高級教練機訓練模擬器發展趨勢分析

黃祖丹 張坤（洪都航空工業集團 江西 南昌 330024）

高級教練機訓練模擬器發展趨勢分析

黃祖丹 張坤（洪都航空工業集團 江西 南昌 330024）

現代飛行員培訓普遍采用綜合訓練系統（TTS），訓練模擬器是其中的重要組成部分。如何使訓練模擬器能夠快速、有效地培訓飛行員，且具有一定的可持續發展能力，已成為訓練模擬器的發展必需解決的問題。本文通過總結國內外訓練模擬器的發展情況及分析高級教練機訓練模擬器的特點，提出了高級教練機訓練模擬器發展的相關建議和思路。

高級教練機；訓練模擬器；發展趨勢

1 引言

訓練模擬器是培訓飛行員的一種有效的手段，其具有不受自然環境條件的限制、訓練保障難度小、訓練風險低、功能靈活多變、適用范圍廣、實用性強等諸多特點，在加速飛行員培養、提高飛行員應變能力、保障飛行安全、提高部隊戰斗力及節約培訓經費方面顯示出巨大的優越性；另外，訓練模擬器還可以實現對空中飛行技術的鞏固，對風險科目進行模擬試飛等。因此，訓練模擬器已經成為綜合訓練系統（TTS）的重要組成部分，如何構建一個科學、經濟、安全的飛行員訓練系統，與飛機本身的設計同樣重要。

2 國內外訓練模擬器的發展情況

2.1 國外訓練模擬器發展情況

國外訓練模擬器的發展已由單臺獨立使用的模擬器，轉向多臺模擬器聯網組成的飛行訓練仿真系統；從駕駛術訓練為主，轉為以戰術訓練為主；在基于網絡的仿真系統為平臺的基礎上，實現了以指揮員為核心作戰單元的作戰仿真[1]。如，美軍新一代空戰訓練系統DMT由分布在全球范圍內的近80個節點組成，可滿足20種不同類型飛機的訓練。DMT系統中各飛行模擬器，都按照標準的DIS或H LA協議與其它實體進行通訊[2]。

國外訓練模擬器具有清晰而嚴格的技術標準，如美國聯邦航空局制定的《飛機模擬器的鑒定》規范FAA AC 120-40B、《飛行訓練裝置的鑒定要求》規范FAA AC 120-45A和《直升機模擬器的鑒定》規范FA A AC 120-63、軍用規范（USAF）M IL-T-9212B和M IL-S-87241、歐洲飛行模擬器的JAR STD XX系列標準等。

2.2 國內訓練模擬器發展情況

我國是發展和應用模擬訓練技術較早的國家之一，近年來，我國訓練模擬器的研制取得了長足發展，研制成功了各種配套的訓練模擬器。在分布交互仿真式仿真（DIS）、虛擬現實技術（VR）和計算機生成兵力技術（CGF）等方面的研究和應用獲得了跨越式發展，如研制成功了空中飛行模擬試驗機，建成了基于DIS和H LA混合體系結構和虛擬戰場環境和人在回路的綜合防空多武器平臺仿真示范系統等[3]。目前，國內模擬訓練正逐步向系統化、合同化、網絡化方向發展，即從傳統的以基本駕駛技術為主的基礎訓練，向以戰術對抗訓練和三軍協同作戰訓練為主的方向發展。

但是，從總體上看，國內訓練模擬器仍存在功能不完全、品種不全、可靠性不高等問題。現有空軍和地方各主要研制廠家，幾乎每家都采用各自相對獨立的聯網形式和標準，多數沒有預留外部聯網接口，給進一步多機型聯網開發帶來很多困難[4]。

3 高級教練機訓練模擬器的特點

高級教練機大都具有一機多用的特點，既可以用于飛行學院的高級訓練、訓練基地的戰斗入門訓練，也可以作為伴隨教練機裝備部隊，經過改裝還可以滿足四代機飛行員的訓練要求。因而其訓練模擬器，具有地域分布廣、功能復雜、任務強度大、使用人員多、高可靠和易維護等特點。

4 高級教練機訓練模擬器發展趨勢

隨著仿真技術的發展和模擬訓練內容的深化，要求訓練模擬器不僅能滿足飛行員訓練需求，還要具有功能拓展的能力。分析國內外訓練模擬器發展情況和高級教練機訓練模擬器的特點，高級教練機訓練模擬器具有以下發展趨勢。

