| 自從1903年萊特兄弟的“飛行者一號(hào)”拉開了人類動(dòng)力航空史的帷幕，人們就要開始面對(duì)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(gè)既安全又經(jīng)濟(jì)的成長(zhǎng)“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藍(lán)天驕子。 桶式飛行模擬器 1910年前后，在英國(guó)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(lái)訓(xùn)練飛行員，把自己設(shè)計(jì)的飛機(jī)機(jī)身通過(guò)萬(wàn)向支架安裝在地面基座上。當(dāng)有風(fēng)吹來(lái)時(shí)，機(jī)身隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)上人員操縱升降舵和方向舵等活動(dòng)部件，就可以獲得與真實(shí)飛行中相似的氣動(dòng)反應(yīng)。一方面可以使飛行員掌握飛機(jī)的工作原理，同時(shí)還可以避免風(fēng)險(xiǎn)。之后桑德斯老師便開始按其設(shè)想進(jìn)行構(gòu)造。他按照實(shí)際飛機(jī)尺寸組裝了一臺(tái)飛行機(jī)器，通過(guò)連接點(diǎn)將其安裝在一個(gè)暴露的位置，面朝風(fēng)向。這樣這臺(tái)機(jī)器就可以能對(duì)副翼、升降機(jī)和方向舵控制做出反應(yīng)，就像真正的那種飛機(jī)一樣。不過(guò)由于風(fēng)向及風(fēng)速的不穩(wěn)定，像許多早起的試驗(yàn)品一樣，他還是失敗了。 同年出現(xiàn)了一臺(tái)專為“安托瓦內(nèi)特”單翼飛機(jī)設(shè)計(jì)的訓(xùn)練器，其構(gòu)造簡(jiǎn)單，外觀如同一個(gè)剖成兩半的木桶，附著于活動(dòng)支架上，可以用來(lái)模擬飛機(jī)的俯仰和滾動(dòng)。訓(xùn)練器由兩個(gè)剖開的空木桶上下疊成，內(nèi)部是活動(dòng)的萬(wàn)向節(jié)，外部再裝上支架和杠桿。使用時(shí)，兩個(gè)教員通過(guò)杠桿上下左右地晃動(dòng)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(dòng)兩邊的操縱輪來(lái)克服外力的干擾，還可以用腳控制“舵面”來(lái)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(gè)“桶式訓(xùn)練器”勉強(qiáng)可以算得上是第一種專門設(shè)計(jì)的飛行模擬器了，但它不能對(duì)學(xué)員的動(dòng)作產(chǎn)生準(zhǔn)確的反應(yīng)，實(shí)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(jī)械氣動(dòng)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(gè)領(lǐng)域的進(jìn)步，有許多人開始嘗試使用機(jī)電設(shè)備來(lái)制作模擬器。較有名的莫過(guò)于1929年美國(guó)艾德溫·林克所發(fā)明的林克訓(xùn)練機(jī)，由于其全身顏色為藍(lán)色，也被稱為藍(lán)盒子。林克訓(xùn)練機(jī)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(dòng)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(shí)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(shí)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(zhēng)時(shí)期中，大約有一萬(wàn)套林克訓(xùn)練機(jī)被用來(lái)培訓(xùn)同盟國(guó)的新飛行員。二戰(zhàn)的爆發(fā)進(jìn)一步推動(dòng)了飛行模擬器的發(fā)展。由于戰(zhàn)爭(zhēng)需要大量的飛行員，飛行員的培訓(xùn)的需求急劇增加，對(duì)飛行模擬器也產(chǎn)生的巨大的需求，因此飛行模擬器也進(jìn)入了快速發(fā)展期。這一時(shí)期由于飛機(jī)設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)有了重大進(jìn)步，許多模擬設(shè)備也被制造了出來(lái)。貝爾實(shí)驗(yàn)室的Dehmel博士積極投身到儀器飛行訓(xùn)練機(jī)的開發(fā)中，他在1943年說(shuō)服了柯蒂斯-萊特公司制造他研發(fā)的飛行訓(xùn)練機(jī)并在之后與泛美航空合作，為波音377開發(fā)制造了一臺(tái)飛行模擬器，這也是第一個(gè)由航空公司擁有的飛機(jī)模擬器。 