一种飞机发动机模拟教学系统及方法与流程

本发明涉及一种飞机发动机模拟教学系统及方法。

背景技术：

随着科学的发展和社会的不断进步，航空设备（如飞机等）在军事和民用中均起到了越来越重要的作用，发动机是飞机上重要的组成部件，用于为飞机的飞行提供所需动力，能够直接影响飞机的性能、可靠性及经济性；在各类航空学院的教学工作中，飞机发动机的理论教学中占有十分重要的地位。

但是由于飞机发动机本身的复杂性和其工作环境的特殊性，导致发动机专业实体教学工作开展十分困难；目前国内各类型航空院校由于教学设备的限制，在发动机教学工作中均采用传统的方式和模式进行发动机理论教学；通过发动机专业课程后学生对发动机的理解还处于课本上涉及的理论阶段；教学人员无法直接展示飞机发动机的运行状态，学生也无法直接地观测飞机发动机的运行情况；不利于将理论与实际相结合以实现飞机发动机相关知识的教学；因此目前国内航空发动机领域由于发动机教学工作的滞后导致该行业发展明显落后国外，国内的相关教学方式不足以支撑国内飞机发动机行业发展的需要，因此改变当前教学环境变得尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种飞机发动机模拟教学系统及方法，通过数据仿真模型与三维模型创建相结合的方式，在教学过程中能够直观地展示飞机发动机的运行状态，有利于改善飞机发动机的教学环境，提高教学效率。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种飞机发动机模拟教学系统，包括：

数据仿真子系统，用于构建飞机发动机的数据仿真模型和相关特性仿真模型，并接收外部的发动机控制数据，进行解析获得控制命令，再将飞机发动机的数据仿真模型、相关特性仿真模型和解析得到的控制命令提供给三维模型创建子系统；

其中，相关特性仿真模型包括燃油数据仿真模型、燃油控制仿真模型、空气数据仿真模型、气源仿真模型、排气仿真模型、点火系统数据模型和发动机启动系统从静止状态到高速运动的连续运动数据模型；具体地，所述的数据仿真子系统包括：发动机仿真模块，用于构建飞机发动机的数据仿真模型，以建立发动机各个骨骼结构的数学关系，反应飞机发动机的参数和物理特性，并提供给三维模型创建子系统；燃油仿真模块，用于构建飞机发动机的燃油数据仿真模型和燃油控制仿真模型，并提供给三维模型创建子系统；所述的燃油数据仿真模型包括燃油本身的物理模型、温度模型和流体数据模型；所述的燃油控制仿真模型包括飞机发动机中燃油控制模块的物理模型和运动模型；空气流体仿真模块，用于构建飞机发动机的空气数据仿真模型、气源仿真模型和排气仿真模型，并提供给三维模型创建子系统；所述的空气数据仿真模型包括空气特性模型、空气流体数据模型和空气温度模型；发动机启动仿真模块，用于构建发动机点火系统数据模型以及发动机启动系统从静止状态到高速运动的连续运动数据模型，并提供给三维模型创建子系统；发动机控制模块，接收外部的发动机控制数据，进行解析获得控制命令，并将控制命令提供给三维模型创建子系统。

三维模型创建子系统，用于根据来自数据仿真子系统的信息加载发动机三维模型，控制发动机三维模型运动，并接收外部的渲染显示控制数据，对发动机三维模型进行特效渲染和显示。具体地，所述的三维模型创建子系统包括：三维模型加载模块，用于根据来自发动机仿真模块、燃油仿真模块、空气流体仿真模块和发动机启动仿真模块的信息加载飞机发动机的三维模型；三维模型运动模块，用于根据来自发动机控制模块的控制命令，加载发动机三维模型各个骨骼结构的动画并控制发动机三维模型运动；三维模型渲染模块，对发动机三维模型的特效进行渲染，渲染的三维模型特效包括温度改变特效和设备损坏特效；三维模型显示模块，用于对发动机三维模型实时动画、运动情况和模型特效进行显示，三维模型显示模块的显示方式包括整体显示、透视显示、部分显示和动态拆分显示；综合控制模块，用于接收外部的渲染显示控制数据，对三维模型渲染模块的渲染特效和三维模型显示模块的显示方式进行控制。

优选地，所述的飞机发动机模拟教学系统还包括外部的发动机控制设备，用于向数据仿真子系统中提供发动机控制数据。该发动机控制设备为专业的航空设备，如油门台等。

优选地，所述的飞机发动机模拟教学系统还包括外部的三维模型控制设备，用于向三维模型创建子系统提供渲染显示控制数据。该三维模型控制设备包括pc电脑或移动手持终端，主要采用移动手持终端，包括手机或ipad。