4.1 模擬器配置系列化

模擬器配置系列化已成為訓練模擬器發展趨勢之一，由單一化向配置系列化發展，逐步形成與訓練大綱相配套，與不同層次訓練對象相適應的訓練模擬器配置體系。由單純的技術型向技術戰術綜合型發展，逐步形成戰斗操縱模擬、戰術模擬以及戰役模擬等各類型訓練模擬器的系統配套，使其既能滿足專業技術模擬訓練需求，又能滿足部隊戰役、戰術模擬訓練需求。

新一代高級教練機，如M 346、T 50、雅克130以及L15等，其訓練模擬器普遍采用了系列化配置，配置情況如下：

M 346的訓練模擬器采用了CAE公司的仿真訓練集成方案，包括綜合程序訓練器（IPT）、飛行訓練模擬器（FTD）以及全任務訓練模擬器等。

T 50采用的訓練模擬器基本配置為：座艙操作訓練器、飛行操作模擬器以及全任務訓練模擬器。

雅克130的訓練模擬器基本配置為：基于PC的模擬器、專用訓練器以及全任務訓練模擬器，其中基于PC模擬器主要用于戰術飛行訓練、專用訓練器主要用于提高飛行人員在機載武器的作戰使用、導航輔導、制導、偵察以及抗干擾等方面的能力。

L 15飛機的訓練模擬器基本配置為：桌面模擬器、綜合程序訓練器（IPT）、飛行訓練模擬器（FTD）和全任務訓練模擬器（FFS）等。

通過分析，高級教練機所配置的訓練模擬器大體包括：桌面模擬器，用于飛行員入門訓練；綜合程序訓練器（IPT）、飛行訓練模擬器（FTD）用于飛行員中期訓練，全任務訓練模擬器（FFS）用于后期訓練。從訓練項目、訓練要求上逐級上升，能夠快速、有效地培訓飛行員。

4.1.1 桌面模擬器

桌面模擬器主要用于飛行員入門訓練，主要用于熟悉飛機的飛行特性，以及簡單的戰術飛行訓練。

由仿真桿舵、PC機和液晶顯示屏等設備組成。

4.1.2 綜合程序訓練器（IPT）

綜合程序訓練器能夠用于座艙操作程序訓練，完成以下科目的訓練：座艙內設備操作程序（包括飛行前準備、滑行、起飛、爬升、巡航、下降、進場著陸、著陸滑跑及停車等階段的設備操作程序）訓練、應急處置程序訓練和戰術技能操作訓練。

由飛機模擬座艙、PC機、教員/操作員臺等設備組成。

4.1.3 飛行訓練模擬器（FTD）

飛行訓練模擬器主要用于飛行駕駛技術訓練、戰術技能飛行訓練，完成起落飛行、特技飛行、航行飛行、復雜氣象飛行、編隊飛行和作戰飛行等飛行駕駛訓練科目。

由具有抖振座椅的模擬座艙、PC機、三通道實像顯示系統、音響系統、教員/操作員臺等組成。

4.1.4 全任務訓練模擬器

全任務訓練模擬器主要用于座艙設備的操作訓練、飛行駕駛技術訓練、特殊情況處置訓練和戰術技能訓練。

全任務訓練模擬器的飛行性能、操縱特性及飛行品質與真實飛機相同，逼真度不小于97%、訓練任務覆蓋率不小于80%，由主仿真系統、模擬座艙、運動系統、視景系統、音響系統以及教員控制臺等設備組成。

4.2 模擬器研制模塊化

隨著高級教練機用戶群的增加以及用戶需求的多樣，其訓練模擬器的數量和種類日益增多，對訓練模擬器的可靠性、維護性也提出了更高的要求，模擬器研制的模塊化成為訓練模擬器的發展趨勢之一。

通過訓練模擬器研制的模塊化，可以使研發人員更加注重于訓練模擬器的頂層邏輯設計開發，提高訓練模擬器的工程管理質量和可靠性；訓練模擬器的相同模塊可以重用和互換，方便模擬器的維護，也提高了模擬器設備的利用率，節約成本。

接口標準化是模擬器研制模塊化的基礎。目前，國內相關模擬器設計規范對模擬器的組成、功能以及性能方面都有細致的標準，但是在模擬器軟/硬件接口標準方面仍有缺失，制約了訓練模擬器研制的模塊化。

