眾所周知，航空航天飛行是一項耗資大、變量參數(shù)很多、非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，因此可利用虛擬仿真技術(shù)經(jīng)濟(jì)、安全及可重復(fù)性等特點，進(jìn)行飛行任務(wù)或操作的模擬，以代替某些費時、費力、費錢的真實試驗或者真實試驗無法開展的場合，從而獲得提高航空航天員工作效率或航空航天器系統(tǒng)可靠性等的設(shè)計對策。
神州普惠公司在研究虛擬現(xiàn)實技術(shù)方面積累了豐富的經(jīng)驗，公司自主研發(fā)的模擬器培訓(xùn)系統(tǒng)AppSTS(App Simulator Training System)，是基于分布式技術(shù)、三維圖形圖像模型、視景投影技術(shù)、數(shù)學(xué)模型和實物模型五大核心技術(shù)設(shè)計開發(fā)的覆蓋整個培訓(xùn)過程(教學(xué)、學(xué)習(xí)、練習(xí)和考核)的培訓(xùn)系統(tǒng)。主要用于設(shè)備的操作培訓(xùn)、協(xié)同規(guī)程培訓(xùn)和邏輯分析能力培訓(xùn)。可以對航空航天飛行過程進(jìn)行三維可視化仿真，進(jìn)而進(jìn)行可視化研究或培訓(xùn)，大大提高了試驗或訓(xùn)練效率。
一、通用飛行模擬器組成
通用飛行模擬器一般由仿真計算機(jī)、模擬駕駛艙、運(yùn)動仿真平臺、視景仿真系統(tǒng)、操縱負(fù)載系統(tǒng)、噪聲模擬系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)組成如下：
仿真計算機(jī)： 它是飛行仿真器的主要組成部分。通過編寫程序的方法來描述飛行器、發(fā)動機(jī)和機(jī)載各系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。
模擬駕駛艙：它與真實飛行器駕駛艙相似，艙內(nèi)設(shè)有儀表、指示燈、開關(guān)按鈕和操縱手柄。駕駛員根據(jù)儀表指示和外景顯示操縱飛行器。艙內(nèi)儀表也可根據(jù)需要開發(fā)成虛擬儀表。
運(yùn)動仿真系統(tǒng)：它給駕駛員以運(yùn)動感覺。運(yùn)動仿真系統(tǒng)一般通過六自由度運(yùn)動平臺提供 “飛行”過程中飛行器垂直、水平、橫向、俯仰、滾轉(zhuǎn)和偏航六個角運(yùn)動的感覺。運(yùn)動基座由大功率伺服系統(tǒng)驅(qū)動，驅(qū)動信號由計算機(jī)計算形成。
視景仿真系統(tǒng)：它給駕駛員提供機(jī)艙外視覺景象。隨著飛行器的“飛行”位置和“飛行”狀況的變化，在座艙前顯現(xiàn)相應(yīng)的機(jī)外景象，包括機(jī)場、跑道、田野、河流、道路、山脈和城鎮(zhèn)建筑等。視景仿真系統(tǒng)一般由視景生成計算機(jī)和視景顯示系統(tǒng)組成。虛擬視景通過視景建模、視景特效開發(fā)、交互開發(fā)完成虛擬場景的交互顯示。視景顯示系統(tǒng)一般通過投影顯示系統(tǒng)實現(xiàn)。
操縱負(fù)載系統(tǒng)：駕駛員在操縱飛行器的駕駛桿、油門桿和方向舵等操縱機(jī)構(gòu)時，操縱負(fù)載系統(tǒng)給駕駛員以操縱負(fù)載力的感覺。這些負(fù)載力隨操縱機(jī)構(gòu)的行程大小、飛行高度和飛行速度等飛行參數(shù)的變化而改變。操縱負(fù)載系統(tǒng)通常采用力伺服系統(tǒng)。
噪聲模擬系統(tǒng)：噪聲模擬系統(tǒng)主要用來模擬飛行器飛行、發(fā)動機(jī)和外部環(huán)境的音響效果以及乘員與控制臺間的語音通訊。
駕駛員在飛行仿真器上進(jìn)行飛行訓(xùn)練時，可以人為地設(shè)置各種故障和特殊情況，以培養(yǎng)駕駛員處置故障和特殊情況的能力。
二、飛行模擬器作用
神州普惠公司應(yīng)用AppSTS開發(fā)的飛行模擬器可以滿足用戶試驗研究、仿真訓(xùn)練、仿真體驗等多種需求。飛行模擬器通過對機(jī)艙人機(jī)界面、仿真數(shù)學(xué)模型等的建立，可以實現(xiàn)：
1) 人機(jī)環(huán)研究：通過艙內(nèi)結(jié)構(gòu)和布局仿真，分析和檢驗人-機(jī)-環(huán)總體性能;
2) 邏輯驗證：原理設(shè)計、操作飛行程序邏輯驗證和人機(jī)功能分配檢驗。
3) 試驗研究：通過設(shè)置極限條件進(jìn)行非常規(guī)或危險性的仿真試驗;
4) 仿真訓(xùn)練：訓(xùn)練飛行員熟悉艙內(nèi)布局、界面和位置關(guān)系，演練飛行程序和操作技能等。
5) 故障訓(xùn)練：通過飛行器故障的模擬，對飛行員進(jìn)行故障的診斷、排除和維修訓(xùn)練。
三、成功案例
神州普惠科技股份有限公司應(yīng)用AppSTS開發(fā)了多個航空飛行訓(xùn)練系統(tǒng)，積累了豐富的項目開發(fā)經(jīng)驗，目前飛行虛擬仿真模擬器技術(shù)成熟，可以滿足用戶試驗研究、仿真訓(xùn)練及娛樂體驗等多方面需求。
1、某機(jī)型飛行模擬器
模擬器簡介：該飛行模擬器是神州普惠公司為某單位以某機(jī)型為原型構(gòu)建的飛行模擬器，該模擬器主要用于飛行員操作規(guī)程以及飛行安全方面的訓(xùn)練。
2、“LSO”模擬器
模擬器示意圖 模擬器外形
模擬器簡介：該模擬器是神州普惠公司為某單位以某戰(zhàn)機(jī)為原型構(gòu)建的飛行模擬器，該模擬器具有逼真的視覺模擬和操作模擬功能，可以完美模擬飛機(jī)的起飛、降落、空中飛行戰(zhàn)斗等全過程，該模擬器還配備了沉浸感強(qiáng)烈的球幕投影系統(tǒng)，為飛行員提供逼真的視景感知，同時還配備了先進(jìn)的六自由度液壓運(yùn)動仿真系統(tǒng)，為飛行員提供運(yùn)動感知。該模擬器已達(dá)到國際先進(jìn)水平。
3、飛機(jī)起飛/著陸模擬器
模擬器簡介：該模擬器是神州普惠公司為某單位以某飛機(jī)為原型構(gòu)建的飛行模擬器，我們知道飛行事故80%以上都發(fā)生在起飛和著陸階段，該模擬器針對這兩個階段進(jìn)行設(shè)計開發(fā)，用于培訓(xùn)學(xué)員在這兩個階段的飛行和著陸操作。
