淺談視景技術在試飛工程模擬器中的特有應用

楊永剛

摘要：本文介紹了視景技術在試飛工程模擬器里的一些特有應用，如直升機風險科目試飛訓練場、固定翼最小操縱速度模擬試飛、空中加油試飛的模擬等等，隨著計算機圖形技術的進步，視景模擬能夠支持越來越多的試飛研究工作。

關鍵詞：視景模擬;試飛工程模擬器;三維建模

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）02-0062-03

1 概述

視景技術作為虛擬現實技術的重要內容，隨著技術的進步正在越來越多的行業中得到廣泛應用[1-2]。視景系統是飛行模擬器最重要的系統之一，在飛行模擬中發揮著重要的作用[3]，作為試飛工程模擬器，視景系統除了一般飛行模擬器的對座艙外真實場景的模擬外，還會有一些特殊的應用，這些應用主要在試飛員培訓和一些特別試飛科目的演練上，對一些試飛工作起著重要的作用。下面就分別介紹這些特殊的應用。

2 直升機特有試飛科目及風險科目試飛訓練場

直升機由于具有垂直起降、空中懸停、低空低速飛行的能力，在軍民很多領域都發揮著重要的作用，因此它有一些特殊的駕駛技巧和試飛科目。比如垂直隱蔽、加速和減速、精確著陸、向心回轉等，用Creator軟件根據需求的數據畫出這些模型，如圖1至圖4所示，添加在視景地景庫里，飛行員就可以進行相關科目的訓練，這比實際建造這些設施場地要快捷的多，而且花費成本極小，訓練相關的駕駛技術更安全、高效。

斜坡著陸是直升機試飛中的一個風險科目，為了降低試飛的風險，讓試飛員掌握駕駛直升機在斜坡著陸技術技巧和提前了解飛機斜坡著陸的性能，我們設計了在直升機試飛模擬器機場地景里添加斜坡模型訓練飛行員的方法。在視景里添加一系列不同坡度的斜坡，從2度到12度，間隔為2度，如圖5所示，這樣飛行員就可以在模擬器上從小坡度到大坡度循序漸進地進行斜坡著陸訓練，即了解了飛機的性能也掌握了駕駛的技巧，對于該科目的成功完成試飛起到非常大的作用。

直升機另一個風險科目是高臺定點著陸，如圖6所示，這是要求直升機在一個高60多米直徑20多米的圓柱形平臺上著陸，由于平臺較高，著陸區域很小，安全平穩快速的降落對駕駛技術要求很高，不經過一定的訓練很難完成這個任務。同樣在視景機場地景庫里搭建這么一個虛擬的平臺，讓飛行員進行相關的訓練。

3 固定翼試飛科目

地面最小操縱速度，在試飛這個科目之前，在視景里跑道模型上按照設計要求畫出一些標志標線，如圖7所示。這樣試飛員就可以先在模擬器上根據試飛工程師出的任務單對這個任務進行演練，這樣就可以在保證安全的情況下既可以預測飛機的相關性能，又能夠提高試飛員的試飛駕駛技術，還能夠根據試驗過程和結果對任務單進行優化，最終到達提高試飛效率，節約成本的目的。

空中加油控制率驗證及培訓駕駛技術，對于具備空中加油功能的加油機和受油機需要試飛驗證其加受油功能，主要是驗證加受油控制率，為了提高效率，可以在模擬器上開展演示驗證和試飛員駕駛技術培訓工作。這需要兩臺試飛模擬器的聯網，加油機和受油機模擬器之間可以交換數據，在兩個模擬器的視景里邊添加彼此的飛機三維模型，由網絡數據驅動，使得兩個模擬器的試飛員能夠相互看到彼此。特別是要對加油機的加油管和錐套進行三維建模，并對他們隨加油機運動進行動態模擬，使其符合真實情況下的運動。

