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飛行仿真行業(yè)就是讓飛行員學(xué)習(xí)飛行過程中的各方面感受，同時(shí)減去了真正飛行中的高額成本和潛在風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)《航空安全飛行雜志》調(diào)查：高質(zhì)量的飛行模擬器飛行訓(xùn)練是航線機(jī)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(xiàn)實(shí)飛行中的任何地點(diǎn)，任何可能遇到的特殊狀況進(jìn)行模擬挑戰(zhàn)。
全天候六自由度飛行模擬器控制系統(tǒng)必須復(fù)制飛行員例行飛行中遇到的所有條件狀況，飛行員在領(lǐng)取飛行執(zhí)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(yùn)動控制系統(tǒng)包含復(fù)雜的硬件和軟件集成智能化協(xié)調(diào)控制飛行模擬器，飛行員在虛擬的天空中駕駛飛機(jī)飛行。確切地說，飛行模擬器必須具備集成六自由度運(yùn)動平臺控制系統(tǒng)與控制加載硬件重建行動，與初級控制系統(tǒng)和次級控制系統(tǒng)，與整個座艙儀表，與機(jī)艙仿真視景系統(tǒng)完美無接縫對接。
飛行訓(xùn)練模擬器的發(fā)展
被稱作飛行員“搖籃”“學(xué)步車”也好，“八卦爐”也好，地面飛行訓(xùn)練模擬器本身沒那么多感情色彩，它只是一種用于訓(xùn)練飛行員的裝備或裝備組合。
這類裝備或裝備組合，一般設(shè)置在地面上，能夠模仿戰(zhàn)機(jī)執(zhí)行任務(wù)時(shí)的飛行環(huán)境、條件和狀態(tài)，讓飛行員和空勤人員獲得與在空中相近的操縱負(fù)荷、視覺、聽覺和運(yùn)動感覺，并對它所給出的一連串“空情”作出反應(yīng)。
和教練機(jī)、變穩(wěn)飛機(jī)等空中飛行訓(xùn)練模擬器不同，這種飛行訓(xùn)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(yùn)動系統(tǒng)、視景系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及教員控制臺5大部分組成。如果把這些部分比作訓(xùn)練模擬器的軀體，那么依托計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)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(xùn)練模擬器來說，這句話同樣適用。仿真軟件作為飛行訓(xùn)練模擬器的核心，它的先進(jìn)程度，直接決定著飛行訓(xùn)練模擬器功能的強(qiáng)弱。
仿真軟件主要包括兩類，一類是負(fù)責(zé)向地面飛行訓(xùn)練模擬器發(fā)出指令、驅(qū)動其運(yùn)動的軟件架構(gòu)，這一軟件系統(tǒng)帶有一定通用性;另一類則是由戰(zhàn)機(jī)氣動參數(shù)等多種要素構(gòu)成的飛行仿真模型。這種軟件系統(tǒng)基于具體型號的戰(zhàn)機(jī)構(gòu)建， 帶有鮮明的“個性”特征。它易于被計(jì)算機(jī)系統(tǒng)辨識，能通過向諸多分系統(tǒng)提供相應(yīng)的驅(qū)動信號，使地面飛行訓(xùn)練模擬器呈現(xiàn)出與所模擬戰(zhàn)機(jī)類似的飛行特征。
飛行仿真模型種類較多，除了氣動模塊、運(yùn)動方程模塊和力矩模塊，還包括大氣紊流、質(zhì)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(xùn)練模擬器整體仿真特性。
在地面模擬飛行訓(xùn)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(gòu)建特定的訓(xùn)練課目。
當(dāng)然，地面飛行訓(xùn)練模擬器并非剛問世時(shí)就如此“高大上”。第二次世界大戰(zhàn)期間，訓(xùn)練了約50萬名飛行員的林克機(jī)，只是一個機(jī)械式的地面飛行訓(xùn)練模擬器。直到20世紀(jì)50年代后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)日漸成熟，一些民航客機(jī)的地面飛行訓(xùn)練模擬器才初步具備數(shù)字化模擬功能。20世紀(jì)70年代以來，地面大型模擬器才普遍具備完整的座艙設(shè)備和模擬控制系統(tǒng)，除視景顯示功能外，還加入了音響和煙霧模擬裝置，實(shí)現(xiàn)六自由度運(yùn)動，地面飛行訓(xùn)練模擬器的運(yùn)行速度和仿真實(shí)時(shí)性大大提升。
虛擬空戰(zhàn)現(xiàn)場
當(dāng)前，各國研發(fā)的地面飛行訓(xùn)練模擬器技術(shù)水平不等。從一些先進(jìn)訓(xùn)練模擬器所具備的能力來看，隨時(shí)“開黑”不是夢。
“開黑”是大型網(wǎng)絡(luò)游戲玩家所用的“術(shù)語”，意為“在溝通便捷的情況下組隊(duì)打游戲”。地面飛行訓(xùn)練模擬器在這方面所提供的便捷性、實(shí)戰(zhàn)性，與網(wǎng)游相比有過之而無不及。