因而，訓練模擬器研制模塊化的關鍵在于選擇一個合適的體系結構。目前，作為新一代的分布仿真體系結構HLA已經成為正式的IEEE標準，為保證技術上的延續性以及系統的后繼開發能力，高級教練機訓練模擬器可采用如下體系結構，見圖1。

1）模擬器各功能設備間的連接采用標準統一且滿足分布交互式仿真要求的網絡協議，如HLA（高層體系結構）標準和DIS（分布交互式仿真）標準；

2）模擬器功能設備的組成部件接口，如模擬座艙的開關/儀表、控制盒等，采用相對統一且滿足實時性要求的串行或并行標準，如RS232/422/485等。

圖1 基于HLA/DIS的訓練模擬器體系結構

4.3 模擬器訓練網絡化

隨著模擬訓練向系統化、合同化、網絡化方向發展的需要，大型訓練模擬器之間的聯網訓練已經成為訓練模擬器發展的一個趨勢。

模擬訓練網路化就是將分布在各地的訓練模擬器，通過各信息網絡連接起來，構成分布式訓練模擬系統。系統是開放的，可以使用單臺訓練模擬器進行飛行訓練，也可以通過網絡與其它訓練模擬器、指揮臺、虛擬兵力生成系統、虛擬自然環境服務器等聯接在一起[5]，即提高了模擬訓練的任務覆蓋率和逼真度，也拓展了訓練模擬器的功能。

實現模擬器訓練網絡化有以下關鍵技術需要解決：

1）公共信息平臺

公共信息平臺主要包括存儲格式統一、分辨率一致、調用方式統一的視景數據庫和地理信息數據庫。

2）專用網絡系統

在聯網接口標準化的基礎上，還需要進行以下工作：

①增加訓練模擬器聯網所必須的控制設備和網絡交換設備，如信息交互計算機、路由器

（網絡交換機）、專用實時網卡、網絡聯接線、總控臺等；

②采用統一規范的計算機體系結構及對外網絡接口；

③采用相對統一且滿足聯網要求的實時操作系統。

④異地聯網：建立異地聯網專用線、專線或符合安全系統的寬帶標準。

5 結論

高級教練機大都具有一機多用的特點，其訓練模擬器具有地域分布廣，任務強度大，使用人員多、升級改造頻繁等特點，要求高級教練機訓練模擬器不僅能夠快速、有效地進行飛行員訓練，而且具有一定的系統整體配套建設和可持續發展能力。因而配置系列化、研制模塊化、訓練網絡化已經成為高級教練機訓練模擬器發展的重要趨勢，研究解決相關的關鍵技術，成為高級教練機訓練模擬器研制生產的重點。

[1]賈榮珍.飛行模擬器的發展與現狀.飛行仿真[J]，2009，3：12～16

[2]龐國峰.現代空軍模擬訓練技術研究進展.飛行仿真[J],2001,3:3～8

[3]劉興堂.論軍用模擬訓練器/系統的發展趨勢.空軍工程大學學報[J]，2001,2：19-21

[4]李海峰.淺析制約空軍現有模擬器開展對抗空戰訓練的因素及對策.飛行仿真[J]，2005，3：3～5

[5]張一晟.海軍飛行模擬器現狀分析及發展建議.海軍航空兵[J]2009.2：11～13

Analysis of Development Trend of Training Simulator for Advanced Trainer

Huang Zudan，Zhang Kun
(Hongdu Aviation Indust ry Group, Nanchang, Jiangxi 330024)

Total Training System (TTS) is commonly adopted for t raining modern pi lots, of which the training simulator is an impor tant component. Providing quick, ef fective training for pilots and a cer tain sustainable developing capabil ity with the aid of the training simulator has become an issue that has to be solved for development of the training simulator. The thesis summarizes development of the t raining simulator at home and abroad, analyses features of the t raining simulator for advanced trainer, and then put forward some suggestions and thoughts for development of the advanced t rainer simulator.

Advanced trainer；Training simulator；Development t rend

2010-09-20）

黃祖丹，男，1984年11月出生，本科，研究方向為飛行模擬器設計；

張坤，男，1976年1月出生，高級工程師，研究方向為飛行控制系統設計、仿真與試驗。