微软模拟飞行在发动机试车实训教学中的应用

袁书生

（广州民航职业技术学院，广东 广州510403）

微软模拟飞行在发动机试车实训教学中的应用

袁书生

（广州民航职业技术学院，广东 广州510403）

针对航空机务维修专业实训教学的需要，探讨了使用微软模拟飞行10作为发动机模拟试车平台，开展航空发动机模拟试车教学的基本方法和可行性。测试结果表明，这种新方案成本低、仿真度高，能够满足模拟发动机基本试车程序的要求。

航空发动机；试车；飞行模拟器；实训教学

0 引言

航空发动机试车是发动机制造、大修和检修工作一个重要而不可缺少的工序。在发动机制造、大修或排除性能故障后，都必须进行试车，通过各种试车方法来磨合部件、调整性能、检验质量，最终得到发动机性能报告[1]。根据专业对应工作岗位群对职业能力的要求，高职院校航空机务维修类专业需要开设航空发动机试车实训课程。

航空发动机试车实训教学的目的是让学生了解和熟悉航空发动机的试车操作技能，能够按工作程序完成基本的试车操作。航空发动机试车实操教学，可以在真实的发动机和试车台上进行，也可以在模拟试车设备上进行。航空燃气涡轮发动机试车风险性大，操作不当可能损坏价格昂贵的发动机或试车设备，同时运行成本高、噪音大、耗能大，目前在民航业内一般使用模拟试车设备进行实操培训[2-4]。高职院校学生与企业员工相比，在专业知识和实际工作经验上有一定差距，单纯使用模拟设备进行发动机试车教学会存在一定的弊端。作为入门培训，在没有发动机实物的情况下学习会使学生理解起来很困难甚至无法理解。对于复杂事物的学习，按照“由浅入深，由具体到抽象”的方式会取得好的学习效果，反之则容易造成学习困难和效率低下[5，6]。因此，高职院校的航空发动机试车实训课程可以采用真实的发动机运转与模拟设备试车两部分相结合的方式来进行。真实发动机只进行冷态运转，以满足在校园环境下的使用要求，冷运转所带来的局限性则用模拟试车来进行弥补。在本文中只探讨发动机模拟试车的实现方式。

目前具备发动机模拟试车功能的设备主要是各类飞行模拟器。高级别的飞行模拟器（如全动模拟机）机舱完全按照真实飞机制作，所有的仪表与开关都使用真机原件，拟真程度非常高，价格也非常昂贵；低级别的飞行模拟器，则大量采用虚拟仪表与开关替代真实元件，价格相对低廉[7，8]。在真实发动机试车与模拟设备试车相结合进行实训教学的模式下，发动机模拟试车设备起辅助作用，低级别的飞行模拟器即可满足要求。高校购置教学设备的经费有限，航空企业使用的低端飞行模拟器对高校来说仍然比较昂贵，需要寻求更加经济的解决方案。

随着科技不断进步，家用计算机的功能越来越强大，基于个人计算机的飞行模拟平台也开始出现并不断发展。这种模拟飞行平台硬件成本很低，所使用的设备仅仅是普通的家用计算机和相应的游戏手柄[9]，但其仿真程度却达到了非常高的水准。微软模拟飞行就是这类软件的杰出代表。微软模拟飞行是微软公司开发的产品，具有悠久的历史，2006年推出最新版本微软模拟飞行10（Flight Simulator X）[10].这款飞行模拟器设计较为完美，被誉为家用计算机平台上发布的最真实最复杂的飞行模拟软件。微软模拟飞行软件主要用于飞机飞行的模拟操作，但也具有发动机模拟试车功能。本文对使用微软模拟飞行10作为发动机模拟试车平台，开展航空发动机模拟试车教学的方法和可行性进行探讨。

