飛行模擬器(模擬裝置)

飛行模擬器Flight Simulator從廣義上來說，就是用來模擬飛行器飛行的機器。如模擬飛機、飛彈、衛星、宇宙飛船等飛行的裝置，都可稱之為飛行模擬器。它是能夠復現飛行器及空中環境並能夠進行操作的模擬裝置。從狹義上來說，就是用來模擬飛行器飛行且結構比較複雜功能比較齊全的裝置。如果其結構比較簡單且功能較少的飛行模擬裝置，則稱為飛行訓練器。

基本介紹

• 中文名：飛行模擬器
• 外文名：Flight Simulator
• 類型：模擬器
• 又稱：飛行訓練器
• 涉及技術：計算機、機械、電氣等
• 第一台：1929年

發展歷史

由於飛行模擬器具有安全、可靠、方便、經濟、工作效率高,且不受氣象條件的限制等突出優點,因此發展相當迅速。它的歷史可追溯至20年代,在七十餘年的發展歷程中,飛行模擬器經歷了機械式、電子式和數字式的三個發展階段。運動系統經歷了單自由度、二自由度、三自由度到六自由度的發展階段,控制方式由機械式、電子式最終過渡到數字式,訓練手段由人工型、機械型到全數字計算機模擬型,視景系統由光學透明畫和電影膠片到廣泛採用閉路電視和攝像機投影以至到現在最流行的計算機虛擬現實的圖形製作成像技術:模擬艙座從僅有部分模擬儀表發展到完整的同步式飛行儀表艙。

早在1929年，美國的愛德華·林克就設計出世界上第一台機械式的飛行模擬器，稱為林克機。隨著科學技術的進步，飛行模擬器也變得越來越先進。現代的飛行模擬器，集計算機、機械、電氣、電子、自動控制、液壓、光學等技術於一身，是一種十分複雜、精密的高科技設備。

在2009年加拿大根據林克機的特點和模擬技術研製出了dreamflyer模擬器，其是一個體驗現實與虛擬的飛行仿真運動平台，主要適合不同用途不同群體的航空飛行愛好者實現體驗駕駛飛行，學習飛行知識，提高飛行駕駛經驗，不受任何天氣、場地、環境、執照、空管等多種因素的制約，能夠使飛行體驗者產生身臨其境的模擬器。

組成結構

用來模擬飛機飛行的模擬器，稱為飛機飛行模擬器。通常由模擬座艙、運動系統、視景系統、計算機系統及

教員控制台等五大部分組成。

模擬座艙

訓練用飛行模擬器的模擬座艙，其內部的各種操縱裝置、儀表、信號顯示設備等與實際飛機一樣工作、指示情況也與實際飛機相同。因此飛行員在模擬座艙內，就像在真飛機的座艙之中。飛行員操縱各種操縱設備駕駛桿、油門、開關等時，不但各種儀表、信號燈能相應工作，而且還能聽到相應設備發出的聲響，以及外界環境的聲音。同時，飛行員的手和腳上還能有因操縱飛機而產生的力感。

飛行模擬器座艙

運動系統

運動系統是用來模擬飛機的姿態及速度的變化，以使飛行員的身體感覺到飛機的運動。先進的飛行模擬器，其運動系統具有六個自由度，即在三維坐標中繞三個軸的轉動及沿三個軸的線位移。主要有六個液壓伺服作動筒及支撐的平台，模擬座艙就安裝在平台之上。六個作動筒的協同運動，可驅動平台並使座艙模擬出飛機的運動變化情況。

視景系統

視景系統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的姿態、位置、高度、速度以及天氣等情況。先進的視景系統，是用計算機來產生座艙外部的景象，然後通過投影、顯示裝置顯示出來。

計算系統

計算機系統是飛行模擬器的神經中樞。飛行模擬器就是一個實時性要求很高、交流的信息量很大，精度要求較高的實時仿真控制系統。計算機系統承擔著整個模擬器各個系統的數學模型的解算與控制任務。現代的飛行模擬器，通常都是由若干台計算機聯合組成一個網路，各計算機既分別處理不同的信息，相互之間又不斷地進行信息交流，從而使整個模擬器協調一致地運行。

