飞行模拟器及其运动系统的发展现状及前景

2019-02-13王伟

数字通信世界 2019年8期

王伟

（西安蓝天仿真科技有限公司，西安 710089）

作为航空研究中的一种重要装置，飞行模拟器的主要作用是对真实的飞行场景进行模拟，以验证飞行的可靠性，保障飞行装备的安全。随着科学技术的发展，飞行模拟器及其运动系统所采用的技术也变得更加丰富。目前来看，依旧存在一定的改进提升空间，因此探究其发展现状及前景具有重要的意义。

1 飞行模拟器及其运动系统的发展现状

飞行模拟器具有经济便捷、安全可靠、使用限制小、工作效率高等多方面的优点，从上世纪20年代开始，飞行模拟器一直是模拟仿真领域研究的热点，其发展也经历了多个阶段，处于不断改进创新的趋势下。

1.1 国外飞行模拟器发展

国外飞行模拟器的发展共经历了三个阶段：

机电模拟阶段。飞行模拟器处于发展初期，技术水平落后，模拟水平很低。二战后，战斗机的迅速发展推动了飞行模拟器的研发，发展出了简单的计算功能，具备了复杂机械电气装置。

电子模拟阶段。英国电信研究所研制出了一种能够进行飞行方程式解算的电子模拟器，受此启发，爱德华•林克自主研发了一种用于飞行练习器的电子模拟计算机，通过求解将飞机各方面特性完整的展现出来。模拟座舱、视景系统等诸多新技术的应用使得飞行模拟器的功能不断丰富，模拟效果大幅度提升。

数字模拟阶段。以数字计算机进行控制的飞行模拟器不断涌现。同时并联机构的发展为飞行模拟器运动系统的研究和发展创造了有利的条件。1967年，世界上首台6DOF 飞行模拟器在美国诞生，可将飞机在六个方向上的平移和旋转运动完整的模拟出来。

1.2 国内飞行模拟器的发展

相较而言，我国飞行模拟器的发展研究晚于国外，包括三个阶段：

首先，20世纪50～60年代。我国飞行模拟器发展水平落后发达国家近20年，停留在通过机械控制进行简单飞行操纵动作的层面。

其次，20世纪70～80年代。我国将机电技术引入到飞行模拟器领域，使得其功能实现了巨大的提升。比较具有代表性的成果有西安飞行实验研究院研制的SB-100飞行模拟器、北京航空学院和曙光电机厂合作研制的歼6战斗机飞行模拟器等，后者采用了数字控制技术以及三自由度的运动系统，可以对战斗机的起降、夜航等情境进行模拟。在持续深入开展飞行模拟器研发工作的同时，我国也相继从国外引进了一批现代化飞行模拟器，如英国雷迪富申公司生产的六自由度飞行模拟器等。

最后，从20世纪90年代初至今。我国飞行模拟仿真技术开始呈现出高速发展的趋势，由我国自主研发的计算机成像视景系统、六自由度协调式运动系统等均在飞行模拟器中得到了广泛的应用。此外，为了更好的满足民航飞行员的培训要求，我国在20世纪90年代也相继从国外引进了一批民用飞行模拟器，如波音系列飞机的飞行模拟器、空中客车飞行模拟器等。

进入新世纪，我国民航产业开始呈现出蓬勃发展，使得我国飞行员的需求量大幅提升，为保障飞行员培训的效果，不得不从美国、加拿大等国引进民航飞行模拟器，西方国家长期垄断着飞行员培训所需的先进飞行模拟器市场。为了打破这种局面，我国西安蓝天仿真科技有限公司基于北京蓝天航空科技股份有限公司的技术成果和经验，从D 级飞行模拟器领域切入，成功研制了针对国产新舟60飞机的民用全动型飞行模拟器，为我国高等级飞行模拟器的生产研制开辟了一条新的道路，推动了民航配套训练设备国产化的脚步。

2 飞行模拟器的发展动态及前景分析

航空课题研究也是飞行模拟器未来发展应用的一个重要领域，其中最突出的就是飞航动力学和人机交互系统研究等方面。如美国宇航局所属艾姆斯研究中心拥有的垂直运动模拟器，采用了高度拟真运动平台，其垂直高度达到了60英尺，模拟器中的高马力马达可以驱动其以7m/s 的速度进行前后和上下运动，实现了对飞机运动时加速度的精准呈现。

在飞行模拟器运动机构方面，主要研究集中在提高运动机构转角领域，如今已存在一些研究成果，如Tesar 基于球面布局增大动平台转角范围的思路提出了一种新型并联机构。相较于传统的并联结构，球面并联机构在三维转动方面具备更大的优势，但承载能力较差，运动转角会受到结构和驱动的限制。还有一部分学者从运动铰链和驱动电机的角度切入，试图增大运动机构的转角，但并未取得实质性的成果。比较引起关注的是韩国首尔国立大学教授JongwonKim 基于整周转动的六自由度并联机构平台提出了一种将三个支链连接在固定圆形导轨上的战斗机飞行模拟器，除了能够支持360°旋转之外，还可以实现三个方向的平移。