飛行模擬技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

王穎

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)水平和現(xiàn)代化水平的提高，各科技領(lǐng)域取得了顯著的發(fā)展成果，航空航天技術(shù)也得到了明顯提升。飛行模擬技術(shù)是航空航天技術(shù)以及航空航天事業(yè)中的重要應(yīng)用方法和組成部分，通過對各種類型飛行器的模擬，對于提升我國航空航天技術(shù)以及應(yīng)用具有重要的推進(jìn)作用。本文就飛行模擬技術(shù)的具體現(xiàn)狀進(jìn)行簡要的分析，總結(jié)未來飛行模擬技術(shù)的發(fā)展方向和趨勢，以期對我國航天事業(yè)的發(fā)展壯大有所裨益。

關(guān)鍵詞：飛行模擬技術(shù)；技術(shù)現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢；

科技的發(fā)展帶動(dòng)了各個(gè)行業(yè)發(fā)展模式和技術(shù)方法的革新，使得我國的行業(yè)發(fā)展模式進(jìn)入了一個(gè)新階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用為飛行模擬技術(shù)提供了重要保障，成為研究模擬實(shí)驗(yàn)的重要方法，利用現(xiàn)代化的科技和手段促進(jìn)飛行模擬技術(shù)的革新和進(jìn)步，為飛行實(shí)驗(yàn)提供科學(xué)研究基礎(chǔ)和動(dòng)力。

1.飛行模擬技術(shù)的概述

飛行模擬主要指研發(fā)人員綜合使用各種軟硬件仿真技術(shù)和數(shù)學(xué)、物理、材料等方法，在地面條件下營造出各種類型的飛行環(huán)境。隨著近年來通用航空、民用飛機(jī)、公務(wù)機(jī)等不同領(lǐng)域和機(jī)型需求的不斷增加，使得飛行模擬過程中使用的技術(shù)逐步豐富，以滿足用戶的更細(xì)致化和更廣范圍的使用需求。

作為飛行模擬技術(shù)應(yīng)用的載體，飛行模擬設(shè)備的具體形式也更加多樣化，有便捷的桌面設(shè)備、軟硬件結(jié)合的綜合程序訓(xùn)練設(shè)備、高仿真度的全任務(wù)飛行模擬機(jī)等，在軟件、計(jì)算機(jī)應(yīng)用和集成技術(shù)等方面都有了長足的進(jìn)步，同時(shí)與之相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)章也在不斷更新和發(fā)展。

2.飛行模擬技術(shù)的現(xiàn)狀

2.1軟件技術(shù)

軟件應(yīng)用的一個(gè)主要部分為建立仿真模型，當(dāng)前人們可以在不同方面建立虛擬的模型，來代替實(shí)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和分析，降低實(shí)驗(yàn)成本，提高研發(fā)效率。為了建立飛行姿態(tài)和實(shí)現(xiàn)飛行過程，依據(jù)經(jīng)典的空氣動(dòng)力學(xué)原理和具體機(jī)型數(shù)據(jù)，建立飛機(jī)6自由度運(yùn)動(dòng)方程，形成數(shù)學(xué)模型。在此過程中MATLAB及其Simulink工具箱等數(shù)學(xué)建模軟件可以幫助研發(fā)人員節(jié)省精力，更集中在核心算法或細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)的調(diào)整上，促進(jìn)研發(fā)任務(wù)的快速完成。在物理模型方面，CATIA，Soildwork，CAD等三維或平面建模和分析軟件的大量應(yīng)用，使飛行模擬設(shè)備的元器件能在更精細(xì)的層次逼近真實(shí)使用的飛機(jī)組件，也可以協(xié)助進(jìn)行更多的前瞻性組合實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)研究和生產(chǎn)。在虛擬視覺的三維建模方面，MultiGen Creator和Vega軟件的強(qiáng)大功能，可以生成地形、地貌和建筑等物體的三維模型，并可以通過C語言應(yīng)用程序接口API和相關(guān)庫函數(shù)將模型聯(lián)接和集成到飛行模擬設(shè)備中，為用戶提供逼真的視覺感受。

多種飛機(jī)機(jī)型的機(jī)載系統(tǒng)更新升級，增加了對飛機(jī)系統(tǒng)仿真難度，基于模型的應(yīng)用開發(fā)軟件SCADE具有系統(tǒng)建模，儀表實(shí)現(xiàn)等多方面能力，便于對機(jī)載系統(tǒng)的仿真實(shí)現(xiàn)。同樣在儀表面板方面可以應(yīng)用的軟件也有很多，例如Qt，VAPS，GL studio等。此類綜合性軟件在PC Windows平臺(tái)下的應(yīng)用更廣泛。

在不同機(jī)型的仿真過程中上，通常涉及到大量的數(shù)據(jù)的管理調(diào)用，包括飛機(jī)氣動(dòng)數(shù)據(jù)、導(dǎo)航數(shù)據(jù)、性能數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)一般都采用數(shù)據(jù)庫的方式進(jìn)行管理，完成編輯和調(diào)度等操作。在高精度的飛行模擬機(jī)上，也會(huì)使用數(shù)據(jù)庫來管理后臺(tái)運(yùn)行的軟件和數(shù)據(jù)，同時(shí)數(shù)據(jù)庫技術(shù)也應(yīng)用于教學(xué)管理過程，用于建立教學(xué)員賬戶管理，狀態(tài)追蹤等用途。

2.3計(jì)算機(jī)技術(shù)