教員控制台

教員控制台是飛行模擬器的監控中心，主要用來監視和控制飛行訓練情況。不但能及時顯示飛機飛行的各種參數高度、速度、航向、姿態等, 飛機飛行的軌跡,而且還能設定各種飛行條件，比如風速、風向、氣溫、氣壓、起始位置等。另外，還能設定各種故障，以訓練飛行員的判斷與處理故障的能力。先進的教員台，還具有維護檢測、考核、鑑定等功能。

主要特點

dreamflyer模擬器是一個創新型產品，設計重量輕，結構緊湊，占地面積小，靈活度高，淘汰液壓模擬器給用戶所產生的昂貴維修費用，只需將兩個USB接口插入計算機便可運行。

美國宇航局的認知狀態監測實驗室使用的是dreamflyer飛行模擬器仿真系統，結合光學神經影像學技術來監視人類的性能和在極端環境下的認知。

利用飛行模擬器，進行飛行訓練，具有提高訓練效率，節省訓練經費，保證飛行安全，減少環境污染等優點，因此，不論是航空部門，還是航天部門，都越來越重視發揮飛行模擬器的作用。

產品種類

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，另一類是訓練用模擬器。前者用於新型飛行器的研究、試驗和已有飛行器的改進；後者用於訓練飛行人員，使其掌握飛行駕駛技術和領航、轟炸、射擊、空戰等相關技術，以及某些複雜設備的使用方法。在訓練用飛行模擬器，在地面就可以操縱飛行器，其方法與在實際飛行器上一樣，並能體驗到飛行器在空中飛行的感覺。

套用案例

2014年4月15日，空客日本首次在神戶機場設立的直升機操作訓練裝置，於2014年4月14日正式投入使用。

引入神戶機場的飛行模擬器以醫用、警用EC135直升機為藍本，能夠模擬出引擎故障、惡劣天氣等真機訓練中難以體驗到的突髮狀況，並能將數據精確到直升機“墜落”前。整套裝置花費7億日元，而訓練費用將達到每小時18萬日元。

2014年之前日本的直升機駕駛員都是在國外接受訓練。在這套裝置引進後，不僅可以縮短訓練周期，訓練費用也可以縮減到實機訓練的一半。

發展前景

飛機模擬器目前普遍採用液壓和電動系統，並慢慢有趨向電動系統的趨勢。電動系統為飛行人員模擬培訓過程提供了高保真度。電動系統已成為飛行訓練機的首選，電動系統為飛行員模擬飛行訓練提供了高保真度，但目前的技術水平卻限制了在一些高速噴氣式飛機中採用此系統。電動系統主要套用於旋翼式及其他一些固定翼式訓練機上。電動系統具備性能優，成本低等優點，與液壓系統相比具有使用壽命長，漏油量少及其他環保性能的優勢。因此，電動系統較之液壓系統，更受到人們的青睞。

電動系統目前已成為軍用飛行模擬器的首選，但是，儘管電動系統具備上述優點，一些培訓設施仍採用液壓系統的原因是目前，涉及的主要問題還是有效載荷的問題。液壓系統的有效載重是38000—40000磅，（17236-18143千米/公里）,而電動系統的有效載荷大約為32000磅。32000磅的有效載重足以承載絕大多數的模擬器。然而，行業原因卻限制了此標準的執行。

電動系統具有很大的進步，不僅是因為其使用壽命長，環保，同時也因其運動質量高。CAE所進行的串音干擾試驗。此試驗用於測定電動系統及液壓系統在回響一個機體軸的命令過程中，防止產生對其他機體軸的干擾信號的能力。J採用1赫茲/指令的電動系統的串音干擾能力要比採用10HZ的液壓系統的能力更好。所以，電動系統與液壓系統間的比較不再以性能比較為基礎，而是以成本花銷為基礎。

軍用飛行模擬器多採用CAE公司的電動系統，預計會有越來越多的模擬器採用電動系統。電動系統可以提高整個模擬信號的保真度。目前的模擬器都是正在建設的新系統，其中超過90%以上採用電動平台，套用于軍用及民用飛機上。2008 年，Flightsafety將會生產約30台裝有電動系統的模擬器以及一些未裝有全動系統，但配有電動載荷的系統，其中一些將於2009年被訂購，已經訂購電動系統的飛機包括C-130,7H-H,V-22及C-17型飛機。