修与探伤专业及其它专业本科、大专等各层次相关课程的基本实验和工程技能培养。（2）能进行飞机液压系统、进气道控制系统、前轮操纵系统、防滑刹车控制系统、气动系统、燃油系统、环控系统等系统相关机电液部附件的研究和实验、诊断分析及检修装备的研制开发。（3）能为部队航空装备再制造工程及航空维修提供相关技术支持、技术咨询和技术保障等服务。