計(jì)算機(jī)組件的更新?lián)Q代，高性能的CPU、顯卡和存儲(chǔ)等技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了精細(xì)化的模型和算法的實(shí)現(xiàn)，使人們有條件進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)和研究工作。液晶顯示屏等組件的生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展，顯示分辨率、穩(wěn)定性、尺寸邊緣等方面都得以提高，為精細(xì)化的圖形實(shí)現(xiàn)提供了基礎(chǔ)，更多的圖形模擬形式被用戶接受。遠(yuǎn)程維護(hù)軟件，視頻電話會(huì)議等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用，能夠方便供應(yīng)商和用戶就具體問題進(jìn)行討論溝通，降低運(yùn)營成本和故障風(fēng)險(xiǎn)，使多方利益得以保障。

當(dāng)前處于網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，手機(jī)和平板電腦便利和豐富了人們的生活學(xué)習(xí)和工作，硬件性能的提升，使得較為復(fù)雜的軟件也可以順暢的運(yùn)行在手機(jī)等移動(dòng)端。飛行院校和培訓(xùn)中心等單位也開始采用移動(dòng)端的軟件進(jìn)行管理，為教師和學(xué)員提供更多的學(xué)習(xí)和溝通的途徑，有利于及時(shí)的信息處理，推動(dòng)新的教學(xué)行為模式的建立。

2.2加工集成技術(shù)

在高逼真度要求的飛行模擬設(shè)備上，常常遇到曲面較多的三維立體的異形零部件的小批量生產(chǎn)需求，此時(shí)通?？紤]快速成型技術(shù)。特別是3D打印技術(shù)，常用于制作模型模具、精美外觀件等要求較高、工藝復(fù)雜或材料特殊的組件的加工制作。在普通材料和大批量加工制作時(shí)，新型的計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床的使用也很大的提高了生產(chǎn)能力和加工速度。

較高級別飛行模擬設(shè)備時(shí)常要求操縱負(fù)荷系統(tǒng)，模擬實(shí)現(xiàn)駕駛盤/桿（側(cè)桿）、腳蹬、剎車等主要操縱件的力感特性，輔助用戶熟悉真實(shí)的操縱力反饋。此系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式可以是彈簧或液壓式，但為了得到更加接近真實(shí)的反饋力感，更多設(shè)備采用電動(dòng)式操縱負(fù)荷系統(tǒng)。精密的伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)技術(shù)配合不斷更新的控制算法，實(shí)現(xiàn)了高平穩(wěn)性和可控性，降低了系統(tǒng)噪音，提升了使用效果。

2.4行業(yè)規(guī)章發(fā)展

我國現(xiàn)行的飛行模擬訓(xùn)練設(shè)備的鑒定和使用規(guī)章為《飛行模擬設(shè)備的鑒定和使用規(guī)則》（CCAR-60部），其中給出了飛機(jī)飛行模擬機(jī)、飛機(jī)飛行訓(xùn)練器、直升機(jī)飛行模擬機(jī)、直升機(jī)飛行訓(xùn)練器等四種類型的飛行模擬設(shè)備的鑒定標(biāo)準(zhǔn)。2016年4月民航局發(fā)布了關(guān)于征求《飛行模擬設(shè)備鑒定和使用規(guī)則》（修訂草案）意見的通知，隨后又在2017年4月發(fā)布了關(guān)于《飛行模擬訓(xùn)練設(shè)備的鑒定和使用規(guī)則（征求意見稿）》公開征求意見的通知。其中主要的修訂內(nèi)容包括飛行模擬訓(xùn)練設(shè)備鑒定性能標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量保證系統(tǒng)等部分，在規(guī)章中將“飛行模擬設(shè)備”的提法統(tǒng)一修訂為“飛行模擬訓(xùn)練設(shè)備”，保持與國際通行標(biāo)準(zhǔn)一致，也進(jìn)一步明確了規(guī)章的適用范圍。規(guī)章的修訂提高了對客觀測試的覆蓋率，雖然還沒有定稿發(fā)行，但也能看出國家對飛行模擬技術(shù)提出了更高的要求。

3.飛行模擬技術(shù)的發(fā)展趨勢

在未來，計(jì)算機(jī)技術(shù)的使用效益、飛行模擬技術(shù)的安全性保障以及飛行訓(xùn)練的有效性將會(huì)吸引行業(yè)以及國家相關(guān)部門更多的重視，加大對飛行模擬研究的資金和人員投入，促進(jìn)飛行模擬行業(yè)不斷提升科研水平，充分使用新技術(shù)，擴(kuò)充應(yīng)用范圍，加強(qiáng)對使用者飛行能力的提升。結(jié)合本國航空航天技術(shù)的具體情況，研發(fā)人員開發(fā)出適用于我國現(xiàn)實(shí)環(huán)境和飛行模式的技術(shù)方法，將飛行技術(shù)應(yīng)用于生活服務(wù)中去。另外，科技發(fā)展還將智能化系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)等新技術(shù)融入到飛行模擬設(shè)備中，應(yīng)用和借鑒其他技術(shù)，起到對飛行事業(yè)的推動(dòng)作用。

結(jié)束語：綜上所述，跟蹤和研究飛行模擬技術(shù)的現(xiàn)狀及應(yīng)用范圍，可以更好的分析和模擬飛行器的內(nèi)部構(gòu)造以及系統(tǒng)構(gòu)成，使用計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)幫助實(shí)現(xiàn)飛行器的工作過程，提升技術(shù)水平和應(yīng)用能力。為實(shí)現(xiàn)航空航天事業(yè)的快速發(fā)展，飛行模擬技術(shù)具有重要的研究價(jià)值和研究意義，對于我國科技和生產(chǎn)水平的發(fā)展提升也具有重要的推進(jìn)作用。

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