所述的一种飞机发动机模拟教学系统的教学方法，包括以下步骤：

s1.数据仿真子系统构建飞机发动机的数据仿真模型和相关特性仿真模型，并提供给三维模型创建子系统；

s2.三维模型创建子系统根据来自数据仿真子系统的信息加载发动机三维模型；

s3.数据仿真子系统接收外部的发动机控制数据，进行解析获得控制命令提供给三维模型创建子系统，由三维模型创建子系统根据接收到的控制命令，加载发动机三维模型各个骨骼结构的动画并控制发动机三维模型运动；

s4.三维模型创建子系统接收外部的渲染显示控制数据；

s5.三维模型创建子系统根据接收到的控制数据对发动机三维模型的特效进行渲染；

s6.三维模型创建子系统根据接收到的控制数据对发动机三维模型实时动画、运动情况和模型特效进行显示。

其中，所述的步骤s1包括以下子步骤：

数据仿真子系统构建飞机发动机的数据仿真模型，建立发动机各个骨骼结构的数学关系，反应飞机发动机的参数和物理特性，并提供给三维模型创建子系统；

数据仿真子系统构建飞机发动机的燃油数据仿真模型和燃油控制仿真模型，并提供给三维模型创建子系统；所述的燃油数据仿真模型包括燃油本身的物理模型、温度模型和流体数据模型；所述的燃油控制仿真模型包括飞机发动机中燃油控制模块的物理模型和运动模型；

数据仿真子系统构建飞机发动机的空气数据仿真模型、气源仿真模型和排气仿真模型，并提供给三维模型创建子系统；所述的空气数据仿真模型包括空气特性模型、空气流体数据模型和空气温度模型；

数据仿真子系统构建发动机点火系统数据模型以及发动机启动系统从静止状态到高速运动的连续运动数据模型，并提供给三维模型创建子系统。

步骤s5中所述发动机三维模型的特效包括温度改变特效和设备损坏特效；步骤s6中所述发动机三维模型的显示方式包括整体显示、透视显示、部分显示和动态拆分显示。

本发明的有益效果是：（1）通过数据仿真模型与三维模型创建相结合的方式，在教学过程中能够直观地展示飞机发动机的运行状态，有利于改善飞机发动机的教学环境，提高教学效率。

（2）能够通过外部的发动机控制设备，向数据仿真子系统中提供发动机控制数据，再由发动机控制模块接收、解析以获得控制命令，将控制命令提供给三维模型创建子系统，控制发动机三维模型运动，提高了模拟教学过程中的可操作性。

（3）能够通过外部的三维模型控制设备，向三维模型创建子系统提供渲染显示控制数据，再由综合控制模块接收控制数据，对三维模型渲染模块的渲染特效和三维模型显示模块的显示方式进行控制，提高了模拟教学过程中渲染、显示的灵活性。

附图说明

图1为本发明的系统原理框图；

图2为本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种飞机发动机模拟教学系统，包括：

数据仿真子系统，用于构建飞机发动机的数据仿真模型和相关特性仿真模型，并接收外部的发动机控制数据，进行解析获得控制命令，再将飞机发动机的数据仿真模型、相关特性仿真模型和解析得到的控制命令提供给三维模型创建子系统；

在本申请的实施例中，相关特性仿真模型包括燃油数据仿真模型、燃油控制仿真模型、空气数据仿真模型、气源仿真模型、排气仿真模型、点火系统数据模型和发动机启动系统从静止状态到高速运动的连续运动数据模型；相应的，所述的数据仿真子系统包括：发动机仿真模块，用于构建飞机发动机的数据仿真模型，以建立发动机各个骨骼结构的数学关系，反应飞机发动机的参数和物理特性，并提供给三维模型创建子系统；燃油仿真模块，用于构建飞机发动机的燃油数据仿真模型和燃油控制仿真模型，并提供给三维模型创建子系统；所述的燃油数据仿真模型包括燃油本身的物理模型、温度模型和流体数据模型；所述的燃油控制仿真模型包括飞机发动机中燃油控制模块的物理模型和运动模型；空气流体仿真模块，用于构建飞机发动机的空气数据仿真模型、气源仿真模型和排气仿真模型，并提供给三维模型创建子系统；所述的空气数据仿真模型包括空气特性模型、空气流体数据模型和空气温度模型；发动机启动仿真模块，用于构建发动机点火系统数据模型以及发动机启动系统从静止状态到高速运动的连续运动数据模型，并提供给三维模型创建子系统；发动机控制模块，接收外部的发动机控制数据，进行解析获得控制命令，并将控制命令提供给三维模型创建子系统。