以前的地面飛行訓(xùn)練模擬器，囿于當(dāng)時(shí)的條件限制，大多突出對單機(jī)駕馭能力的訓(xùn)練?，F(xiàn)在，更多的國家開始運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將分散在不同地域的多個部隊(duì)所屬的地面訓(xùn)練模擬器聯(lián)為一體，進(jìn)行綜合性、系統(tǒng)性模擬訓(xùn)練。
以美空軍為例，其阿姆斯特朗實(shí)驗(yàn)室的“虛擬21中隊(duì)”，任務(wù)就是通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接多臺不同機(jī)型的飛行訓(xùn)練模擬器，組織實(shí)施帶戰(zhàn)術(shù)背景的機(jī)群攻擊模擬訓(xùn)練。
在2019年莫斯科航展中，俄羅斯展示的與蘇-35戰(zhàn)機(jī)配套的地面飛行訓(xùn)練模擬器，同樣展現(xiàn)出這方面的一些特征。
不僅如此，隨著地面飛行訓(xùn)練模擬器被賦予一些新能力，空中訓(xùn)練的戰(zhàn)機(jī)也被納入地面飛行訓(xùn)練模擬的大體系中。
2018年，美軍曾在內(nèi)利斯空軍基地組織過一次相關(guān)演示。演示對象包括8架F-15戰(zhàn)機(jī)和8架F/A-18戰(zhàn)機(jī)的聯(lián)網(wǎng)模擬器，合計(jì)20個空中節(jié)點(diǎn)和地面系統(tǒng)，還有數(shù)百個由數(shù)字構(gòu)建的空中和地面兵力模型。
美軍準(zhǔn)備列裝的T-7A教練機(jī)，一個最大特點(diǎn)就是能借助機(jī)上內(nèi)置的仿真系統(tǒng)接入地面飛行訓(xùn)練模擬系統(tǒng)，與后者一起構(gòu)成逼真的大對抗環(huán)境。
< 這種趨勢與戰(zhàn)機(jī)、教練機(jī)的能力同步提升有關(guān)。隨著人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展運(yùn)用，以及相關(guān)模擬訓(xùn)練套件或軟件集成到戰(zhàn)機(jī)上，空中真實(shí)飛行平臺與地面飛行訓(xùn)練模擬器的互聯(lián)互通已成為可能。
F-35戰(zhàn)機(jī)的模擬訓(xùn)練管理系統(tǒng)使用的就是實(shí)際作戰(zhàn)飛行程序，這使它的模擬器能與實(shí)裝任務(wù)系統(tǒng)同步升級，進(jìn)一步增強(qiáng)地面訓(xùn)練的有效性。
從各國研發(fā)地面飛行訓(xùn)練模擬系統(tǒng)的定位來看，在增強(qiáng)模擬訓(xùn)練成效的同時(shí)，對飛行員操作水平進(jìn)行評估，提供個性化意見與建議，正成為該系統(tǒng)能力拓展方向。而采用開放式體系結(jié)構(gòu)，顯然有助于今后對地面飛行訓(xùn)練模擬器繼續(xù)“賦能”。
為什么大力發(fā)展飛行模擬器
簡而言之，地面飛行訓(xùn)練模擬器的好處足有“一籮筐”。
第一，利用地面飛行訓(xùn)練模擬器，可以針對操作短板反復(fù)進(jìn)行練習(xí)，幫助飛行員在不斷“昨日重現(xiàn)”中感受、積累、掌握正確的飛行技巧;可以借此對飛機(jī)失速、雨雪天氣等復(fù)雜環(huán)境、危險(xiǎn)狀況中的飛行操作進(jìn)行“預(yù)習(xí)”“溫習(xí)”，在不斷“淬火”中提升飛行員應(yīng)急處突能力。顯然，真機(jī)不可能反復(fù)提供這種訓(xùn)練場景。
第二，通過地面飛行訓(xùn)練模擬器進(jìn)行“新飛”培訓(xùn)和“老飛”復(fù)訓(xùn)，成本較低，效率較高，還沒有太多污染。
第三，地面飛行訓(xùn)練模擬器安裝地點(diǎn)靈活，使用環(huán)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(diǎn)，隨著科技的發(fā)展，飛行訓(xùn)練模擬器所具有的功能，正在無限“逼近”實(shí)戰(zhàn)。
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(zhàn)斗機(jī)性能的提升，尤其是聯(lián)合作戰(zhàn)、體系作戰(zhàn)成為主要形態(tài)，研制高性能的地面飛行訓(xùn)練模擬器幾乎勢在必行。因?yàn)槲ㄓ懈?、逼真地模擬先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)或機(jī)群作戰(zhàn)環(huán)境，才能為飛行員提供與真實(shí)飛行幾乎相同的運(yùn)動感受，以及更加復(fù)雜、現(xiàn)實(shí)的訓(xùn)練內(nèi)容，加快飛行員培養(yǎng)進(jìn)程，提高培訓(xùn)效率。
具備智能評估、建議功能。隨著人工智能和大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，在飛行訓(xùn)練中隨機(jī)收集飛行員個性化數(shù)據(jù)，對其操作能力進(jìn)行精準(zhǔn)評估仍然必不可少。同時(shí)，根據(jù)每位飛行員的優(yōu)勢和短板提供意見與建議，為其訂制個性化訓(xùn)練內(nèi)容，正在成為今后地面飛行訓(xùn)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(jìn)行完善，以便讓其發(fā)揮“裁判員”的作用——評判學(xué)員是否適合飛行以及是否具有成為作戰(zhàn)飛行員的潛質(zhì)。
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