| 在航空界流行這么一句話：“飛行員是用跟他們體重相等的黃金堆出來的”，以此形容培養(yǎng)專業(yè)飛行員耗資不菲。而一旦脫離地面的支撐飛上云端，他們就要面對各種已知或未知的挑戰(zhàn)。顯然，在羽翼豐滿之前還需要一個既經(jīng)濟(jì)又安全的成長“搖籃”。這就是飛行模擬器，與飛機(jī)幾乎同時(shí)誕生，盡管從不離地，卻托起了一代又一代的藍(lán)天驕子。 飛行模擬器可使飛行機(jī)組成員完成主要技術(shù)模擬訓(xùn)練，在各種飛行條件下，對飛機(jī)的操作和駕駛技術(shù)進(jìn)行模擬訓(xùn)練，以提高飛行員對特殊情況的反應(yīng)和處置能力，且擁有使飛行機(jī)組成員熟悉飛機(jī)座艙環(huán)境、基本性能、飛行操縱特點(diǎn)和飛行程序，掌握機(jī)載設(shè)備的使用方法，駕駛、等情況處置程序的能力。 飛行模擬器 從廣義上來說，飛行模擬器就是用來模擬飛行器飛行的機(jī)器。模擬飛機(jī)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、宇宙飛船等飛行的裝置，都可稱之為飛行模擬器，是能夠復(fù)現(xiàn)飛行器及空中環(huán)境并能夠進(jìn)行操作的模擬裝置。 從狹義上來說，飛行模擬器就是用來模擬飛行器飛行且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜功能比較齊全的裝置。 模擬機(jī)發(fā)展史 第1階段：機(jī)電模擬階段 從上世紀(jì)二十年代末開始，由于模擬水平較低，通常稱其為飛行練習(xí)器。1929年，美國人愛德華·林克設(shè)計(jì)出第一臺機(jī)械氣動式的飛行練習(xí)器。它主要向?qū)W員演示模擬飛機(jī)姿態(tài)，以訓(xùn)練飛行員的協(xié)調(diào)駕駛能力。第二次世界大戰(zhàn)開始后，飛行練習(xí)器取得了較大的發(fā)展，由原來林克設(shè)計(jì)的簡單的機(jī)械練習(xí)器逐步發(fā)展為具有較復(fù)雜的機(jī)械電氣裝置的，并能進(jìn)行粗略計(jì)算的飛行模擬器。其應(yīng)用范圍也擴(kuò)大了，不僅用于訓(xùn)練空軍飛行員，而且在商業(yè)和民航飛行訓(xùn)練中也得到了進(jìn)一步的使用，從而訓(xùn)練出不少飛行員。 圖：愛德華·林克和其設(shè)計(jì)的機(jī)械氣動式的飛行練習(xí)器 第2階段：電子模擬階段 1941年，英國的電信研究所設(shè)計(jì)了一種能解算飛機(jī)運(yùn)動方程的電子模擬器。1949年，林克公司開發(fā)出電子模擬計(jì)算機(jī)，用于C-11噴氣飛機(jī)練習(xí)器，并向美國空軍出售了一千多臺這一類練習(xí)器。利用該這類電子模擬計(jì)算機(jī)可以求解并再現(xiàn)飛機(jī)的氣動特性、發(fā)動機(jī)特性以及機(jī)械各系統(tǒng)的特性。當(dāng)時(shí)模擬器，模擬設(shè)備已相當(dāng)完備，除了較逼真地模擬座艙各種儀表及有關(guān)設(shè)備的工作外，還采用幻燈、電影以至閉路電視來模擬座艙外部的視覺景象。另外，有的模擬器座艙還裝有運(yùn)動基座，以使座艙具有兩個自由度(俯仰和傾斜)或三個自由度(俯仰、傾斜和偏轉(zhuǎn))。由于不斷采用新技術(shù)，使模擬器的模擬效果越來越逼。 第3階段：數(shù)字模擬階段 1963年，美國林克公司生產(chǎn)了第一臺數(shù)字電子計(jì)算機(jī)式的波音727飛行模擬器。從此之后，隨著大、中型數(shù)字電子計(jì)算機(jī)及微型計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，數(shù)字計(jì)算機(jī)控制的飛行模擬器就像雨后春筍般地出現(xiàn)了。由于使用了數(shù)字計(jì)算機(jī)，以及其它新技術(shù)，使得飛行模擬器的功能大為增強(qiáng)，不僅使各種座艙設(shè)備的模擬精度大為提高，而且還出現(xiàn)了大視場角的計(jì)算機(jī)成像視景系統(tǒng)，大活動范圍的座艙運(yùn)動平臺，多通道的過載座椅與載荷服，以及逼真的音響模擬設(shè)備。