1 发动机模拟试车平台的搭建

发动机模拟试车平台（飞行模拟平台）由家用计算机、模拟飞行软件、机型插件、飞行摇杆和电脑外设组成。

1.1 模拟飞行软件和机型插件

模拟飞行软件选用微软模拟飞行10（Flight Simulator X）。但仅安装该软件还不能满足发动机模拟试车的要求，必须同时安装特定的机型插件（辅助软件）。因为微软模拟飞行并非为模拟发动机试车而设计，软件在编程时对驾驶舱内的设备进行了简化处理，驾驶舱内的仪表板与真实的飞机有差异，并且个别开关、按钮只能显示不能进行虚拟操作。为了达到更好的仿真效果，必须安装第三方插件（是插件开发公司针对特定的机场、飞机、地形、地景进行针对性更强的专项开发，功能更强大，仿真度更高。）对于发动机试车来说，只需要安装特定的机型插件，其他插件是不需要的。文中以波音飞机作为应用实例，因此选择受到世界飞行爱好者广泛认可的Wilcopub Boeing 737-300/400/500和PMDG 737NGX两款插件配合主程序使用。

1.2 模拟试车平台硬件

微软模拟飞行软件安装在家用计算机上运行，软件对计算机的硬件有一个最低的配置要求，在最低配置要求的基础上，硬件配置越高软件运行越流畅，但成本也会越高。软件的运行速度还与软件的设置和使用方式有密切关系。微软模拟飞行软件有很多的插件，如果在使用时加载了大量的插件，对电脑的配置要求就会相应提高。当把微软模拟飞行软件当做发动机模拟试车平台使用时，飞机停在机坪上不动，只需要加载机型插件，对硬件配置的要求与模拟飞机飞行相比有所降低。目前市场上主流配置的家用电脑足以在高画面质量设置的情况下流畅运行微软Flight Simulator X软件[11]。

1.3 软件的设置

软件使用时必须进行正确的设置，才能运行微软Flight Simulator X软件进行发动机模拟试车。

Flight Simulator X软件有三种模式：自由模式、任务模式、联飞模式，必须选择自由模式，才能选择需要的机型。在自由模式的界面内点击改变“当前机型”，软件会出现一个机型列表，如果成功安装了机型插件，插件飞机会显示在飞机列表里，选择机型（如波音737NG飞机）后点击确定。软件选择飞机机型的界面如图1所示。

如果使用默认机场，进入游戏后，飞机是在空中飞行的状态，就无法进行发动机试车。为此，需要设置机场。在软件中选择改变“当前位置”，通过直接输入四位机场代码（如广州新白云国际机场是ZGGG）快速检索目标机场，在搜索结果中选择想要的机场，确定可设置为对应机场，如图2所示。

图2 选择机场

“当前气象”和“当前时间”也需要进行设置。“气象主题”选Fair Weather，“当前时间”设置为白天的任意时间，选择当前气象和当地时间的界面如图3所示。上述设置完成后，点击起飞，运行软件，图4为软件运行时的飞机驾驶舱。在自由飞行模式下，系统默认游戏开始时发动机处于正常运行状态，需要先把发动机停车，可以使用手动停车的方法，也可以加载冷舱文件，使发动机自动停车。发动机停车后，就可以进行发动机模拟试车练习。

图3 选择当前气象和当前时间

图4 软件中的飞机驾驶舱

2 发动机模拟试车平台应用实例

发动机试车程序演示和飞机系统模拟测试是发动机模拟试车平台的两个主要教学功用，下面各举一个实例进行说明。

2.1 飞机系统虚拟测试实例

发动机启动前，需要先对部分飞机系统进行测试，测试结果符合要求再启动发动机。使用微软Flight Simulator X软件可以进行飞机系统模拟测试的教学，以灭火瓶爆炸帽测试为例进行说明。