三维模型创建子系统，用于根据来自数据仿真子系统的信息加载发动机三维模型，控制发动机三维模型运动，并接收外部的渲染显示控制数据，对发动机三维模型进行特效渲染和显示。具体地，所述的三维模型创建子系统包括：三维模型加载模块，用于根据来自发动机仿真模块、燃油仿真模块、空气流体仿真模块和发动机启动仿真模块的信息加载飞机发动机的三维模型；三维模型运动模块，用于根据来自发动机控制模块的控制命令，加载发动机三维模型各个骨骼结构的动画并控制发动机三维模型运动；三维模型渲染模块，对发动机三维模型的特效进行渲染，渲染的三维模型特效包括温度改变特效和设备损坏特效；三维模型显示模块，用于对发动机三维模型实时动画、运动情况和模型特效进行显示，三维模型显示模块的显示方式包括整体显示、透视显示、部分显示和动态拆分显示；综合控制模块，用于接收外部的渲染显示控制数据，对三维模型渲染模块的渲染特效和三维模型显示模块的显示方式进行控制。

本申请通过数据仿真模型与三维模型创建相结合的方式，在教学过程中能够直观地展示飞机发动机的运行状态，有利于改善飞机发动机的教学环境，提高教学效率。

在本申请的实施例中，所述的飞机发动机模拟教学系统还包括外部的发动机控制设备，用于向数据仿真子系统中提供发动机控制数据。该发动机控制设备为专业的航空设备，如油门台等；在教学过程中，教学人员可以通过发动机控制设备（油门台等）对发动机的三维模型进行控制，由数据仿真子系统中的发动机控制模块接收、解析以获得控制命令，将控制命令提供给三维模型创建子系统，控制发动机三维模型运动，并通过三维模型显示模块展示给学生，提高了模拟教学过程中的可操作性。

在本申请的实施例中，所述的飞机发动机模拟教学系统还包括外部的三维模型控制设备，用于向三维模型创建子系统提供渲染显示控制数据。该三维模型控制设备包括pc电脑或移动手持终端，主要采用移动手持终端，包括手机或ipad，在教学过程中，教学人员可以通过三维模型控制设备（pc电脑、手机、ipad等）对发动机三维模型的特效渲染（温度改变特效和设备损坏特效）进行控制，也可以对三维模型显示模块的显示方式（整体显示、透视显示、部分显示和动态拆分显示等）进行控制，提高了模拟教学过程中渲染、显示的灵活性。

如图2所示，所述的一种飞机发动机模拟教学系统的教学方法，包括以下步骤：

s1.数据仿真子系统构建飞机发动机的数据仿真模型和相关特性仿真模型，并提供给三维模型创建子系统；在本申请的实施例中，所述的步骤s1包括以下子步骤：数据仿真子系统构建飞机发动机的数据仿真模型，建立发动机各个骨骼结构的数学关系，反应飞机发动机的参数和物理特性，并提供给三维模型创建子系统；数据仿真子系统构建飞机发动机的燃油数据仿真模型和燃油控制仿真模型，并提供给三维模型创建子系统；所述的燃油数据仿真模型包括燃油本身的物理模型、温度模型和流体数据模型；所述的燃油控制仿真模型包括飞机发动机中燃油控制模块的物理模型和运动模型；数据仿真子系统构建飞机发动机的空气数据仿真模型、气源仿真模型和排气仿真模型，并提供给三维模型创建子系统；所述的空气数据仿真模型包括空气特性模型、空气流体数据模型和空气温度模型；数据仿真子系统构建发动机点火系统数据模型以及发动机启动系统从静止状态到高速运动的连续运动数据模型，并提供给三维模型创建子系统；

s2.三维模型创建子系统根据来自数据仿真子系统的信息加载发动机三维模型；

s3.数据仿真子系统接收外部的发动机控制数据，进行解析获得控制命令提供给三维模型创建子系统，由三维模型创建子系统根据接收到的控制命令，加载发动机三维模型各个骨骼结构的动画并控制发动机三维模型运动；

s4.三维模型创建子系统接收外部的渲染显示控制数据；

s5.三维模型创建子系统根据接收到的控制数据对发动机三维模型的特效进行渲染；其中，发动机三维模型的特效包括温度改变特效和设备损坏特效。

s6.三维模型创建子系统根据接收到的控制数据对发动机三维模型实时动画、运动情况和模型特效进行显示；在本申请地实施例中，发动机三维模型的显示方式包括整体显示、透视显示、部分显示和动态拆分显示。