飛行模擬器從原來的主要練習(xí)基本飛行駕駛技術(shù)發(fā)展到可以練習(xí)復(fù)雜的特技飛行、空中射擊以至雙機(jī)空戰(zhàn)，有的飛行模擬器已具有諸如故障診斷、自動評定飛行練習(xí)的成績等人工智能作用。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代的飛行模擬器已經(jīng)可以異地聯(lián)網(wǎng)，從而可以進(jìn)行多機(jī)、多機(jī)種合同作戰(zhàn)訓(xùn)練，甚至進(jìn)行大規(guī)模的模擬演習(xí)。 圖：英國空軍的“哈利法克斯”機(jī)身模擬器 第4階段：動感模擬階段 近幾年來，隨著動感平臺的加入，飛行模擬器變得越加真實(shí)。加入動感平臺，飛行模擬器便能隨著操作而動，隨著動感平臺技術(shù)的加強(qiáng)，六自由度（模擬器六個自由度的運(yùn)動：前后、左右、上下運(yùn)動）的開發(fā)完成讓飛行模擬器達(dá)到了新的高度。主要是均包含在內(nèi)；模擬飛機(jī)在各種飛行條件下的變化所引起的運(yùn)動；模擬著陸接地時(shí)的姿態(tài)和碰撞效果以及使用剎車時(shí)出現(xiàn)的運(yùn)動；模擬在接近真實(shí)飛機(jī)頻處的振動和抖振以及大氣紊流在對應(yīng)自由度上引起的抖振；全方位提升了模擬效果。 圖：新舟60模擬器是我國第一臺達(dá)到民航總局C級標(biāo)準(zhǔn)的飛行模擬器 模擬機(jī)種類 飛行模擬器，從大的用途來說，可分為兩大類：一類是工程研究用模擬器，另一類是訓(xùn)練用模擬器。 前者用于新型飛行器的研究、試驗(yàn)和已有飛行器的改進(jìn)；后者用于訓(xùn)練飛行人員，使其掌握飛行駕駛技術(shù)和其它相關(guān)技術(shù)（如領(lǐng)航、轟炸、射擊、空戰(zhàn)），以及某些復(fù)雜設(shè)備的使用方法。 在訓(xùn)練用飛行模擬器上，人們在地面就可以操縱飛行器，其方法與在實(shí)際飛行器上完全一樣，并能體驗(yàn)到飛行器在空中飛行時(shí)各種感覺。因此，不用上天，就可以學(xué)會飛行。 模擬機(jī)組成部分 飛行模擬器通常由模擬座艙、運(yùn)動系統(tǒng)、視景系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及教員控制臺等五大部分組成。 1、模擬座艙 模擬座艙內(nèi)部的各種操縱裝置、儀表、信號顯示設(shè)備等與實(shí)際飛機(jī)幾乎完全一樣，它們的工作、指示情況也與實(shí)際飛機(jī)相同。因此飛行員在模擬座艙內(nèi)，就像在真飛機(jī)的座艙之中。 飛行員操縱各種操縱設(shè)備（駕駛桿、油門、開關(guān)等）時(shí)，不但各種儀表、信號燈能相應(yīng)工作，而且還能聽到相應(yīng)設(shè)備發(fā)出的聲響（如發(fā)動機(jī)的轟鳴聲，收放起落架的聲音……）以及外界環(huán)境的聲音（如機(jī)體與氣流的摩擦聲、雷雨聲等）。同時(shí)，飛行員的手和腳上還能有因操縱飛機(jī)而產(chǎn)生的力感。 2、運(yùn)動系統(tǒng) 運(yùn)動系統(tǒng)是用來模擬飛機(jī)的姿態(tài)及速度的變化，以使飛行員的身體感覺到飛機(jī)的運(yùn)動。先進(jìn)的飛行模擬器，其運(yùn)動系統(tǒng)具有六個自由度，即在三維坐標(biāo)中繞三個軸的轉(zhuǎn)動及沿三個軸的線位移。它主要有六個液壓伺服作動筒（或六個電動作動筒）及其所支撐的平臺，模擬座艙就安裝在平臺之上。六個作動筒的協(xié)同運(yùn)動，就可驅(qū)動平臺并使座艙模擬出飛機(jī)的運(yùn)動變化情況。 3、視景系統(tǒng) 視景系統(tǒng)是用來模擬飛行員所看到的座艙外部的景象，從而使飛行員判斷出飛機(jī)的姿態(tài)、位置、高度、速度以及天氣等情況。先進(jìn)的視景系統(tǒng)，是用計(jì)算機(jī)來產(chǎn)生座艙外部的景象，然后通過投影、顯示裝置顯示出來。 