飞机手册规定的测试程序如下：向左（右）扳灭火瓶爆炸帽测试电门，测试发动机灭火瓶左（右）发爆炸帽控制电路和APU灭火瓶爆炸帽控制电路工作是否正常。测试时，指示灯亮表明相应的发动机爆炸帽控制电路正常。使用模拟飞行软件进行模拟测试时，用鼠标操作软件中的测试电门，向左（或右）拖动鼠标，对应指示灯亮，表明灭火瓶爆炸帽控制电路正常，非常直观、方便，图5为灭火瓶爆炸帽测试效果图。

图5 灭火瓶爆炸帽测试效果图

2.2 发动机试车程序演示

微软Flight Simulator X软件在安装波音飞机机型插件的情况下，可以进行发动机干冷转、起动发动机、起动不成功的处置、发动机正常关车等试车程序的完整演示。以“起动发动机”为例进行说明。

用地面气源或APU气源起动波音737-300飞机发动机的简要程序如下（详细程序参见飞机手册）：

（1）完成发动机起动前的各项准备工作。

（2）接通气源并检查气源压力不小于30PSI.

（3）将点火电门放置到“L”或“R”位。

（4）将“发动机起动”电门放置到“地面”位后，检查证实相关指示灯和发动机参数符合手册要求。

（5）当N2转子转速达到25%时，将起动手柄放置到“慢车”位，监视发动机点火前、后的参数变化，应符合手册要求。

（6）当N2达47%时，起动机与附件齿轮箱的传动应脱开，“起动活门打开”灯熄灭，气源系统供气管压力回升；“发动机起动”电门从“地面”位跳回“关断”位。

（7）继续监测发动机起动加速过程中发动机参数的变化情况，并记录起动过程中的排气温度和燃油流量的最大值、起动时间。

在使用微软Flight Simulator X软件演示发动机起动程序时，可以通过鼠标和键盘切换软件中的飞机驾驶舱视角，接近需要操作的手柄、电门，使用鼠标完成对手柄、电门的操作，并观察驾驶舱中发动机仪表参数和指示灯的变化，按照规定的程序一步步地进行操作，直至发动机起动成功，即可实现对发动机起动程序的模拟。

3 实训教学效果评价

3.1 仿真效果

在微软Flight Simulator X软件平台上试用了Wilcopub公司的Boeing 737-300和PMDG公司的737NG两款插件飞机。这两款插件飞机的驾驶舱仿真程度达到了极高的水平，应用到教学当中，能够让学生体验到十分真实的发动机试车操作环境。

3.2 教学功能测试

微软Flight Simulator X软件是飞机飞行的模拟平台，并非专门为发动机试车而设计，因此并不能模拟发动机的所有试车程序，这也是低成本的模拟机平台的共同特点。波音737-300飞机是波音737飞机的经典型号，也是国内高职院校在教学中采用较多的民航客机机型，下面以此型飞机作为实例，来评估模拟飞行10软件能够模拟的发动机试车程序占发动机基本试车程序的比率。

波音737-300飞机发动机地面试车程序包含的内容如下：（1）试车前的检查工作；（2）发动机冷转程序，共5个项目；（3）发动机试车紧急情况处置程序，共 3个项目；（4）发动机起动程序，共 6个项目；（5）发动机关车程序，共3个项目；（6）动力装置测试程序。

试车程序中的第（6）部分动力装置测试程序以及（4）中的“人工超控起动发动机”程序必须在真实发动机上进行，所有的发动机模拟试车设备都无法模拟，因此不作为评价指标。试车程序（1）～（5）部分内容（“人工超控起动发动机”程序除外）为发动机试车的基本程序，共17个小项目。经过逐项程序测试，模拟飞行10软件能够完全模拟的试车程序为8项，能够基本完成（完成全部内容的80%）的试车程序为4项，不能完成（完成内容低于80%）的试车程序为5项。能够全部模拟和基本完成的试车程序所占比例为71%，不能完成的试车程序所占比例为29%.

