灵图互动-数字孪生,虚拟仿真解决方案优质提供商

灵图互动是数字孪生虚拟仿真平台软件优质企业

关于航空发动机控制系统课程虚拟仿真实验教学的研究

发布时间:2023-08-11

编辑人:灵图互动

阅读量:193

目前,我国航空航天类工程教育还沿袭着过去的人才培养模式,存在着重学科体系、教学内容陈旧、缺乏创新人才培养体制等现象,而工程教育的基本特征是“实践性”和“综合性”,目前国内许多高校对此重视程度不足,课程体系建设、校企实习、产学研合作等还缺乏制度保障,学生自主学习能力和意识还非常薄弱,教师教学的方式还有待与时俱进等。

为了适应我国航空事业发展需求,以培养具有专业胜任能力的综合应用型航空人才为目标,坚持“学生中心、问题导向、创新实践”的实验教学理念,按照“虚实结合、以虚补实”的原则,以民用航空涡扇发动机为对象,采用 3D 建模、原理动画、虚拟现实人机交互等技术研制航空发动机控制系统虚拟仿真实验教学平台,已是相关本科类航空专业院校亟待提上日程的一项任务,以解决航空动力专业相关课程实验教学的不足。

航空发动机控制系统虚拟仿真实验教学平台包括三个模块,航空发动机的结构认知与运行原理认知,航空发动机全权限数字式控制系统的认知学习,以及对航空发动机进行运转试车实验。

航空发动机控制系统虚拟仿真实验教学平台以 CFM56 大涵道比涡轮风扇发动机为对象,通过三维虚拟仿真方法设计航空发动机主要部件和控制系统软件,构建航空发动机虚拟仿真数字模型和控制器数字模型,当输入航空发动机实际工作的环境条件、飞行条件、调节控制参数变量的数据后,航空发动机仿真模型根据飞行高度、速度、环境温度、燃油量,涡轮前燃气温度、发动机转速、推力、耗油率等各物理参数,传递给电子控制器数字模型,电子控制器按照设定的控制规律计算出执行机构等指令,然后再传递执行结果给发动机数字模型,从而形成发动机控制系统的全数字仿真闭环。

航空发动机控制系统虚拟仿真实验教学平台

(一)实验方法

模型法

通过构建三维模型的方法模拟发动机运行的实验,训练并评价学生在模拟试车台和环境中的操作。航空发动机控制系统虚拟仿真实验教学平台拟选择民航 CFM56 大涵道比涡轮风扇发动机为基础建设,以真实发动机为蓝本的完整建模。学生可以自主学习航空发动机主体结构、控制系统组成、运行原理,通过鼠标可以在实验室进行虚拟现实漫游参观学习及操作,并可对发动三维模型机进行360 度旋转、放大缩小,对细节部件展开、收起,全方位观察学习。

数字法

航空发动机控制系统虚拟仿真实验教学平台通过构建涡扇发动机数字模型,通过输入发动机运行参数计算输出发动机的工作参数变化,反映发动机受外部参数改变而相应产生的真实运行过程;同时也构建了全权限数字电子航空发动机控制系统的数学模型,通过模拟飞行员的操作指令、发动机参数及外界参数,由模型计算后,输出操作各附件执行机构动作,改变发动机模型输入参数,进而控制发动机运转;最终实现发动机控制系统的全数字化仿真。学生可自由设计控制器控制规律的输入参数,仿真验证参数的改变对发动机控制系统的影响。

情境法

航空发动机控制系统虚拟仿真实验教学平台可以为学生提供与航空发动机全面交互的虚拟环境。学生在虚拟的环境中,可立体、生动地感知航空发动机结构,自由调整发动机控制规律参数,自主参与航空发动机控制系统试车台实验操作。学生沉浸其中。进行实验时,系统具有步骤提示与纠错功能,允许学生不断“试错”;系统也会对学生的整个操作过程进行记录和评分,可真实反映学生对航空发动机控制系统虚拟仿真实验的理解和掌握程度。

