智能仿真技術在航空領域的應用與發展

麻耘豪

摘? 要： 在航空領域，智能仿真技術技術的運用與研究起步相對較高。在上世紀50年代，智能仿真技術技術就開始運用在航空控制自動化領域。本文對智能仿真技術的起源與發展史進行介紹，最后結合航空領域對智能仿真技術的應用與發展進行了探討與分析。

關鍵詞： 航空領域;智能仿真技術;應用;發展

中圖分類號： TP182? ? 文獻標識碼： A? ? DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.01.030

【Abstract】： In the field of aviation， the application and research of intelligent simulation technology has started relatively high. In the 1950s， intelligent simulation technology began to be used in the field of aviation control automation. This paper introduces the origin and development history of intelligent simulation technology. Finally， it discusses and analyzes the application and development of intelligent simulation technology in the aviation field.

【Key words】： Aviation field; Intelligent simulation technology; Application; Development

0? 引言

所謂仿真技術，就是結合相似的原理、系統技術以及信息技術，通過計算機與相關物理效應工具，對系統模型進行試驗的一種技術。仿真技術具有很強的綜合性，其結合了計算機技術、多媒體技術、信息技術、自動控制技術等多項智能技術。該項技術在現代社會多領域都有著非常廣泛的應用，對于推動社會發展而言有著十分重大的意義。本文以航空領域為例，對智能仿真技術技術的應用與發展進行探討與研究[1-5]。

1? 我國航空領域智能仿真技術發展史概述

在飛機型號研制中，人們運用三軸模擬轉臺的自動飛行控制系統的半實物仿真試驗。到60年代，隨著連續系統仿真的發展，圍繞離散事件系統仿真技術開始得到探究。70年代，在我國航空領域，訓練仿真器的發展取得了重大突破，除了國外引進的飛行模擬器，我國自主研制的型號飛機飛行模擬器也取得了成果。80年代，我國的半實物仿真系統不管是技術水平還是規模都取得了重大突破，在殲擊機工程飛行模擬器、殲擊機半實物仿真系統中都得到了體現，這對于研制武器型號而言無疑有著重大影響。到了90年代，智能仿真技術在我國的研究水平得到了進一步提升，其方向開始轉變為分布交互仿真、虛擬現實仿真等領域，針對一些復雜系統仿真的規模也在逐步擴大。

2? 智能仿真技術在模擬飛行器中的具體應用

2.1? 工程飛行模擬器

在工程設計中，工程飛行模擬器可以為設計人員提供支持，促使其在一個真實的環境下進行飛機設計工作，從而對設計方案進行改進，調整重要的設計參數，最終提高方案的可行性與合理性，實現

設計與制造成本的有效控制。與此同時，對于首飛的飛行機組而言，通過工程飛行模擬器還可以開展訓練活動，維護人員也可以憑借此獲得有效培訓，進而為新型飛機的首飛與后期研制工作奠定扎實的基礎，減少相應的成本。通常來講，工程飛行模擬器在飛機研制中能夠減少近7000萬美元的成本，其取得的經濟效益顯然是非?？捎^的[6-9]。

2.2? 訓練模擬器

訓練模擬器則屬于一種“真實”的定型飛機，飛行員可以利用其聯系駕駛技術。不可否認，飛行員培養成本是非常高的，采用真實的飛機來完成訓練不管是成本還是安全都面臨著巨大風險，而在智能仿真技術的支持下，只需要通過地面仿真飛機就可以完成飛行員的訓練，不管是成本還是安全都得到了保障。中國民航就提出，所有型號的飛機的市場都取決于其是否有飛行模擬器。在飛行模擬器的支持下，飛行員的訓練成本大大降低，美國曾針對39種飛機進行調查，并得出結論：在每小時內使用飛行模擬器的的成本只占到使用真實飛機成本的8%。特別是有的訓練項目可能有一些特殊的飛行動作或者極限邊界，在如此真實的環境下進行訓練，飛行員的安全將會受到嚴重的威脅，而選擇飛行模擬器則可以化解這一風險。

訓練飛行模擬器的組成包括仿真計算機、視景系統、運動系統、音響系統、操縱負載系統以及模擬座艙等。其中仿真計算機的作用在于對飛行動力學與機載系統特性的數學模型進行計算;視景系統則可以對真實的飛行環境進行模擬，給飛行員一個真實的駕駛體驗，幫助其完成訓練;運動系統則可以為飛行員提供飛行感覺，例如加速、過載等;音響系統的作用則是營造音響效果，讓飛行員感受發動機噪聲、氣流聲音等;模擬座艙則是按照真實飛機的座艙進行布置。在模擬座艙中，飛行員可以結合儀表及模擬環境相關信息做出反應與判斷，然后操作操縱桿輸出操作量，通過仿真計算，對飛機動力學數學模型進行解算，最后實現相關飛行參數的形成，例如飛行高度、飛行速度等。

