飞行模拟机、固定训练器作为一种高效、安全、可靠的飞行训练设备,在各民航院校、航空公司中广泛采用。随着中国民航的迅速崛起和壮大,飞行模拟机和训练器的大量引进,其消耗和配套航材都需要进口,价格昂贵,部分故障航材需要送国外返修,维修周期长。模拟机上装备有大量的航空仪表,它用来指示飞机的各项参数和飞行状态,是飞行员全面掌握飞机状态和飞行状况并作出操控飞机决策的主要依据。
航空仪表种类众多,既有较为复杂的地平仪、水平状态指示仪,也有比较看似简单但内部结构复杂的指针仪表,如空速表、发动机仪表、电压表等。其中指针类航空仪表应用最为广泛,数量较多。据统计波音737-800模拟机使用了13个指针式仪表,夏延模拟机使用了25个指针式仪表,其它小型飞机训练器使用的该类仪表数目也不少。通过研究指针式航空仪表仿真核心技术,可开发出通用指针式航空仪,通过更改指示表盘,就能仿真该系列的所有仪表,在各类飞行模拟机、飞行训练器上使用,因此研究指针式模拟机用仿真航空仪表,有较大的实用性和经济效益。
1 飞行模拟机指针式仪表设计
1.1 现行飞行模拟机使用的指针式航空仪表分析
模拟机用航空仪表因需通过计算机经接口系统驱动,有多种仿真方式:既有未经过改装的真飞机电动仪表、也有改装过的飞机仪表,还有仿真的模拟航空仪表。指针式航空仪表为提供更清晰的指示,其指针旋转范围较大,通常接近360°或具备360°旋转指示范围或能力,这是共性。其外观上仅形状和表盘刻度不同,这是可见外部差异。
按其内部驱动工作原理主要有三种采用三相交流信号和400HZ激励信号驱动同步电机带动指针指示仪,如:发动机仪表;采用正交动磁式,如:座舱温度表、电流表;采用伺服电机驱动的仪表,如:升降速度表等。
1.2 系统设计
指针式模拟机仪表核心设计采用与传统仪表系统模拟电路驱动、补偿完全不同的设计。系统框图参加图1。系统采用高性能DSPIC 30F4013单片机作为主控芯片驱动微型步进电机的设计方案。该芯片具备多路12BIT的数模转换电路,运算速度高达30MIPS,与普通单片机相比能进行快速的浮点数学运算。系统中DSPIC30F4013接收模拟机仪表驱动模拟量输出信号,进行采集和处理,经过计算后再驱动步进电机带动指针指示。其数字化程度高,具有数字系统较传统模拟电路抗干扰能力强、工作稳定的特点,外部电阻、电容器件较少,系统故障机率也大大降低。步进电机驱动电路采用专用微型仪表步进电机驱动VID6608芯片,该芯片无外围元件,电路简单,且具备步进电机微分控制。微型仪表步进电机选用VID29系列仪表步进电机,该电机是一种精密的微型步进电机,内置减速比180/1的齿轮系能仪表机心。其驱动采用两路逻辑脉冲信号驱动,可以工作于5V的脉冲下,输出轴的步距角最小可以达到1/12°,最大角速度600°/S。可用分步模式或微步模式驱动。其旋转角度接近360°。VID6608与VID29配合可实现每圈(360°)4096步的步进量,相当于每步或分辨率达到0.089°,而且无模拟表特有的线性度不均匀的问题,精度远超过普通指针式航空仪表1%的精度要求。(如图1)
图2为指针式模拟机仪表工作流程图其工作原理如下:当仪表上电后,单片机对整个系统进行自检,自检通过后,单片机自动驱动步进电机逆时针转动到仪表表盘机械零位,此时单片机对内部位置寄存器清零。当模拟机飞行程序运行后,通过接口电路驱动仪表的模拟信号经过单片机内A/D采集,送入单片机内数据单元,单片机计算得出步进电机应该前进或后退的步数,驱动步进电机运动到指示位置,单片重复执行上述过程,完成仪表的实时指示。(如图2)
开发中电路设计将采用Protel辅助设计,内部程序将采用计算机模拟仿真,调试运行。元件选择上将使用贴片元件,力求电路小型化、标准化。程序采用Microchip公司的MPLAB集成开发环境,C语言开发。仪表表圈采用三轴CNC加工制造。
2 结语
基于本研究基础研制了波音737-300飞行练习器APU排气温度表,如图3所示。图中左边仪表为自行研制的仪表,右边仪表为原波音737-300练习器仪表。该仪表在波音737-300飞行练习器进行测试和使用,其具备工作稳定、指针指示准确、仪表响应速度快,达到了设计要求。
本研究的成功对减少航材进口,降低仪表维修时间和费用具有积极意义。同时也可为国内新型研制的飞机模拟机、训练器的配套仪表提供相关技术支撑。(如图3)
摘要：指针式仪表作为飞行训练设备的常用仪表使用数量大,在民航多数飞行模拟机、训练器使用国外产品的今天,其航材配件也需从国外,其价格昂贵,订货周期长,维修费用高昂。现以高性能单片机为核心,驱动仪表微型步进电机,开发出通用指针式飞行模拟机仪表,其简洁的结构、稳定的工作性能、高精度、低成本的特点,具备较好的推广应用前景。
关键词：飞行仿真,模拟机,仪表
参考文献
[1] 孙鑫.飞行模拟器航道盘控制系统的设计与实现[J].青岛大学学报,2004(12).
[2] 罗念宁.正交动磁式模拟表芯的数字驱动[J].仪表技术与传感器,2006(3).
[3] 刘红.飞行模拟器中仪表仿真系统改装方案设计[J].重庆工学院学报,2007(4).