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          六自由度飛行訓練模擬器—未來空中作戰飛行員孵化搖籃
          發布時間:2022-09-06 11:34

            飛行仿真行業就是讓飛行員學習飛行過程中的各方面感受,同時減去了真正飛行中的高額成本和潛在風險。據《航空安全飛行雜志》調查:高質量的飛行模擬器飛行訓練是航線機組人員走上崗位前非常重要第一課。對以后的飛行安全有著非常明顯的作用,飛行模擬器最卓越的功能就是對所有現實飛行中的任何地點,任何可能遇到的特殊狀況進行模擬挑戰。

            全天候六自由度飛行模擬器控制系統必須復制飛行員例行飛行中遇到的所有條件狀況,飛行員在領取飛行執照和晉升飛行等級前必須精通并通過飛行模擬器的考核。簡單的說:這種六自由度運動控制系統包含復雜的硬件和軟件集成智能化協調控制飛行模擬器,飛行員在虛擬的天空中駕駛飛機飛行。確切地說,飛行模擬器必須具備集成六自由度運動平臺控制系統與控制加載硬件重建行動,與初級控制系統和次級控制系統,與整個座艙儀表,與機艙仿真視景系統完美無接縫對接。

            飛行訓練模擬器的發展

            被稱作飛行員“搖籃”“學步車”也好,“八卦爐”也好,地面飛行訓練模擬器本身沒那么多感情色彩,它只是一種用于訓練飛行員的裝備或裝備組合。

            這類裝備或裝備組合,一般設置在地面上,能夠模仿戰機執行任務時的飛行環境、條件和狀態,讓飛行員和空勤人員獲得與在空中相近的操縱負荷、視覺、聽覺和運動感覺,并對它所給出的一連串“空情”作出反應。

            和教練機、變穩飛機等空中飛行訓練模擬器不同,這種飛行訓練模擬器無法飛離地面,它只能“在人造空間里飛行”。

            一般來講,它由模擬座艙、運動系統、視景系統、計算機系統及教員控制臺5大部分組成。如果把這些部分比作訓練模擬器的軀體,那么依托計算機系統運行的飛行仿真軟件就是模擬器的“靈魂”。

            “有趣的靈魂萬里挑一。”對地面飛行訓練模擬器來說,這句話同樣適用。仿真軟件作為飛行訓練模擬器的核心,它的先進程度,直接決定著飛行訓練模擬器功能的強弱。

            仿真軟件主要包括兩類,一類是負責向地面飛行訓練模擬器發出指令、驅動其運動的軟件架構,這一軟件系統帶有一定通用性;另一類則是由戰機氣動參數等多種要素構成的飛行仿真模型。這種軟件系統基于具體型號的戰機構建, 帶有鮮明的“個性”特征。它易于被計算機系統辨識,能通過向諸多分系統提供相應的驅動信號,使地面飛行訓練模擬器呈現出與所模擬戰機類似的飛行特征。

            飛行仿真模型種類較多,除了氣動模塊、運動方程模塊和力矩模塊,還包括大氣紊流、質量特性、毀壞狀況、重新定位等功能模塊。這些模塊共同賦予地面飛行訓練模擬器整體仿真特性。

            在地面模擬飛行訓練中,飛行教員正是通過教員控制臺有針對性地選擇不同仿真模型,來構建特定的訓練課目。

            當然,地面飛行訓練模擬器并非剛問世時就如此“高大上”。第二次世界大戰期間,訓練了約50萬名飛行員的林克機,只是一個機械式的地面飛行訓練模擬器。直到20世紀50年代后,隨著計算機技術日漸成熟,一些民航客機的地面飛行訓練模擬器才初步具備數字化模擬功能。20世紀70年代以來,地面大型模擬器才普遍具備完整的座艙設備和模擬控制系統,除視景顯示功能外,還加入了音響和煙霧模擬裝置,實現六自由度運動,地面飛行訓練模擬器的運行速度和仿真實時性大大提升。

