| 自從1903年萊特兄弟的“飛行者一號”拉開了人類動力航空史的帷幕，人們就要開始面對各種已知和未知的挑戰(zhàn)，顯然，在羽翼沒有豐滿之前還需要一個既安全又經(jīng)濟的成長“搖籃”。這就是飛行模擬器，與飛機幾乎同時誕生，盡管從不離地，卻托起了一代又一代藍天驕子。 桶式飛行模擬器 1910年前后，在英國和意大利開始出現(xiàn)了固定在地面上的飛行訓(xùn)練器。在1910年桑德斯老師提出要發(fā)明一種地面裝置用來訓(xùn)練飛行員，把自己設(shè)計的飛機機身通過萬向支架安裝在地面基座上。當(dāng)有風(fēng)吹來時，機身隨之轉(zhuǎn)動，機上人員操縱升降舵和方向舵等活動部件，就可以獲得與真實飛行中相似的氣動反應(yīng)。一方面可以使飛行員掌握飛機的工作原理，同時還可以避免風(fēng)險。之后桑德斯老師便開始按其設(shè)想進行構(gòu)造。他按照實際飛機尺寸組裝了一臺飛行機器，通過連接點將其安裝在一個暴露的位置，面朝風(fēng)向。這樣這臺機器就可以能對副翼、升降機和方向舵控制做出反應(yīng)，就像真正的那種飛機一樣。不過由于風(fēng)向及風(fēng)速的不穩(wěn)定，像許多早起的試驗品一樣，他還是失敗了。 同年出現(xiàn)了一臺專為“安托瓦內(nèi)特”單翼飛機設(shè)計的訓(xùn)練器，其構(gòu)造簡單，外觀如同一個剖成兩半的木桶，附著于活動支架上，可以用來模擬飛機的俯仰和滾動。訓(xùn)練器由兩個剖開的空木桶上下疊成，內(nèi)部是活動的萬向節(jié)，外部再裝上支架和杠桿。使用時，兩個教員通過杠桿上下左右地晃動支架以模擬氣流的作用，坐在桶身上方的學(xué)員就要相應(yīng)轉(zhuǎn)動兩邊的操縱輪來克服外力的干擾，還可以用腳控制“舵面”來調(diào)整方向，而前頭豎起的T型桿則是學(xué)員保持水平位置的參照物。這個“桶式訓(xùn)練器”勉強可以算得上是第一種專門設(shè)計的飛行模擬器了，但它不能對學(xué)員的動作產(chǎn)生準(zhǔn)確的反應(yīng)，實際效果并不理想，因此沒有被廣泛使用。
安托瓦內(nèi)特“桶式”模擬器 機械氣動式飛行模擬器 第一次世界大戰(zhàn)的發(fā)生加速了航空各個領(lǐng)域的進步，有許多人開始嘗試使用機電設(shè)備來制作模擬器。較有名的莫過于1929年美國艾德溫·林克所發(fā)明的林克訓(xùn)練機，由于其全身顏色為藍色，也被稱為藍盒子。林克訓(xùn)練機的固定基座上裝有控制閥可以提供俯仰，滾轉(zhuǎn)與偏航等飛行動作，其駕駛艙也提供了儀表飛行的教學(xué)環(huán)境。由于當(dāng)時飛行訓(xùn)練器并不流行，林克訓(xùn)練器只能作為娛樂產(chǎn)品。直到1934年，由于一系列儀表飛行的意外，美軍聯(lián)系林克公司開展盲飛以及儀表訓(xùn)練，從這一時期開始，飛行模擬器也正式被人們所重視。在1939年至1945年的戰(zhàn)爭時期中，大約有一萬套林克訓(xùn)練機被用來培訓(xùn)同盟國的新飛行員。二戰(zhàn)的爆發(fā)進一步推動了飛行模擬器的發(fā)展。由于戰(zhàn)爭需要大量的飛行員，飛行員的培訓(xùn)的需求急劇增加，對飛行模擬器也產(chǎn)生的巨大的需求，因此飛行模擬器也進入了快速發(fā)展期。這一時期由于飛機設(shè)計的原因，例如增加了可變螺距螺旋槳，可伸縮起落架的引入，駕駛艙的聲音訓(xùn)練也開始引入飛行訓(xùn)練器。