1947年，英國(guó)海外航空（BOAC）也決定采購(gòu)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(dá)成開發(fā)協(xié)議，開發(fā)新的訓(xùn)練設(shè)備。這臺(tái)設(shè)備采用了交流波，用電位器進(jìn)行模擬計(jì)算，用400HZ同步飛機(jī)儀表驅(qū)動(dòng)。控制單元使用了可變控制桿，根據(jù)空速計(jì)算出相應(yīng)的值來(lái)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(fèi)12萬(wàn)英鎊。 同時(shí)林克公司也利用模擬計(jì)算開發(fā)電子的飛行模擬器，他們將交流變?yōu)橹绷?，并進(jìn)一步提高了精度。這一時(shí)期的飛行模擬器的主要問(wèn)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(guó)空軍“哈利法克斯”機(jī)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(wú)法滿足可靠性的要求。而且由于不是實(shí)時(shí)系統(tǒng)，訓(xùn)練的仿真度也大打折扣。隨著二代數(shù)字計(jì)算機(jī)的誕生，運(yùn)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(guó)首先研制成功了晶體管數(shù)字電子計(jì)算機(jī)，使得模擬器具有運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)系統(tǒng)； 1962年雷迪豐公司生產(chǎn)出第一臺(tái)彩色視景系統(tǒng) 1972年，美國(guó)聯(lián)邦航空局（FAA）批準(zhǔn)了第一臺(tái)比較經(jīng)濟(jì)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(jiǎn)單但良好的光點(diǎn)模擬。 到了1970年代，飛行模擬器已經(jīng)完全過(guò)渡到了數(shù)字化平臺(tái)，但是計(jì)算能力的缺乏一直是飛行模擬器更進(jìn)一步的瓶頸。直到21世紀(jì)，隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的不斷提升，計(jì)算機(jī)目前已經(jīng)能毫無(wú)限制地完成飛行模擬器所需要的所有計(jì)算要求。1974年我國(guó)民航局引進(jìn)了英國(guó)雷迪豐公司研制的以攝像機(jī)為輔助視景系統(tǒng)的飛機(jī)模擬機(jī)，能模擬波音707飛機(jī)和三叉戟飛機(jī)的起落、著陸、航線飛行和轉(zhuǎn)場(chǎng)飛行，這是我國(guó)擁有的第一臺(tái)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(jī)家族 二十一世紀(jì)末以來(lái)以高性能計(jì)算機(jī)為核心的新型模擬器開始進(jìn)入各國(guó)的航空訓(xùn)練體系，并形成了系列化，主要的民用機(jī)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(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī)喘振等效果。另外還設(shè)有飛行教員操縱臺(tái)，供設(shè)置初始飛行條件，隨時(shí)調(diào)整參數(shù)和插入故障等。
現(xiàn)代模擬機(jī)駕駛艙內(nèi) 先進(jìn)復(fù)雜的飛行模擬器造價(jià)高昂，有的成本已經(jīng)接近或者超過(guò)了要模擬的真實(shí)機(jī)型，但在使用后帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益仍非?？捎^。在發(fā)展趨勢(shì)上，一方面是將微電子、自動(dòng)控制、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域的最新技術(shù)充分應(yīng)用到飛行模擬器中，進(jìn)一步增加其真實(shí)性；另一方面，改變以往先有實(shí)機(jī)再搞模擬機(jī)的做法，將飛行模擬器的研制和使用與相應(yīng)機(jī)型的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)同步進(jìn)行，這樣就會(huì)縮短飛行人員的培訓(xùn)時(shí)間，使新機(jī)型更快的投入運(yùn)營(yíng)。此外還注重將高級(jí)模擬器和普通模擬器進(jìn)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(jī) |