            虛擬空戰現場

            當前,各國研發的地面飛行訓練模擬器技術水平不等。從一些先進訓練模擬器所具備的能力來看,隨時“開黑”不是夢。

            “開黑”是大型網絡游戲玩家所用的“術語”,意為“在溝通便捷的情況下組隊打游戲”。地面飛行訓練模擬器在這方面所提供的便捷性、實戰性,與網游相比有過之而無不及。

            以前的地面飛行訓練模擬器,囿于當時的條件限制,大多突出對單機駕馭能力的訓練。現在,更多的國家開始運用計算機網絡技術,將分散在不同地域的多個部隊所屬的地面訓練模擬器聯為一體,進行綜合性、系統性模擬訓練。

            以美空軍為例,其阿姆斯特朗實驗室的“虛擬21中隊”,任務就是通過網絡聯接多臺不同機型的飛行訓練模擬器,組織實施帶戰術背景的機群攻擊模擬訓練。

            在2019年莫斯科航展中,俄羅斯展示的與蘇-35戰機配套的地面飛行訓練模擬器,同樣展現出這方面的一些特征。

            不僅如此,隨著地面飛行訓練模擬器被賦予一些新能力,空中訓練的戰機也被納入地面飛行訓練模擬的大體系中。

            2018年,美軍曾在內利斯空軍基地組織過一次相關演示。演示對象包括8架F-15戰機和8架F/A-18戰機的聯網模擬器,合計20個空中節點和地面系統,還有數百個由數字構建的空中和地面兵力模型。

            美軍準備列裝的T-7A教練機,一個最大特點就是能借助機上內置的仿真系統接入地面飛行訓練模擬系統,與后者一起構成逼真的大對抗環境。

           

          <   這種趨勢與戰機、教練機的能力同步提升有關。隨著人工智能、虛擬現實、大數據、云計算等技術的發展運用,以及相關模擬訓練套件或軟件集成到戰機上,空中真實飛行平臺與地面飛行訓練模擬器的互聯互通已成為可能。

            F-35戰機的模擬訓練管理系統使用的就是實際作戰飛行程序,這使它的模擬器能與實裝任務系統同步升級,進一步增強地面訓練的有效性。

            從各國研發地面飛行訓練模擬系統的定位來看,在增強模擬訓練成效的同時,對飛行員操作水平進行評估,提供個性化意見與建議,正成為該系統能力拓展方向。而采用開放式體系結構,顯然有助于今后對地面飛行訓練模擬器繼續“賦能”。

            為什么大力發展飛行模擬器

            簡而言之,地面飛行訓練模擬器的好處足有“一籮筐”。

            第一,利用地面飛行訓練模擬器,可以針對操作短板反復進行練習,幫助飛行員在不斷“昨日重現”中感受、積累、掌握正確的飛行技巧;可以借此對飛機失速、雨雪天氣等復雜環境、危險狀況中的飛行操作進行“預習”“溫習”,在不斷“淬火”中提升飛行員應急處突能力。顯然,真機不可能反復提供這種訓練場景。

            第二,通過地面飛行訓練模擬器進行“新飛”培訓和“老飛”復訓,成本較低,效率較高,還沒有太多污染。

            第三,地面飛行訓練模擬器安裝地點靈活,使用環境條件相對寬松,壽命較長,維修也比較方便。

            第四,也是更重要的一點,隨著科技的發展,飛行訓練模擬器所具有的功能,正在無限“逼近”實戰。

            簡要地講,這種“逼近”主要包括以下幾個方面:

            模擬能力更加全面、逼真。隨著戰斗機性能的提升,尤其是聯合作戰、體系作戰成為主要形態,研制高性能的地面飛行訓練模擬器幾乎勢在必行。因為唯有更全面、逼真地模擬先進戰機或機群作戰環境,才能為飛行員提供與真實飛行幾乎相同的運動感受,以及更加復雜、現實的訓練內容,加快飛行員培養進程,提高培訓效率。

            具備智能評估、建議功能。隨著人工智能和大數據等技術的發展,在飛行訓練中隨機收集飛行員個性化數據,對其操作能力進行精準評估仍然必不可少。同時,根據每位飛行員的優勢和短板提供意見與建議,為其訂制個性化訓練內容,正在成為今后地面飛行訓練模擬器的新職能。有些國家的飛行院校已開始著手對模擬器功能進行完善,以便讓其發揮“裁判員”的作用——評判學員是否適合飛行以及是否具有成為作戰飛行員的潛質。

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          關鍵詞: 六自由度飛行訓練,飛行訓練模擬器
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