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飞行模拟器概述

  飞行模拟技术是一门以系统仿真、飞行动力学、电子技术、自动控制理论、自适应技术为基础,以航空、航天科技工业中的飞行器(包括飞机、导弹、火箭、飞船等)为研究对象,借助建模与仿真手段,通过飞行模拟器的仿真模拟来进行飞行理论、技术和方法探索,飞行器性能和特性预先研究,系统结构及参数优化以及飞行工作人员(包括驾驶员、操作手和指挥人员等)的模拟训练,复现实际飞行中难以重复的飞行状态,以及进行辅助飞行试验等方面研究的综合技术。
  1 飞行模拟器组成
  飞行模拟器分为工程研究用模拟器和训练用模拟器。工程研究用模拟器主要用于新型飞行器的研究、试验以及已有飞行器的改进;训练用模拟器主要用于训练飞行人员的驾驶技术、领航技术、轰炸技术,演练飞行作战任务以及训练对某些机载设备(如雷达)的操作。飞行模拟器通常是由模拟座舱、运动平台系统、视景系统、仿真计算机、教员控制台组成。
  1)模拟座舱的外观和功能与真实飞机的座舱几乎完全一致。座舱内的仪表、操纵杆、电气开关、控制面板和各种指示灯等,基本采用飞机上的实物设备,各种设备的操纵感觉和使用现象也和真飞机基本一致,使得培训人员进入模拟座舱如同进入真飞机的座舱,能够迅速的熟悉座舱内设备的位置,掌握飞机设备的操纵规程。
  2)运动平台系统用来模拟飞机的姿态及速度的变化,以使飞行员的身体感觉到飞机的运动。根据飞行训练的实际需要,运动平台系统可分为单自由度、三自由度和六自由度。单自由度平台可以实现沿Z轴(垂直轴)的移动。三自由度平台可以实现沿z轴(垂直轴)的移动及绕X、Y轴(水平轴)的转动。六自由度平台可实现沿X、Y、Z轴的移动及绕X、Y、Z轴的转动。
  3)视景系统是由利用计算机建模和图像处理技术,实时生成座舱外的影像。通过投影仪等显示装置,将飞机机场、跑道、地面建筑、地形乃至天气状况等实时画面逼真的显示出来,使飞行员产生了身临其境的感觉,极大的提高了训练效果。
  4)仿真计算机是飞行模拟器的神经中枢。飞行模拟器就是一个实时性要求很高、交流的信息量很大,精度要求较高的实时仿真控制系统。计算机系统承担着整个模拟器各个系统的数学模型的解算与控制任务。它是由若干台计算机联合组成一个网络,各计算机既分别处理不同的信息,相互之间又不断地进行信息交流,从而使整个模拟器协调一致地运行。
  5)教员控制台是飞行模拟器的监控中心,主要用来监视和控制飞行训练情况。它不但能及时显示飞机飞行的各种参数,飞机飞行的轨迹,而且还能设置各种飞行条件(如风速、风向、气温、气压、起始位置)。另外,还能设置各种特情,以训练飞行员的判断与处理特情的能力。先进的教员台,还具有维护检测、考核、鉴定等功能。
  飞行模拟器不但是进行飞机研制和设计的有力工具,在飞行员的培训方面也发挥了传统训练方式所不可比拟的优势。
  1)利用模拟器训练可以不受天气、地域等自然条件的限制,还可以不受飞机数量和飞行教员数量的限制,增强了训练的主动性和时效性。2)利用模拟器训练可以不受机场飞行管制的限制,随意安排飞行的次数和飞行的科目。3)利用模拟器训练可以避免实装设备的损耗、维护保障和燃油的消耗,节省了大量的军费。我军某飞行学院曾于上世纪80年代在飞行训练阶段进行过模拟训练试点,仅16名飞行学员就节省飞行时间236小时,节约航油669吨,价值70多万元。4)利用模拟器训练不会危及飞行员的生命安全,可以针对危险科目大胆的进行训练,增强飞行员处置特情的能力。5)利用模拟器训练可以考核、评估飞行员的飞行技术,发现飞行操作中存在的问题,促进飞行技术的提高。
  
  2 飞行模拟器回顾
  
  飞行模拟器的研制历史差不多和飞机一样长。其发展大致经历以下三个阶段:
  第一阶段是机电模拟阶段。这一阶段是从上世纪20年代末开始的,是飞行模拟器的初级阶段。由于当时的模拟水平较低,所以通常把飞行模拟器称为飞行练习器。1929年,美国人爱德华・林克设计出第一台机械气动式飞行练习器。它主要向学员演示操纵机构对模拟飞机姿态的影响,以训练飞行员的协调驾驶能力。
  第二阶段是电子模拟阶段。这一阶段是从上世纪四十年代开始的,是飞行模拟器的中级阶段。1941年,英国的电信研究所设计了一种能解算飞机运动方程的电子模拟器。1949年,林克公司开发出自己的电子模拟计算机,用于C-11喷气飞机练习器,并向美国空军出售了一千多台这一类练习器。利用电子模拟计算机,可以求解并再现飞机的气动特性、发动机特性以及机械各系统的特性。这类模拟器,模拟设备已相当完各,相当复杂,除了较逼真地模拟座舱各种仪表及有关设备的工作外,还采用幻灯、电影以至闭路电视来模拟座舱外部的视觉景象。
  第三阶段,是数字模拟阶段,这是飞行模拟器的高级阶段。这一阶段是从上世纪六十年代初期开始的。1963年美国林克公司生产了第一台数字电子计算机式的波音727飞行模拟器。随着大、中型数字电子计算机及微型计算机的飞速发展,数字计算机控制的飞行模拟器就像雨后春笋般地出现了。由于数字计算机的使用,以及采用其它新技术,极大的增强了飞行模拟器的功能,不仅提高了各种座舱设备的模拟精度,而且还出现了大视场角的计算机成像视景系统,六自由度、大活动范围的座舱运动平台,多通道的过载座椅与载荷服,以及逼真的音响模拟设备。
  
  3 飞行模拟发展趋势
  
  飞行模拟器作为唯一的一种安全、经济且有效的作训工具和手段,得到了各国军方的高度重视,纷纷加以重点发展,呈现出以下发展趋势:
  3.1不断增加研制、采购费用。1995~2000年,美军用于采购模拟器的费用就高达36亿美元。尽管飞行模拟器的单台研制费用很高,甚至会超过所模拟机型的飞机的造价,但是,一旦模拟器投入使用,其巨大的经济效益和军事效益就会迅速显现出来,这也正是各国不借花费巨资购置模拟器的真正原因。
  3.2采用最先进的技术。将最新的计算机控制技术、图形/图像技术、传感与测量技术、网络技术、人工智能技术应用在飞行模拟器上,最大限度的模拟真实飞行。
  3.3网络化。将分散、独立的飞行模拟器通过网络与作战指挥模拟器、雷达模拟器以及其它军事训练模拟器连接,形成了综合、协同的模拟训练网络。二十世纪八十年代末,美、英、法通过卫星联网和计算机模拟实现大规模模拟军事演习,如代号为“S-89”的欧洲模拟演习。
  3.4研制和使用时间提前。通常飞行模拟器是在飞机生产了几年之后才研制出来,但是随着模拟器研制带来的巨大经济效益越来越被飞机制造厂商、科研单位所关注,模拟器的研制进度也大大提前,可以与飞机的研制、生产同步,甚至提前将模拟器装备部队,缩短了培训时间,使新飞机装备部队就能快速形成战斗力。

信息来源:  https://www.xzbu.com/8/view-8876312.htm

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