飛行模擬器及其運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及前景

王 偉

（西安藍(lán)天仿真科技有限公司，西安 710089）

作為航空研究中的一種重要裝置，飛行模擬器的主要作用是對(duì)真實(shí)的飛行場(chǎng)景進(jìn)行模擬，以驗(yàn)證飛行的可靠性，保障飛行裝備的安全。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，飛行模擬器及其運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)所采用的技術(shù)也變得更加豐富。目前來(lái)看，依舊存在一定的改進(jìn)提升空間，因此探究其發(fā)展現(xiàn)狀及前景具有重要的意義。

1 飛行模擬器及其運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

飛行模擬器具有經(jīng)濟(jì)便捷、安全可靠、使用限制小、工作效率高等多方面的優(yōu)點(diǎn)，從上世紀(jì)20年代開(kāi)始，飛行模擬器一直是模擬仿真領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，其發(fā)展也經(jīng)歷了多個(gè)階段，處于不斷改進(jìn)創(chuàng)新的趨勢(shì)下。

1.1 國(guó)外飛行模擬器發(fā)展

國(guó)外飛行模擬器的發(fā)展共經(jīng)歷了三個(gè)階段：

機(jī)電模擬階段。飛行模擬器處于發(fā)展初期，技術(shù)水平落后，模擬水平很低。二戰(zhàn)后，戰(zhàn)斗機(jī)的迅速發(fā)展推動(dòng)了飛行模擬器的研發(fā)，發(fā)展出了簡(jiǎn)單的計(jì)算功能，具備了復(fù)雜機(jī)械電氣裝置。

電子模擬階段。英國(guó)電信研究所研制出了一種能夠進(jìn)行飛行方程式解算的電子模擬器，受此啟發(fā)，愛(ài)德華?林克自主研發(fā)了一種用于飛行練習(xí)器的電子模擬計(jì)算機(jī)，通過(guò)求解將飛機(jī)各方面特性完整的展現(xiàn)出來(lái)。模擬座艙、視景系統(tǒng)等諸多新技術(shù)的應(yīng)用使得飛行模擬器的功能不斷豐富，模擬效果大幅度提升。

數(shù)字模擬階段。以數(shù)字計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制的飛行模擬器不斷涌現(xiàn)。同時(shí)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的發(fā)展為飛行模擬器運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的研究和發(fā)展創(chuàng)造了有利的條件。1967年，世界上首臺(tái)6DOF 飛行模擬器在美國(guó)誕生，可將飛機(jī)在六個(gè)方向上的平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)完整的模擬出來(lái)。

1.2 國(guó)內(nèi)飛行模擬器的發(fā)展

相較而言，我國(guó)飛行模擬器的發(fā)展研究晚于國(guó)外，包括三個(gè)階段：

首先，20世紀(jì)50～60年代。我國(guó)飛行模擬器發(fā)展水平落后發(fā)達(dá)國(guó)家近20年，停留在通過(guò)機(jī)械控制進(jìn)行簡(jiǎn)單飛行操縱動(dòng)作的層面。

其次，20世紀(jì)70～80年代。我國(guó)將機(jī)電技術(shù)引入到飛行模擬器領(lǐng)域，使得其功能實(shí)現(xiàn)了巨大的提升。比較具有代表性的成果有西安飛行實(shí)驗(yàn)研究院研制的SB-100飛行模擬器、北京航空學(xué)院和曙光電機(jī)廠合作研制的殲6戰(zhàn)斗機(jī)飛行模擬器等，后者采用了數(shù)字控制技術(shù)以及三自由度的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，可以對(duì)戰(zhàn)斗機(jī)的起降、夜航等情境進(jìn)行模擬。在持續(xù)深入開(kāi)展飛行模擬器研發(fā)工作的同時(shí)，我國(guó)也相繼從國(guó)外引進(jìn)了一批現(xiàn)代化飛行模擬器，如英國(guó)雷迪富申公司生產(chǎn)的六自由度飛行模擬器等。

最后，從20世紀(jì)90年代初至今。我國(guó)飛行模擬仿真技術(shù)開(kāi)始呈現(xiàn)出高速發(fā)展的趨勢(shì)，由我國(guó)自主研發(fā)的計(jì)算機(jī)成像視景系統(tǒng)、六自由度協(xié)調(diào)式運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)等均在飛行模擬器中得到了廣泛的應(yīng)用。此外，為了更好的滿足民航飛行員的培訓(xùn)要求，我國(guó)在20世紀(jì)90年代也相繼從國(guó)外引進(jìn)了一批民用飛行模擬器，如波音系列飛機(jī)的飛行模擬器、空中客車飛行模擬器等。

進(jìn)入新世紀(jì)，我國(guó)民航產(chǎn)業(yè)開(kāi)始呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展，使得我國(guó)飛行員的需求量大幅提升，為保障飛行員培訓(xùn)的效果，不得不從美國(guó)、加拿大等國(guó)引進(jìn)民航飛行模擬器，西方國(guó)家長(zhǎng)期壟斷著飛行員培訓(xùn)所需的先進(jìn)飛行模擬器市場(chǎng)。為了打破這種局面，我國(guó)西安藍(lán)天仿真科技有限公司基于北京藍(lán)天航空科技股份有限公司的技術(shù)成果和經(jīng)驗(yàn)，從D 級(jí)飛行模擬器領(lǐng)域切入，成功研制了針對(duì)國(guó)產(chǎn)新舟60飛機(jī)的民用全動(dòng)型飛行模擬器，為我國(guó)高等級(jí)飛行模擬器的生產(chǎn)研制開(kāi)辟了一條新的道路，推動(dòng)了民航配套訓(xùn)練設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的腳步。

2 飛行模擬器的發(fā)展動(dòng)態(tài)及前景分析

航空課題研究也是飛行模擬器未來(lái)發(fā)展應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域，其中最突出的就是飛航動(dòng)力學(xué)和人機(jī)交互系統(tǒng)研究等方面。如美國(guó)宇航局所屬艾姆斯研究中心擁有的垂直運(yùn)動(dòng)模擬器，采用了高度擬真運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，其垂直高度達(dá)到了60英尺，模擬器中的高馬力馬達(dá)可以驅(qū)動(dòng)其以7m/s 的速度進(jìn)行前后和上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)飛機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度的精準(zhǔn)呈現(xiàn)。

在飛行模擬器運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)方面，主要研究集中在提高運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角領(lǐng)域，如今已存在一些研究成果，如Tesar 基于球面布局增大動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)角范圍的思路提出了一種新型并聯(lián)機(jī)構(gòu)。相較于傳統(tǒng)的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)在三維轉(zhuǎn)動(dòng)方面具備更大的優(yōu)勢(shì)，但承載能力較差，運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)角會(huì)受到結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)的限制。還有一部分學(xué)者從運(yùn)動(dòng)鉸鏈和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的角度切入，試圖增大運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角，但并未取得實(shí)質(zhì)性的成果。比較引起關(guān)注的是韓國(guó)首爾國(guó)立大學(xué)教授JongwonKim 基于整周轉(zhuǎn)動(dòng)的六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺(tái)提出了一種將三個(gè)支鏈連接在固定圓形導(dǎo)軌上的戰(zhàn)斗機(jī)飛行模擬器，除了能夠支持360°旋轉(zhuǎn)之外，還可以實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向的平移。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，飛行模擬器是航空領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，其在飛行員培訓(xùn)、航空課題研究等領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用。為了適應(yīng)航空技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)必須加強(qiáng)對(duì)高性能飛行模擬器的研制。