眾所周知，航空航天飛行是一項(xiàng)耗資大、變量參數(shù)很多、非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，因此可利用虛擬仿真技術(shù)經(jīng)濟(jì)、安全及可重復(fù)性等特點(diǎn)，進(jìn)行飛行任務(wù)或操作的模擬，以代替某些費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)錢(qián)的真實(shí)試驗(yàn)或者真實(shí)試驗(yàn)無(wú)法開(kāi)展的場(chǎng)合，從而獲得提高航空航天員工作效率或航空航天器系統(tǒng)可靠性等的設(shè)計(jì)對(duì)策。
神州普惠公司在研究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，公司自主研發(fā)的模擬器培訓(xùn)系統(tǒng)AppSTS(App Simulator Training System)，是基于分布式技術(shù)、三維圖形圖像模型、視景投影技術(shù)、數(shù)學(xué)模型和實(shí)物模型五大核心技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的覆蓋整個(gè)培訓(xùn)過(guò)程(教學(xué)、學(xué)習(xí)、練習(xí)和考核)的培訓(xùn)系統(tǒng)。主要用于設(shè)備的操作培訓(xùn)、協(xié)同規(guī)程培訓(xùn)和邏輯分析能力培訓(xùn)。可以對(duì)航空航天飛行過(guò)程進(jìn)行三維可視化仿真，進(jìn)而進(jìn)行可視化研究或培訓(xùn)，大大提高了試驗(yàn)或訓(xùn)練效率。
一、通用飛行模擬器組成
通用飛行模擬器一般由仿真計(jì)算機(jī)、模擬駕駛艙、運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái)、視景仿真系統(tǒng)、操縱負(fù)載系統(tǒng)、噪聲模擬系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)組成如下：
仿真計(jì)算機(jī)： 它是飛行仿真器的主要組成部分。通過(guò)編寫(xiě)程序的方法來(lái)描述飛行器、發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)載各系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。
模擬駕駛艙：它與真實(shí)飛行器駕駛艙相似，艙內(nèi)設(shè)有儀表、指示燈、開(kāi)關(guān)按鈕和操縱手柄。駕駛員根據(jù)儀表指示和外景顯示操縱飛行器。艙內(nèi)儀表也可根據(jù)需要開(kāi)發(fā)成虛擬儀表。
運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)：它給駕駛員以運(yùn)動(dòng)感覺(jué)。運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)一般通過(guò)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)提供 “飛行”過(guò)程中飛行器垂直、水平、橫向、俯仰、滾轉(zhuǎn)和偏航六個(gè)角運(yùn)動(dòng)的感覺(jué)。運(yùn)動(dòng)基座由大功率伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)由計(jì)算機(jī)計(jì)算形成。
視景仿真系統(tǒng)：它給駕駛員提供機(jī)艙外視覺(jué)景象。隨著飛行器的“飛行”位置和“飛行”狀況的變化，在座艙前顯現(xiàn)相應(yīng)的機(jī)外景象，包括機(jī)場(chǎng)、跑道、田野、河流、道路、山脈和城鎮(zhèn)建筑等。視景仿真系統(tǒng)一般由視景生成計(jì)算機(jī)和視景顯示系統(tǒng)組成。虛擬視景通過(guò)視景建模、視景特效開(kāi)發(fā)、交互開(kāi)發(fā)完成虛擬場(chǎng)景的交互顯示。視景顯示系統(tǒng)一般通過(guò)投影顯示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
操縱負(fù)載系統(tǒng)：駕駛員在操縱飛行器的駕駛桿、油門(mén)桿和方向舵等操縱機(jī)構(gòu)時(shí)，操縱負(fù)載系統(tǒng)給駕駛員以操縱負(fù)載力的感覺(jué)。這些負(fù)載力隨操縱機(jī)構(gòu)的行程大小、飛行高度和飛行速度等飛行參數(shù)的變化而改變。操縱負(fù)載系統(tǒng)通常采用力伺服系統(tǒng)。
噪聲模擬系統(tǒng)：噪聲模擬系統(tǒng)主要用來(lái)模擬飛行器飛行、發(fā)動(dòng)機(jī)和外部環(huán)境的音響效果以及乘員與控制臺(tái)間的語(yǔ)音通訊。
駕駛員在飛行仿真器上進(jìn)行飛行訓(xùn)練時(shí)，可以人為地設(shè)置各種故障和特殊情況，以培養(yǎng)駕駛員處置故障和特殊情況的能力。
二、飛行模擬器作用
神州普惠公司應(yīng)用AppSTS開(kāi)發(fā)的飛行模擬器可以滿(mǎn)足用戶(hù)試驗(yàn)研究、仿真訓(xùn)練、仿真體驗(yàn)等多種需求。飛行模擬器通過(guò)對(duì)機(jī)艙人機(jī)界面、仿真數(shù)學(xué)模型等的建立，可以實(shí)現(xiàn)：
1) 人機(jī)環(huán)研究：通過(guò)艙內(nèi)結(jié)構(gòu)和布局仿真，分析和檢驗(yàn)人-機(jī)-環(huán)總體性能;
2) 邏輯驗(yàn)證：原理設(shè)計(jì)、操作飛行程序邏輯驗(yàn)證和人機(jī)功能分配檢驗(yàn)。
3) 試驗(yàn)研究：通過(guò)設(shè)置極限條件進(jìn)行非常規(guī)或危險(xiǎn)性的仿真試驗(yàn);
4) 仿真訓(xùn)練：訓(xùn)練飛行員熟悉艙內(nèi)布局、界面和位置關(guān)系，演練飛行程序和操作技能等。
5) 故障訓(xùn)練：通過(guò)飛行器故障的模擬，對(duì)飛行員進(jìn)行故障的診斷、排除和維修訓(xùn)練。
三、成功案例
神州普惠科技股份有限公司應(yīng)用AppSTS開(kāi)發(fā)了多個(gè)航空飛行訓(xùn)練系統(tǒng)，積累了豐富的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，目前飛行虛擬仿真模擬器技術(shù)成熟，可以滿(mǎn)足用戶(hù)試驗(yàn)研究、仿真訓(xùn)練及娛樂(lè)體驗(yàn)等多方面需求。
1、某機(jī)型飛行模擬器
模擬器簡(jiǎn)介：該飛行模擬器是神州普惠公司為某單位以某機(jī)型為原型構(gòu)建的飛行模擬器，該模擬器主要用于飛行員操作規(guī)程以及飛行安全方面的訓(xùn)練。
2、“LSO”模擬器
模擬器示意圖 模擬器外形
模擬器簡(jiǎn)介：該模擬器是神州普惠公司為某單位以某戰(zhàn)機(jī)為原型構(gòu)建的飛行模擬器，該模擬器具有逼真的視覺(jué)模擬和操作模擬功能，可以完美模擬飛機(jī)的起飛、降落、空中飛行戰(zhàn)斗等全過(guò)程，該模擬器還配備了沉浸感強(qiáng)烈的球幕投影系統(tǒng)，為飛行員提供逼真的視景感知，同時(shí)還配備了先進(jìn)的六自由度液壓運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)，為飛行員提供運(yùn)動(dòng)感知。該模擬器已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
3、飛機(jī)起飛/著陸模擬器
模擬器簡(jiǎn)介：該模擬器是神州普惠公司為某單位以某飛機(jī)為原型構(gòu)建的飛行模擬器，我們知道飛行事故80%以上都發(fā)生在起飛和著陸階段，該模擬器針對(duì)這兩個(gè)階段進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，用于培訓(xùn)學(xué)員在這兩個(gè)階段的飛行和著陸操作。