4 虛擬屏顯的應用

屏顯是戰斗機必備的一種儀表設備，因此戰斗機模擬器必須要對屏顯進行模擬，預算充足的戰斗機訓練模擬器，一般都會配有高仿的物理屏顯，而簡易一些的戰機模擬器往往會采用在視景里添加虛擬屏顯的方法。目前一些先進的運輸機和客機也有選裝屏顯，對于增強飛行安全起到一定的作用。視景里可以添加IData或者GLStudio軟件開發的虛擬屏顯，如圖8所示，可以根據研究任務的需求或者試飛員培訓的需求開發畫面，可以通過視景的接口通訊程序進行驅動。視景里添加虛擬屏顯優點就是顯示與否方便控制，畫面的大小可以很容易調整，畫面里要顯示的內容也容易增添，改動起來都比較容易，效率較高，還有就是可視角度好，能在任意位置觀看對于有些研究或者教學科目比較適合。當然視景里添加虛擬屏顯也有缺點，比如亮度和分辨率較低，背景的變化對辨識有一定的影響，景深感相對真實屏顯來說較差，因為虛擬屏顯就是在視景畫面的前端顯示。

5 高逼真地理特征在試飛中的應用

擁有高精度的高程數據的山地地形數據庫的視景系統可以進行地形跟蹤、戰術試飛等研究任務的模擬演練，具有逼真的湖泊和海洋水面光照和波浪效果的視景系統在可以進行水陸兩棲飛機水上起降的模擬以及艦載機在航母起飛著艦的模擬訓練。視景地景庫里機場附件的高壓線塔、高層建筑等模型則支持直升機進行相關科目的試飛模擬演練。

6 特情和事故數據的三維回放及試飛科目的演示

試飛是一項高風險的試驗，難免會出現一些特情和事故。對于某一次的飛行過程來說，如果僅僅是通過一些曲線和參數來了解往往不太直觀，尤其是對于飛行專業以外的人士來說。為了更好地分析特情和事故的原因，再現事故的過程，把試飛數據處理之后加載到模擬器或者基于視景軟件的三維回放軟件里進行情景再現式的三維回放，可以進行回放的速度調整并且加入一些尾跡等信息，可以從多個視角清晰直觀的觀察整個特情或者事故過程。

還有一方面的應用就是把一些已飛過的試飛科目通過視景軟件把試飛數據做成一些三維回放的動畫視頻，用于教學或者演示，具有很好的效果。

三維回放的時候，我們需要開發飛機的三維模型，這些三維模型采用真實的幾何數據建模，用清晰的照片貼紋理，包含發動機、各個舵面、起落架等的動畫的開發，回放的時候能夠用試驗的數據驅動舵面偏轉和起落架收放。對于三維回放軟件來說，為了增加通用性，可以開發多個型號飛機的三維模型，根據試飛數據屬于哪個飛機加載該飛機的三維模型，再根該飛機的配置信息，就可以用試飛數據驅動飛機的位置姿態、氣動控制面和起落架等，完成一個三維的回放動畫。

7 結語

試飛在新型號飛機的研制中發揮著至關重要的作用，隨著科技的進步，試飛工程模擬器在新機試飛中起的作用也越來越大。視景系統作為試飛工程模擬器的重要系統，要不斷的利用最新的視景技術來加強和擴展模擬器在試飛支持和相關研究中的作用。

參考文獻

[1] 沈忱.關于對三維視景仿真可視化技術的研究[J].數字技術與應用，2017，12（042）：79-80.

[2] 郭彥宏，鄭杰良.地鐵運行視景系統中虛擬線路的實現[J].系統仿真技術，2018，14（2）：127-130.

[3] 田杰榮，張力，韓晨，史存虎.某型艦載機FCLP模擬訓練系統設計[J].兵工自動化，2018，37（1）：1-5.

Discussion on the Peculiar Application of Thevisual Technology in

the Flight test Engineering Simulator

YANG Yong-gang

（Chinese Flight Test Establishment， Xian Shaanxi? 710089）

Abstract：This paper introduces some peculiar applications of visual technology in flight test engineering simulator， such as helicopter risk subject flight test training field， fixed-wing minimum control speed simulation flight test，simulation of aerial refueling flight test. With the development of computer graphics technology， visual simulation can support more and more flight test research work.

Key words：visual simulation;flight test engineering simulator;3D modeling