基于ANDROID系统的飞行仪表仿真研究

何成慧鸿顾莹孙鸿斐吴俊睿

（上海工程技术大学飞行学院，中国上海201620）

【摘要】为解决上课只能对照书本讲解概念而无法直观了解飞机仪表工作原理等教学现状，设计了一款飞机仪表仿真软件，模拟了高度表和空速表的工作原理，并运用JAVA语言进行编程，实现在ANDROID系统上的运行。这样学生不仅可以加深学习印象，而且可以更好地掌握所学课程。

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关键词 ANDROID；高度表；空速表

0研究背景和意义

本项目是围绕基于ANDROID系统的飞行仪表仿真研究展开,其目的在于实现飞行仪表的便携式使用,为以后课程的学习提供基础。

飞行仪表的使用是飞行员必须掌握的基本知识和技能。目前,国内外的飞行训练在教学手段上,除了采用传统的黑板画图、模型演示、挂图、教具模拟外,最为突出的一点是引进多媒体教学和计算机辅助教学。这不仅有助于提高学生的学习兴趣,提升教学质量,还能提高教学效果。然而,仅仅使用这些普通幻灯片式的课件是无法解决仪表飞行方法中诸多关键技术的教学,甚至是使用模拟机,飞机进行的教学也无法解决某些仪表飞行技术难点。

现在也有很多关于飞行仪表的模拟软件，不过其中大多数是基于电脑上使用的，而基于手机软件的飞行仪表不多，几乎现有的软件也需要通过购买才能使用。这样对于学生来说，不能方便使用。

在软件正式完成之后，学生们可以在课堂上使用这个软件，对原本课本上枯燥乏味的知识产生兴趣。或是课后拿出手机，就可以直观地了解到飞机仪表的工作原理及其计算公式。这样不但能够提高学习兴趣，还可以进一步加强对飞机仪表的认识。

1研究方案

本研究围绕飞机仪表的工作原理和制作展开，注重飞行仪表的准确性，其研究内容和研究步骤如下。

1.1研究内容

通过研究，制作两个典型的飞行仪表，即高度表和空速表，并实现其在ANDROID系统上的可视化运行。

（1）高度表，用于测量飞机相对于某一水平基准面的垂直距离的仪表，常使用气压式高度表和无线电高度表。本研究主要针对气压式高度表设计的。

气压式高度表是利用大气静压随高度升高而降低的原理，利用真空膜盒的膨胀和收缩，从而实现对飞行高度的测量。

（2）空速表，用于测量和指示飞机相对周围空气的运动速度。其工作原理是利用动压和指示空速之间的函数关系，利用开口膜盒测量动压，从而实现对指示空速的测量。其中动压是不可测量的，而是利用伯努利方程，通过实际测量的全压和静压计算得到的。

1.2研究步骤

（1）仪表显示图形化。即按照初教机（如C172）的高度表和空速表，绘制其仪表图形。

（2）其次，仪表运行程序化。根据高度表和速度表的工作原理，编写控制仪表运行的程序，并能在ANDROID系统上使用。

（3）手机调试。将编写好的软件安装在ANDROID系统的手机上进行调试，判断程序是否工作正常，符合其本身的工作原理；同时查找问题，发现不足之处，并加以修改。

2程序设计

2.1应用软件

本软件设计的最终目的是在ANDROID系统上实现飞行仪表的运行，因此需要进行相应的软件编程。一般软件是通过某种程序设计语言来实现的，目前最常用的是基于JAVA语言的ANDROID手机软件开发。

（1）JAVA语言的特点

之所以选择基于JAVA语言进行程序设计，主要考虑其具有如下三个特点：

第一，面向对象。面向对象是程序设计的一种方式，其基本思想是使用对象、类、继承、封装、多态等基本概念来进行程序设计。相比传统面向过程的编成，面向对象的程序设计具有易编写、易理解、易维护、易扩展等特点。这样使JAVA语言通俗易懂。

第二，简单性。相比同样是面向对象的C++语言，JAVA在吸取其优点的基础上，克服了其难以理解、计算复杂的缺点，应运而生。另外JAVA系统非常小，可在相当小的系统上独立工作。

第三，独立性。JAVA语言可以在不同的计算机结构中运行，实现了平台的独立性。它采用先编译成中间码，然后装载与校验，再解释成不同的机器码来执行，这种思想被称为“虚拟机”，它完全摆脱了平台环境的局限性，实现了运行的灵活性。

（2）ANDROID操作系统

ANDROID是主流智能手机的操作系统，是以LINUX为基础的开放源代码操作系统。该平台由操作系统、中间件、用户界面和应用软件组成。

和其他操作系统一样，采用了分层的架构，从高层到低层分别是应用程序层、应用程序框架层、系统运行库层和Linux内核层。

ANDROID开发四大组件分别是：活动（用于表现功能，是所有程序的根本）、服务（后台运行服务，不提供界面呈现）、广播接收器（用于接收广播）、内容提供商（支持在多个应用中存储和读取数据，相当于数据库）。

2.2开发流程

程序设计的主要流程包括结构设计、编写脚本、手机调试、修改完善、投入使用等环节。

（1）结构设计：主要采用分功能、分模块的思想进行设计。整个程序包括主界面程序、高度表工作程序和空速表工作程序三个主要模块。

（2）编写脚本：主要利用JAVA语言将简单的数学公式程序化，实现基于计算机语言的运行。

（3）手机调试：在ANDROID平台上运行已编写的脚本程序，测试程序是否能成功运行。

（4）修改完善：若程序报错或无法运行，需要修改，并完善界面。

（5）投入使用：程序正常运行，即可复制使用。

2.3主要程序

2.3.1主界面程序

2.3.2高度表工作程序

2.3.3空速表工作程序

2.4运行及展示

此款软件的运行非常简单，将该程序导入到手机存储卡中，在手机相应的存储位置中打开此文件即可完成此程序的自动安装，并在手机桌面生成相应程序图标，点击即可使用。运行软件后，主要有三个界面，即主界面、高度表使用界面以及空速表使用界面。

3小结

此款软件的制作不仅包含了专业知识的训练和掌握，还学习了将理论知识转化为计算机实现的方式。这款软件的成功运行对于飞行技术专业的学生及老师来说将是一个“福音”。因为本专业由于受限于条件因素较严重，在理论学习阶段都无法在真飞机上直观地去了解，感受飞机的运行。故这款软件带来的将是一种教学效果的提升。

另外，这款软件仍在继续地完善当中，还有诸如航向仪表、姿态仪表等还在开发中。所以相信这款软件将在不久的将来改变本专业的上课模式。

［责任编辑：曹明明］