3? 智能仿真技術在航空領域的應用與發展

3.1? 虛擬樣機

所謂的虛擬樣機，就是以仿真技術為基礎進行的設計方式。虛擬樣機源自于計算機制造，換言之就是利用計算機進行裝配、組合以及調試而形成的樣機。在設計過程中，設計者可以對其特點與屬性進行評估，從而采取優化與完善措施。波音公司將虛擬技術運用在777飛機上，并實現了設計無紙化，設計內容涉及到僅300萬個零件，卻沒有具體的圖紙，也沒有物理樣機。而在傳統設計模式下，飛機定型生產首先需要利用物理樣機進行試驗與測試，然后以此為基礎來優化方案，這種方式顯然付出的成本較高，而選擇虛擬樣機則規避了物理樣機的問題，不管是設計成本，還是設計周期都得以降低，其取得的效益無疑是非?？捎^的?；谔摂M技術建立的虛擬樣機，除了在設計方案的修改與優化上可以提供諸多便利，與此同時產品的設計水平也得到了提升，這無疑可以增強產品市場競爭力，對于推動航空領域的發展有著十分積極的影響。

3.2? 虛擬制造

虛擬制造指的是利用計算機來實現制造過程，這種方式將計算機技術與仿真技術結合到一起，基于仿真模型的建立，將生產過程進行計算機仿真，從而使產品工藝規程、加工制造、裝配調試等得以實現，并且可以更好的評價與測定產品的性能參數，這對于航空領域而言顯然具有較高的應用價值。虛擬制造的組成涉及到三個系統，即虛擬物理系統、虛擬信息系統以及虛擬控制系統。其中虛擬物理系統包括虛擬機床、加工體、機器人等，虛擬信息系統則涉及到虛擬計算、管理、調度等內容，虛擬控制系統有控制器、控制計算機等。就本質而言，虛擬制造就是對計算機加以利用，從而實現“虛擬產品”的生產與制造[10]。

3.3? 虛擬試飛

飛機的運動具有六自由度特點，在飛行過程中，飛行員需要完成一系列動作，例如駕駛、引導、攻擊等，通常來講，飛機的特性與飛機穩定性、操縱性、控制系統、發動機特性等因素有著密切聯系?；诮Ｅc仿真建立的飛機動力學系統的建立，可以實現對飛行動作的虛擬，并在方案論證、概念設計以及詳細設計等環節有效驗證飛機前期技術水平?；诖诉€能夠對設計方案進行完善與優化，最終使飛機滿足預期設計的要求與標準。待飛機定型后，虛擬試飛還可以根據用戶的使用情況，對訓練飛行模擬器進行研制與開發。

3.4? 虛擬空戰

隨著科學技術不斷發展，在未來空戰在戰爭中將會占據主導地位。在現代空戰中，飛機的作戰距離往往決定了其機動性。在現代空戰中，大部分情況下都是利用機動飛行的載機來進行搜索、探測以及跟蹤任務，然后基于此由發射出的機動飛行導彈，

對瞄準的目標進行打擊，換言之即“三機動”。機動飛行的載機向機動飛行的目標發射機動飛行的導彈進行攻擊?；谥悄芊抡婕夹g對這一過程進行描述與演示，就被稱為虛擬空戰。在地面試驗條件下，如何實現真實交戰環境中的飛機攻擊仿真具有一定的難度。此外，現實交戰環境十分復雜，有時存在多對多以及目標不固定的情況，基于此還要對目標選擇與分配問題進行分析與研究。在多對多的空戰中還涉及到空中預警機、地面指揮系統的數據、語音交互，并且要考慮干擾與反干擾問題，這無疑也成為了智能虛擬技術需要研究的內容。

4? 結論

總而言之，在科學技術不斷發展的背景下，航空事業的發展也取得了重大突破，現階段航空領域對智能仿真技術的應用水平也在不斷提升。當然我們也需要承認的是，相較于發達國家，我國航空領域中關于智能仿真技術的應用依然存在一些不足，這就要求我們圍繞此展開深入研究，不斷提高技術水平，充分發揮出智能仿真技術的作用與價值，從而為推動航空領域的發展提供有力支持。

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