[科普中国]-飞行模拟器

由于飞行模拟器具有安全、可靠、方便、经济、工作效率高,且不受气象条件的限制等突出优点,因此发展相当迅速。它的历史可追溯至20年代,在七十余年的发展历程中,飞行模拟器经历了机械式、电子式和数字式的三个发展阶段。运动系统经历了单自由度、二自由度、三自由度到六自由度的发展阶段,控制方式由机械式、电子式最终过渡到数字式,训练手段由人工型、机械型到全数字计算机模拟型,视景系统由光学透明画和电影胶片到广泛采用闭路电视和摄像机投影以至到现在最流行的计算机虚拟现实的图形制作成像技术:模拟舱座从仅有部分模拟仪表发展到完整的同步式飞行仪表舱1。

早在1929年，美国的爱德华·林克就设计出世界上第一台机械式的飞行模拟器，称为林克机。随着科学技术的进步，飞行模拟器也变得越来越先进。现代的飞行模拟器，集计算机、机械、电气、电子、自动控制、液压、光学等技术于一身，是一种十分复杂、精密的高科技设备。

在2009年加拿大根据林克机的特点和模拟技术研制出了dreamflyer模拟器，其是一个体验现实与虚拟的飞行仿真运动平台，主要适合不同用途不同群体的航空飞行爱好者实现体验驾驶飞行，学习飞行知识，提高飞行驾驶经验，不受任何天气、场地、环境、执照、空管等多种因素的制约，能够使飞行体验者产生身临其境的模拟器。

用来模拟飞机飞行的模拟器，称为飞机飞行模拟器。通常由模拟座舱、运动系统、视景系统、计算机系统及

教员控制台等五大部分组成。

训练用飞行模拟器的模拟座舱，其内部的各种操纵装置、仪表、信号显示设备等与实际飞机一样工作、指示情况也与实际飞机相同。因此飞行员在模拟座舱内，就像在真飞机的座舱之中。飞行员操纵各种操纵设备驾驶杆、油门、开关等时，不但各种仪表、信号灯能相应工作，而且还能听到相应设备发出的声响，以及外界环境的声音。同时，飞行员的手和脚上还能有因操纵飞机而产生的力感。

运动系统是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。先进的飞行模拟器，其运动系统具有六个自由度，即在三维坐标中绕三个轴的转动及沿三个轴的线位移。主要有六个液压伺服作动筒及支撑的平台，模拟座舱就安装在平台之上。六个作动筒的协同运动，可驱动平台并使座舱模拟出飞机的运动变化情况。

视景系统是用来模拟飞行员所看到的座舱外部的景象，从而使飞行员判断出飞机的姿态、位置、高度、速度以及天气等情况。先进的视景系统，是用计算机来产生座舱外部的景象，然后通过投影、显示装置显示出来。

计算机系统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。现代的飞行模拟器，通常都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。

教员控制台

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。不但能及时显示飞机飞行的各种参数高度、速度、航向、姿态等, 飞机飞行的轨迹,而且还能设置各种飞行条件，比如风速、风向、气温、气压、起始位置等。另外，还能设置各种故障，以训练飞行员的判断与处理故障的能力。先进的教员台，还具有维护检测、考核、鉴定等功能。

dreamflyer模拟器是一个创新型产品，设计重量轻，结构紧凑，占地面积小，灵活度高，淘汰液压模拟器给用户所产生的昂贵维修费用，只需将两个USB接口插入计算机便可运行。2

美国宇航局的认知状态监测实验室使用的是dreamflyer飞行模拟器仿真系统，结合光学神经影像学技术来监视人类的性能和在极端环境下的认知。2

利用飞行模拟器，进行飞行训练，具有提高训练效率，节省训练经费，保证飞行安全，减少环境污染等优点，因此，不论是航空部门，还是航天部门，都越来越重视发挥飞行模拟器的作用。2

飞行模拟器，从大的用途来说，可分为两大类：一类是工程研究用模拟器，另一类是训练用模拟器。前者用于新型飞行器的研究、试验和已有飞行器的改进；后者用于训练飞行人员，使其掌握飞行驾驶技术和领航、轰炸、射击、空战等相关技术，以及某些复杂设备的使用方法。在训练用飞行模拟器，在地面就可以操纵飞行器，其方法与在实际飞行器上一样，并能体验到飞行器在空中飞行的感觉。3

2014年4月15日，空客日本首次在神户机场设立的直升机操作训练装置，于2014年4月14日正式投入使用。4

引入神户机场的飞行模拟器以医用、警用EC135直升机为蓝本，能够模拟出引擎故障、恶劣天气等真机训练中难以体验到的突发状况，并能将数据精确到直升机“坠落”前。整套装置花费7亿日元，而训练费用将达到每小时18万日元。4

2014年之前日本的直升机驾驶员都是在国外接受训练。在这套装置引进后，不仅可以缩短训练周期，训练费用也可以缩减到实机训练的一半。4

飞机模拟器目前普遍采用液压和电动系统，并慢慢有趋向电动系统的趋势。电动系统为飞行人员模拟培训过程提供了高保真度。电动系统已成为飞行训练机的首选，电动系统为飞行员模拟飞行训练提供了高保真度，但目前的技术水平却限制了在一些高速喷气式飞机中采用此系统。电动系统主要应用于旋翼式及其他一些固定翼式训练机上。电动系统具备性能优，成本低等优点，与液压系统相比具有使用寿命长，漏油量少及其他环保性能的优势。因此，电动系统较之液压系统，更受到人们的青睐。5

电动系统目前已成为军用飞行模拟器的首选，但是，尽管电动系统具备上述优点，一些培训设施仍采用液压系统的原因是目前，涉及的主要问题还是有效载荷的问题。液压系统的有效载重是38000—40000磅，（17236-18143千米/公里）,而电动系统的有效载荷大约为32000磅。32000磅的有效载重足以承载绝大多数的模拟器。然而，行业原因却限制了此标准的执行。5

电动系统具有很大的进步，不仅是因为其使用寿命长，环保，同时也因其运动质量高。CAE所进行的串音干扰试验。此试验用于测定电动系统及液压系统在响应一个机体轴的命令过程中，防止产生对其他机体轴的干扰信号的能力。J采用1赫兹/指令的电动系统的串音干扰能力要比采用10HZ的液压系统的能力更好。所以，电动系统与液压系统间的比较不再以性能比较为基础，而是以成本花销为基础。5

军用飞行模拟器多采用CAE公司的电动系统，预计会有越来越多的模拟器采用电动系统。电动系统可以提高整个模拟信号的保真度。目前的模拟器都是正在建设的新系统，其中超过90%以上采用电动平台，应用于军用及民用飞机上。2008 年，Flightsafety将会生产约30台装有电动系统的模拟器以及一些未装有全动系统，但配有电动载荷的系统，其中一些将于2009年被订购，已经订购电动系统的飞机包括C-130,7H-H,V-22及C-17型飞机。5