林克飛行模擬器 電子飛行模擬器 第二次世界大戰(zhàn)導(dǎo)致電子技術(shù)和模擬計算機有了重大進步，許多模擬設(shè)備也被制造了出來。貝爾實驗室的Dehmel博士積極投身到儀器飛行訓(xùn)練機的開發(fā)中，他在1943年說服了柯蒂斯-萊特公司制造他研發(fā)的飛行訓(xùn)練機并在之后與泛美航空合作，為波音377開發(fā)制造了一臺飛行模擬器，這也是第一個由航空公司擁有的飛機模擬器。 1947年，英國海外航空（BOAC）也決定采購一款類似波音377模擬器的設(shè)備，并在1950年與雷迪豐公司和柯蒂斯-萊特公司達成開發(fā)協(xié)議，開發(fā)新的訓(xùn)練設(shè)備。這臺設(shè)備采用了交流波，用電位器進行模擬計算，用400HZ同步飛機儀表驅(qū)動。控制單元使用了可變控制桿，根據(jù)空速計算出相應(yīng)的值來控制伺服系統(tǒng)提供正確的力反饋。該設(shè)備在1951年完成，總共花費12萬英鎊。 同時林克公司也利用模擬計算開發(fā)電子的飛行模擬器，他們將交流變?yōu)橹绷鳎⑦M一步提高了精度。這一時期的飛行模擬器的主要問題還是缺乏相應(yīng)的精確性數(shù)據(jù)，制造商只能各自采取各自方法去獲取數(shù)據(jù)。
英國空軍“哈利法克斯”機身模擬器 數(shù)字飛行模擬器 隨著技術(shù)的發(fā)展，之前的模擬器已經(jīng)漸漸無法滿足可靠性的要求。而且由于不是實時系統(tǒng)，訓(xùn)練的仿真度也大打折扣。隨著二代數(shù)字計算機的誕生，運行速度的提升和成本的下降，飛行模擬器也得以繼續(xù)發(fā)展。20世紀(jì)60年代初，美國首先研制成功了晶體管數(shù)字電子計算機，使得模擬器具有運動系統(tǒng)和視景系統(tǒng)成為可能。 1958年雷迪豐Rediffusion公司為Comet Iv模擬器配置了俯仰運動系統(tǒng)； 1962年雷迪豐公司生產(chǎn)出第一臺彩色視景系統(tǒng) 1972年，美國聯(lián)邦航空局（FAA）批準(zhǔn)了第一臺比較經(jīng)濟又適用的商業(yè)模擬器的視景系統(tǒng)（VITAL Ⅱ），僅為夜間型。它能夠?qū)崿F(xiàn)簡單但良好的光點模擬。 到了1970年代，飛行模擬器已經(jīng)完全過渡到了數(shù)字化平臺，但是計算能力的缺乏一直是飛行模擬器更進一步的瓶頸。直到21世紀(jì)，隨著計算機計算能力的不斷提升，計算機目前已經(jīng)能毫無限制地完成飛行模擬器所需要的所有計算要求。1974年我國民航局引進了英國雷迪豐公司研制的以攝像機為輔助視景系統(tǒng)的飛機模擬機，能模擬波音707飛機和三叉戟飛機的起落、著陸、航線飛行和轉(zhuǎn)場飛行，這是我國擁有的第一臺現(xiàn)代化飛行模擬器。
數(shù)字飛行模擬器
沙盤視景系統(tǒng) 現(xiàn)代模擬機家族 二十一世紀(jì)末以來以高性能計算機為核心的新型模擬器開始進入各國的航空訓(xùn)練體系，并形成了系列化，主要的民用機型均配備了相應(yīng)的模擬器。這些模擬器普遍具備完整的座艙設(shè)備及其模擬控制系統(tǒng)，除視景響應(yīng)系統(tǒng)外可能還加入音響和煙霧發(fā)生模擬裝置，整體座艙由六個自由度的運動系統(tǒng)支撐，不僅能反映正常的飛行姿態(tài)，還能模擬失速振顫和發(fā)動機喘振等效果。另外還設(shè)有飛行教員操縱臺，供設(shè)置初始飛行條件，隨時調(diào)整參數(shù)和插入故障等。
現(xiàn)代模擬機駕駛艙內(nèi) 先進復(fù)雜的飛行模擬器造價高昂，有的成本已經(jīng)接近或者超過了要模擬的真實機型，但在使用后帶來的經(jīng)濟效益仍非常可觀。在發(fā)展趨勢上，一方面是將微電子、自動控制、人工智能、虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域的最新技術(shù)充分應(yīng)用到飛行模擬器中，進一步增加其真實性；另一方面，改變以往先有實機再搞模擬機的做法，將飛行模擬器的研制和使用與相應(yīng)機型的設(shè)計和生產(chǎn)同步進行，這樣就會縮短飛行人員的培訓(xùn)時間，使新機型更快的投入運營。此外還注重將高級模擬器和普通模擬器進行合理的高低搭配，加上輔助教學(xué)建立完善的培訓(xùn)體系，從而提高設(shè)備的使用效率。
現(xiàn)代模擬機 |
