01飛行模擬器簡(jiǎn)介

飛行模擬器是經(jīng)由人工制造，盡可能逼真地重現(xiàn)飛機(jī)飛行以及空中環(huán)境的模擬系統(tǒng)，通常應(yīng)用于飛行員培訓(xùn)以及飛機(jī)設(shè)計(jì)等工作。飛行模擬器能夠模擬對(duì)飛機(jī)飛行的控制方式、飛機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的反應(yīng)，還能夠模擬某些可能對(duì)飛機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生影響的外部條件，像空氣密度、亂流、風(fēng)切變、云、降水等外部要素。

飛行模擬器的歷史能夠追溯到上世紀(jì)初，最初的目的是降低沒(méi)有飛行經(jīng)驗(yàn)的新人的飛行事故率。

▲1910 年，在法國(guó)指揮官克洛盧斯、拉豐以及克拉維納德中尉的倡導(dǎo)下，第一架用于軍用飛機(jī)的地面訓(xùn)練機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。圖中所示便是由 Antoinette 公司打造的“Tonneau Antoinette”（安托瓦內(nèi)特桶），堪稱現(xiàn)代飛行模擬器的雛形。

歷經(jīng)“林克訓(xùn)練機(jī)（Link Trainer）”“天文導(dǎo)航教練機(jī)（Celestial Navigation Trainer）”等多次迭代后，1940 年，人們開(kāi)始運(yùn)用類比式電腦（Analog Computer）來(lái)計(jì)算飛行公式，第一套電子飛行模擬器就此問(wèn)世。進(jìn)入 1960 年代，使用數(shù)碼電腦來(lái)模擬飛行開(kāi)始流行起來(lái)。

時(shí)至今日，飛行模擬器已在航空工業(yè)的設(shè)計(jì)與研發(fā)中得到廣泛應(yīng)用，飛行員訓(xùn)練、飛機(jī)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)、對(duì)飛機(jī)特性和控制處理質(zhì)量管理的研究都離不開(kāi)飛行模擬器的支持。

飛行仿真軟件在航空航天領(lǐng)域具有廣泛而重要的應(yīng)用，包括但不限于以下幾個(gè)方面：

1. 飛行員培訓(xùn)：

• 幫助飛行員熟悉飛機(jī)的操作流程和各種飛行狀況。
• 讓飛行員在安全的虛擬環(huán)境中練習(xí)應(yīng)對(duì)緊急情況，如引擎故障、惡劣天氣等。例如，新飛行員可以在仿真軟件中多次練習(xí)起落架故障時(shí)的緊急降落程序。

2. 飛行器設(shè)計(jì)與研發(fā)：

• 工程師可以在軟件中模擬新飛機(jī)的性能，優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)。
• 提前發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題和風(fēng)險(xiǎn)，降低實(shí)際試飛的成本和風(fēng)險(xiǎn)。比如，通過(guò)仿真來(lái)確定飛機(jī)機(jī)翼的最佳形狀和尺寸，以提高飛行效率和穩(wěn)定性。

3. 航空系統(tǒng)測(cè)試：

• 對(duì)飛機(jī)的電子系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等進(jìn)行模擬測(cè)試。
• 確保這些系統(tǒng)在各種復(fù)雜的飛行條件下正常工作。例如，測(cè)試新的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在不同氣象條件下的可靠性。

4. 任務(wù)規(guī)劃與演練：

• 為軍事或特殊任務(wù)規(guī)劃飛行路徑和策略。
• 進(jìn)行任務(wù)前的演練，提高任務(wù)執(zhí)行的成功率。比如，在執(zhí)行太空探索任務(wù)前，模擬飛行器的軌道飛行和對(duì)接操作。

5. 空中交通管理研究：

• 幫助研究人員評(píng)估新的空中交通規(guī)則和管理策略的效果。
• 優(yōu)化航線規(guī)劃和空域利用。例如，通過(guò)仿真研究如何減少繁忙空域的擁堵情況。

6. 科學(xué)研究：

• 用于研究大氣物理、飛行力學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)問(wèn)題。
• 為航空航天領(lǐng)域的理論研究提供數(shù)據(jù)支持和驗(yàn)證。比如，研究不同高度的大氣湍流對(duì)飛機(jī)飛行的影響。

02現(xiàn)代飛行模擬器的構(gòu)成

用于訓(xùn)練飛行員的飛行模擬器具有眾多類型，小到能夠單獨(dú)模擬各種飛機(jī)控制系統(tǒng)部分功能的部分功能訓(xùn)練器（Part-Task Trainer, PTT），以及專門用于練習(xí)駕駛艙操作與駕駛艙儀表檢查的駕駛艙程序訓(xùn)練器（Cockpit Procedures Trainer, CPT），大到功能與結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的全功能飛行模擬器（Full Flight Simulator, FFS）。

目前，較高等級(jí)的全功能飛行模擬器中模擬器姿態(tài)控制系統(tǒng)能夠做出具有 6 個(gè)自由度的全方位運(yùn)動(dòng)控制，同時(shí)還有廣角高仿真度的視覺(jué)系統(tǒng)模擬飛機(jī)窗外的景象，其中還包含高仿真的駕駛艙與視覺(jué)系統(tǒng)。

全功能飛行模擬器被劃分為 1 到 7 級(jí)的飛行訓(xùn)練器（Flight Training Device, FTD）或是 A 到 D 級(jí)的全功能飛行模擬器。最高等級(jí)、功能最強(qiáng)的是 D 等級(jí)全功能飛行模擬器，能夠用于資深飛行員從一種機(jī)型轉(zhuǎn)換到另一種類似機(jī)型的零飛行時(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換，避免飛行員重復(fù)累積飛行時(shí)數(shù)。

1. FAA FFS A 級(jí)：至少需要具備三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。
2. FAA FFS B 級(jí)：需要三軸運(yùn)動(dòng)以及比 A 級(jí)更為真實(shí)的空氣動(dòng)力學(xué)模型。
3. FAA FFS C 級(jí)：必須具備完整的六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)以及一個(gè)最低 75 度水平可視角度的視覺(jué)系統(tǒng)。
4. FAA FFS D 級(jí)：屬于目前能夠獲得的最高級(jí)別的 FFS 資格。視覺(jué)系統(tǒng)需要具備至少 150 度的水平可視角度以及遠(yuǎn)焦顯示，駕駛艙內(nèi)需具備逼真的聲音模擬以及一些特定的運(yùn)動(dòng)視覺(jué)效果。

能夠達(dá)成 D 等級(jí)的全功能飛行模擬機(jī)勢(shì)必需要實(shí)現(xiàn)絕對(duì)真實(shí)的仿真效果，最好是能夠直接運(yùn)行真實(shí)飛機(jī)目標(biāo)碼，需要配合上位機(jī)軟件注入真實(shí)物理仿真數(shù)據(jù)。這就需要高安全性、高可靠性的仿真軟件的支持。

03高等級(jí)仿真架構(gòu)

由點(diǎn)銀津達(dá)自主研發(fā)的HighSim仿真架構(gòu)體系，可通過(guò)仿真構(gòu)建與目標(biāo)機(jī)相同的真實(shí)物理運(yùn)行環(huán)境，使飛機(jī)目標(biāo)碼程序直接運(yùn)行在仿真目標(biāo)機(jī)環(huán)境中，為客戶提供實(shí)時(shí)安全真實(shí)的的使用環(huán)境，實(shí)現(xiàn)高效率、高質(zhì)量的飛行模擬器仿真工作。