航空发动机控制系统虚拟仿真实验教学平台实验方法

(二)教学步骤

步骤 1:航空发动机组成结构认知。在航空发动机控制系统虚拟仿真实验教学平台的虚拟场景中,选择航空发动机演示,场景切换到 CFM56 大涵道比涡轮风扇发动机,认知各部件结构,侧面显示部件参数说明,通过鼠标可以对整机和部件进行放大缩小及多角度深入仔细观察。

步骤 2:航空发动机控制系统组成认知。在航空发动机控制系统虚拟仿真实验教学平台中,选择发动机控制系统演示,通过列表选择电子控制器、燃油、滑油、供气及冷却、起动与点火、排气及反推、操纵及指示等子菜单,虚拟现实场景中,高亮显示相关子附件外观,并配以讲解动画说明附件工作原理,并有窗口显示附件功能说明。

步骤 3:航空发动机运行原理演示。航空发动机控制系统虚拟仿真实验教学平台通过流线、粒子、色差展示气流在发动机整机和部件内部的流动情况,刻画气流在发动机内部细节,可全视角自由旋转和缩放观察,感性认知航空发动机各部件内复杂流动的气流;并通过界面控件调节可调静子叶片改变流入发动机气流对发动机运行的影响演示。

步骤 4:航空发动机控制系统变量参数设计。在航空发动机控制系统虚拟仿真实验教学平台中,打开发动机参数设计界面,可依照实验规程,更改发动机运行环境参数和附件控制及响应参数,然后再运行控制器进行控制验证,学生可熟悉发动机各项输入参数对其运行的影响。

步骤 5:熟悉航空发动机操作系统。航空发动机控制系统虚拟仿真实验教学平台模拟驾驶舱页面,提供直观的模拟油门手柄、发动机参数指示系统,学生可直观辨认及体验操作真实飞机的发动机运转控制过程。

步骤 6:航空发动机组成与控制系统工作原理考核。当学生完成航空发动机组装和控制系统原理框图查看与操作后,可以在此步骤进行控制系统学习及设计验证,在离开本模块前完成理论知识点考核,测试结果通过后台记录,作为最终考核成绩的一部分。

步骤 7:航空发动机试车参数变量。在航空发动机控制系统虚拟仿真实验教学平台中,熟悉控制系统在虚拟飞机操作面板位置,查看各个软件的功能及操作方法。

步骤 8:航空发动机运转试车方案制定,开始实验操作前制定实验方案,选定预先设定实验流程,然后学生任意选定参数,确定方案后进入实验操作。

步骤 9:起动发动机,在虚拟飞机操作面板上给发动机控制器上电,通过油门手柄起动发动机到慢车状态,在发动机参数测量系统界面观察发动机主要参数变化,若有异常给出警告,并分析故障原因。

步骤 10:航空发动机参数测量,按试车规程进行试车,改变油门手柄角度,推油门至发动机额定状态,稳定运行 2 分钟;然后收油门至发动机慢车状态,稳定运行2 分钟,推油门到最大位置,记录该状态的各项参数。观察发动机参数变化规律,如果异常,暂停实验,进行故障查找和排除。

步骤 11:关闭航空发动机实验,将油门手柄收到停车位置,发动机停止转动。实验结束后断电,恢复实验台状态。整理数据,获得航空发动机运转试车数据曲线。

航空发动机控制系统虚拟仿真实验教学平台教学步骤

据行业分析,航空航天类专业近三年来有大量虚拟仿真实验室立项建设。现在已通过国家鉴定且发布到国家虚拟仿真实验教学项目共享平台上的相关项目有 34个,其中有 5 个与航空发动机相关,讲解航空发动机原理的有 2 个,并且其都是以老旧小型涡喷发动机为原型,并以发动机装配和试车实验为主。现有航空发动机实验室的功能单一且脱离实际,建设数量较少,无法满足日益增长的学生学习需求。

构建合理的课程教学体系,注重实践教学与综合化训练课程建设,开发有效的航空发动机控制系统课程虚拟仿真实验教学平台建设,灵图互动将为相关高校院系负责部门提供技术支持服务,望尽快解决航空航天类专业的实训问题。

优秀案例推荐:

  • 1
分享 标签
创建于2023-08-11
行业知识库

灵图互动(武汉)科技有限公司版权所有Copyright © 2015-2023

鄂ICP备16014868号-1

虚拟仿真 数字孪生