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飞行模拟器:创新驱动,精准模拟

2024-8-29 07:23| 发布者: hr345 1336 3

摘要: 01飞行模拟器简介飞行模拟器是经由人工制造,尽可能逼真地重现飞机飞行以及空中环境的模拟系统,通常应用于飞行员培训以及飞机设计等工作。飞行模拟器能够模拟对飞机飞行的控制方式、飞机应用系统的反应,还能够模拟 ...

01飞行模拟器简介

飞行模拟器是经由人工制造,尽可能逼真地重现飞机飞行以及空中环境的模拟系统,通常应用于飞行员培训以及飞机设计等工作。飞行模拟器能够模拟对飞机飞行的控制方式、飞机应用系统的反应,还能够模拟某些可能对飞机系统产生影响的外部条件,像空气密度、乱流、风切变、云、降水等外部要素。

飞行模拟器的历史能够追溯到上世纪初,最初的目的是降低没有飞行经验的新人的飞行事故率。


飞行模拟器:创新驱动,精准模拟-937

▲1910 年,在法国指挥官克洛卢斯、拉丰以及克拉维纳德中尉的倡导下,第一架用于军用飞机的地面训练机应运而生。图中所示便是由 Antoinette 公司打造的“Tonneau Antoinette”(安托瓦内特桶),堪称现代飞行模拟器的雏形。

历经“林克训练机(Link Trainer)”“天文导航教练机(Celestial Navigation Trainer)”等多次迭代后,1940 年,人们开始运用类比式电脑(Analog Computer)来计算飞行公式,第一套电子飞行模拟器就此问世。进入 1960 年代,使用数码电脑来模拟飞行开始流行起来。

时至今日,飞行模拟器已在航空工业的设计与研发中得到广泛应用,飞行员训练、飞机的设计与开发、对飞机特性和控制处理质量管理的研究都离不开飞行模拟器的支持。

飞行仿真软件在航空航天领域具有广泛而重要的应用,包括但不限于以下几个方面:

1. 飞行员培训:

  • 帮助飞行员熟悉飞机的操作流程和各种飞行状况。
  • 让飞行员在安全的虚拟环境中练习应对紧急情况,如引擎故障、恶劣天气等。例如,新飞行员可以在仿真软件中多次练习起落架故障时的紧急降落程序。

2. 飞行器设计与研发:

  • 工程师可以在软件中模拟新飞机的性能,优化设计参数。
  • 提前发现潜在的问题和风险,降低实际试飞的成本和风险。比如,通过仿真来确定飞机机翼的最佳形状和尺寸,以提高飞行效率和稳定性。

3. 航空系统测试:

  • 对飞机的电子系统、导航系统、通信系统等进行模拟测试。
  • 确保这些系统在各种复杂的飞行条件下正常工作。例如,测试新的自动驾驶系统在不同气象条件下的可靠性。

4. 任务规划与演练:

  • 为军事或特殊任务规划飞行路径和策略。
  • 进行任务前的演练,提高任务执行的成功率。比如,在执行太空探索任务前,模拟飞行器的轨道飞行和对接操作。

5. 空中交通管理研究:

  • 帮助研究人员评估新的空中交通规则和管理策略的效果。
  • 优化航线规划和空域利用。例如,通过仿真研究如何减少繁忙空域的拥堵情况。

6. 科学研究:

  • 用于研究大气物理、飞行力学等相关领域的科学问题。
  • 为航空航天领域的理论研究提供数据支持和验证。比如,研究不同高度的大气湍流对飞机飞行的影响。

02现代飞行模拟器的构成

用于训练飞行员的飞行模拟器具有众多类型,小到能够单独模拟各种飞机控制系统部分功能的部分功能训练器(Part-Task Trainer, PTT),以及专门用于练习驾驶舱操作与驾驶舱仪表检查的驾驶舱程序训练器(Cockpit Procedures Trainer, CPT),大到功能与结构最为复杂的全功能飞行模拟器(Full Flight Simulator, FFS)。

目前,较高等级的全功能飞行模拟器中模拟器姿态控制系统能够做出具有 6 个自由度的全方位运动控制,同时还有广角高仿真度的视觉系统模拟飞机窗外的景象,其中还包含高仿真的驾驶舱与视觉系统。

全功能飞行模拟器被划分为 1 到 7 级的飞行训练器(Flight Training Device, FTD)或是 A 到 D 级的全功能飞行模拟器。最高等级、功能最强的是 D 等级全功能飞行模拟器,能够用于资深飞行员从一种机型转换到另一种类似机型的零飞行时数转换,避免飞行员重复累积飞行时数。

  1. FAA FFS A 级:至少需要具备三个自由度的运动系统。
  2. FAA FFS B 级:需要三轴运动以及比 A 级更为真实的空气动力学模型。
  3. FAA FFS C 级:必须具备完整的六个自由度的运动平台以及一个最低 75 度水平可视角度的视觉系统。
  4. FAA FFS D 级:属于目前能够获得的最高级别的 FFS 资格。视觉系统需要具备至少 150 度的水平可视角度以及远焦显示,驾驶舱内需具备逼真的声音模拟以及一些特定的运动视觉效果。

能够达成 D 等级的全功能飞行模拟机势必需要实现绝对真实的仿真效果,最好是能够直接运行真实飞机目标码,需要配合上位机软件注入真实物理仿真数据。这就需要高安全性、高可靠性的仿真软件的支持。


飞行模拟器:创新驱动,精准模拟-1039

03高等级仿真架构

由点银津达自主研发的HighSim仿真架构体系,可通过仿真构建与目标机相同的真实物理运行环境,使飞机目标码程序直接运行在仿真目标机环境中,为客户提供实时安全真实的的使用环境,实现高效率、高质量的飞行模拟器仿真工作。


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