3.3 存在的不足和完善的建议

用微软Flight Simulator X软件演示发动机试车程序的不足之处：（1）发动机试车过程中需要操作发动机和飞机多个系统的各种手柄和开关，而这些手柄和开关分布在驾驶舱内的不同部位，而软件通过一块屏幕（电脑显示器）来显示，这就需要频繁地切换视角和视距来接近要操作的设备。这会带来两个问题，一是操作人员的视野变小，方位感变差；另一方面会导致动作不连贯。（2）飞机驾驶舱中的负载控制中心面板P6和P18使用的是贴图，而不是模拟硬件，只能看到图形，却不能进行操作，使一部分试车程序不能够进行模拟。

完善的建议：把模拟飞行软件与安装有真实硬件的驾驶舱模型融合到一起使用，就能够在一定程度上弥补它的不足之处。例如当基于微软Flight Simulator X软件构建的发动机模拟试车平台与一个安装有真实元件的负载控制中心面板一起使用，来演示波音737-300飞机基本试车程序，不能完成的试车程序为0项，能够完全模拟的试车程序增加至13项，完全模拟和基本完成的试车程序所占比例将升高到100%，在教学功能方面达到较好的效果。

4 结语

使用微软Flight Simulator X软件、飞机机型插件和家用计算机组成的发动机模拟试车平台，能够进行对应机型飞机发动机的模拟试车，具有成本低、仿真效果好的优点，适合作为高职院校的发动机模拟试车教学设备。发动机模拟试车平台单独使用时能够实现大部分基本试车程序的演示，当与安装有必备的真实硬件的驾驶舱模型一起使用，能够模拟发动机地面试车手册中除性能测试之外的所有试车程序，达到较好的教学效果。

[1]杨鲁峰，曾 嵘，王敏华.某型航空发动机试车测控系统[J].测控技术，2012，31（8）：137-139.

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[3]刘振侠，高文君，张丽芬.航空发动机虚拟教学实验系统的建设与应用[J].价值工程，2013（11）：181-182.

[4]蒋焕兵.空中客车公司维修培训浅析[J].科技信息，2013，（12）：421.

[5]郭 婧.从具体到抽象再到具体[J].文教资料，2014（5）：62-63.

[6] 朱彩虹.让分层教学更有效[J].江苏教育研究，2012（20）：24-25.

[7]陈又军.现代飞行模拟机技术发展概述[J].中国民航飞行学院学报，2011，22（02）：25-32.

[8]王宜新，张晨虓，刘 虎.通用飞机飞行模拟器研究与优化[J].飞机设计，2012，32（3）：35-41.

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[11]袁书生.航空燃气涡轮发动机在翼试车实训教学[D].广州：华南理工大学，2015.

Application of Microsoft Flight Simulator in the Practical Training Teaching of Engine Test

YUAN Shu-sheng
（Guangzhou Civil Aviation College，Guangzhou Guangdong 510403，China）

To meet the requirement of the practical training of the students majoring in aviation maintenance，the basic method and feasibility of using microsoft simulation flight 10 as the engine simulation testing platform to developing the aero engine simulation test teaching were discussed.The results of test show that this new scheme has the characteristics of low cost and high degree of simulation and can meet the requirements of engine simulation test in practicing the basic test procedure.

aeroengine；testing；flight simulator；practical training teaching

Design and Calculation of New Multifunctional Snow Removal Vehicle

LI Xu-jun
（Sinotruk Liuzhou Yunli Kodiak Machinery Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545005，China）

G712

B

1672-545X（2017）09-0061-05

2017-06-22

袁书生（1978-），男，河北隆化人，蒙古族，工程师，硕士，教师，主要从事飞机机电设备维修专业实训课程开发及教学研究。

Abstract：The structure of multifunctional snow removal vehicle with winter and summer function were instructed，the design method and mathematical model of each function were put forward in this paper.

Key words：multifunctional snow removal vehicle；mathematical model；design method