基于物理模型数据驱动的航空发动机装试技术虚拟仿真及可视化平台

摘要

航空发动机本身是多学科综合产物,其结构、工作原理和运行工况非常复杂,给相关从业人员的学习带来较大困难;传统航空发动机装配均采用纸质装配图纸,具有很强的抽象性;航空发动机试车工艺大纲也使操作人员无法直接感受装试环境和条件;另外,现有的航空发动机仿真方式以大量计算为呈现手段的性能计算为主,无法满足航空发动机装试技术专业人才培养的需要.本文以某型航空发动机为研究对象,采用虚拟现实技术开发了一套集发动机虚拟试车操作培训考核、运行工况分析以及典型性能故障模拟等功能于一体的装试技术及可视化平台.本文系统地介绍了该仿真平台的架构及以物理模型为基础的虚拟装试技术、虚拟仿真装试交互场景防眩晕技术及分布式数据源等关键技术.该平台创新性地以发动机结构、工艺、工作过程等真实物理模型为基础,以虚拟现实技术为交互和呈现手段,将发动机工作数学模型、试车工艺模型等数据源独立分布在平台不同位置,设计了航空发动机装配、试车两大任务主线,搭建了一个以内部模型数据和外部人员操作输入共同驱动的具有强烈沉浸感的试验环境.结果表明:该平台能够在1∶1实景下进行合成音效、颜色空间、火焰形态等高精度实时反馈仿真数据的变化,较好地解决了航空发动机装试技术领域面临的真实性与运行成本、安全等方面的矛盾,为航空发动机试车人员培训提供了全新的研究和学习工具.