4、計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是飛行模擬器的神經(jīng)中樞。飛行模擬器就是一個實(shí)時(shí)性要求很高、交流的信息量很大，精度要求較高的實(shí)時(shí)仿真控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)承擔(dān)著整個模擬器各個系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的解算與控制任務(wù)。 現(xiàn)代的飛行模擬器，通常都是由若干臺計(jì)算機(jī)聯(lián)合組成一個網(wǎng)絡(luò)，各計(jì)算機(jī)既分別處理不同的信息，相互之間又不斷地進(jìn)行信息交流，從而使整個模擬器協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行。 5、教員控制臺 教員控制臺是飛行模擬器的監(jiān)控中心，主要用來監(jiān)視和控制飛行訓(xùn)練情況。它不但能及時(shí)顯示飛機(jī)飛行的各種參數(shù)（高度、速度、航向、姿態(tài).....）, 飛機(jī)飛行的軌跡，而且還能設(shè)置各種飛行條件(風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓、起始位置......)。它還能設(shè)置各種故障，以訓(xùn)練飛行員的判斷與處理故障的能力。先進(jìn)的教員臺，還具有維護(hù)檢測、考核、鑒定等功能。 讓“搖籃”成為“助推器” 我國自主發(fā)展飛行模擬器的歷史雖然較短，但是經(jīng)過不懈的努力取得了長足的進(jìn)步。新中國建國初期，航空部門曾接收到幾臺林克機(jī)用于飛行教學(xué)。人民空軍組建后從蘇聯(lián)和其他東歐國家引進(jìn)過一批模擬訓(xùn)練器材，為培養(yǎng)自己的飛行人員和模擬技術(shù)人員奠定了基礎(chǔ)，于1958年參考林克機(jī)研制出我國第一臺儀表飛行練習(xí)器。以此為起點(diǎn)，軍內(nèi)外的科研人員在仿制基礎(chǔ)上開始設(shè)計(jì)和生產(chǎn)各種飛行模擬器，20多年間陸續(xù)為部隊(duì)提供了大批用于儀表飛行、起落飛行、光學(xué)/雷達(dá)轟炸、機(jī)炮/導(dǎo)彈射擊等科目的專用型和便攜型模擬訓(xùn)練設(shè)備，還曾出口到多個國家。 1980年代后，通過消化吸收先進(jìn)科技，國內(nèi)飛行模擬行業(yè)實(shí)現(xiàn)了從機(jī)電式向數(shù)字式的跨越，先后在閉路電視視景系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)成像系統(tǒng)、三～六自由度運(yùn)動平臺等關(guān)鍵技術(shù)上取得突破，新型的轟炸機(jī)飛行模擬器、殲擊機(jī)戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練器、高級教練機(jī)模擬器和空中加受油模擬器等相繼裝備部隊(duì)，并向著多功能綜合模擬器和一體化戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)役訓(xùn)練模擬系統(tǒng)發(fā)展。 在民用航空方面，1975年我國首次從英國引進(jìn)由數(shù)字計(jì)算機(jī)控制的波音707和“三叉戟”客機(jī)模擬器，建立起民航飛行模擬訓(xùn)練基地。此后隨著民航市場擴(kuò)展的需要，波音、麥道、空中客車等機(jī)型的專用模擬器紛紛進(jìn)入國內(nèi)，而運(yùn)七-100和新舟60/600全任務(wù)飛行模擬器的研制成功則標(biāo)志著國產(chǎn)飛機(jī)及其模擬器達(dá)到了新的技術(shù)水平。在我國加快發(fā)展通用航空產(chǎn)業(yè)之際，飛行模擬器市場也展現(xiàn)出欣欣向榮的前景，將為我國航空航天事業(yè)的發(fā)展裝上又一個強(qiáng)有力的“助推器”。 |
