飛機飛行模擬器方案設計

侯學暉

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2015.36.158

摘 要：飛行模擬器主要用于民用與軍用飛機飛行員的飛行訓練，是飛機試飛員、飛行員、領航員和地勤人員進行技能培訓和維持、飛行訓練、試驗研究的有效手段。該文主要介紹了飛機模擬器的基本組成，從軟硬件方面詳細描述了模擬器各子系統的設計與實現方法。實踐證明，該模擬器性能穩定，操作方便，能滿足專業人員飛行訓練的需要。

關鍵詞：模擬器 駕駛艙 運動平臺 視景

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）12（c）-0158-02

航空模擬技術通過半個多世紀的發展，飛行模擬器已經成為民航飛行員訓練體系中的一個重要環節，不僅新飛行員改裝新機型需要通過飛行模擬器進行飛行訓練，老飛行員也必須每年定期進行技術訓練和考核，只有這樣才能夠保障飛行安全，降低運營成本和提高運輸效率[1]。

飛機飛行模擬器產品的研制與生產，國外起步較早，從60年代就已經開始，1970年有了產品標準，經過四十年的持續發展，已可以進行批量化和系列化生產。國內起步于20世紀80年代初，其應用經歷了非持續性發展，經過近30年的技術和經驗積累，近年來才形成了產品標準，飛行模擬器的使用在國內正在普及[2]。

1 總體設計

飛行模擬器系統設計主要包括硬件和軟件兩部分。硬件包括：仿真駕駛艙、教官臺及六自由度運動平臺。軟件包括：飛行仿真軟件和教官臺軟件。

2 硬件設計

2.1 仿真駕駛艙

仿真駕駛艙主要包括用于儀表顯示的顯示器、飛機操縱件、飛行員座椅，以及安裝上述設備的金屬臺架。

顯示器采用5臺28寸帶觸摸功能的液晶電視，用于顯示飛機駕駛艙中央儀表板與中央操縱臺等信息。顯示器布局及顯示信息如圖1所示。

仿真硬件系統主要包括腳蹬、駕駛盤及油門臺這三個操縱件。仿真硬件依據飛機真實操縱件1∶1設計，數據通過USB接口發送至仿真硬件主機，通過仿真硬件主機發送至飛行仿真系統，以實現飛機的操控。

飛行員座椅采用皮質汽車座椅總成，可調節前后位置、高度及傾斜角度等，操作人員可調節適合自己的坐姿。

臺架主要包括金屬機架，用于安裝飛行員座椅、仿真計算機、液晶觸摸屏、操作桿、油門桿以及各種通信電纜和插頭等。

2.2 教官臺

教官臺硬件包括一臺主機及顯示設備。顯示設備選擇觸摸式一體機。一體機屏幕選用高清屏幕，防眩護眼。機身內外噴漆，防磁防銹防靜電。

視景顯示系統。視景系統硬件主要包括用于運行視景系統軟件的高性能視景系統主機和用于顯示視景軟件的大屏幕電視機各一臺。視景系統機箱采用4U機架式工控機。視景系統主機需要具備比較高的運算速度，以保證視景軟件運行流暢，畫面顯示不存在卡頓現象。視景系統顯示電視機采用55英寸高清大屏幕窄屏電視。

2.3 六自由度運動平臺

通過六自由度運動平臺，用戶可以真實地感覺到飛機模擬器的速度、加速度等姿態信息。六自由度運動平臺是由六支油缸，上、下各六只萬向鉸鏈和上、下兩個平臺組成，下平臺固定在基礎上，借助六只油缸的伸縮運動，完成上平臺在空間六個自由度（X，Y，Z，α，β，γ）的運動[3]。

3 軟件設計

3.1 飛行仿真軟件

主飛行仿真軟件為Prepar3D軟件。Prepar3D是由洛克希德馬丁購買微軟飛行模擬（FSX）的商業版本平臺，P3D是面向專業領域的實時三維仿真引擎。很多用戶從網上下載或自行制作飛機、儀器，以求達到更加真實的效果。甚至有很多的飛行員（準飛行員）在他們的飛行考試前也使用這些和真實飛機極為相似的附加飛機來練習[4]。

視景系統軟件用于顯示飛機飛行時，機艙外的景色，包括各種視角展示的飛機、起降時的機場、關鍵地標建筑物、一般建筑物、道路，地表等信息（見圖2）。

3.2 教官臺軟件

教官臺主要提供主飛行仿真軟件的設置，包括“飛行計劃、氣象條件、故障、飛行記錄、復位、燃油-裝載、飛行選擇”七個功能。

4 結語

本文從飛機模擬器軟硬件組成方面，詳細描述了設計方法。該設計方案已成功運用到各種飛行模擬方面的需求，經過現場反復使用，驗證了模擬的真實性和穩定性。此外，將該方案中的功能進行適當增刪，可用于機載設備飛行仿真環境搭建或學生飛行體驗，具有很好的可推廣性。

參考文獻

[1] 谷樹山，柴守權，王江南.飛行訓練模擬器設計[J].電腦編程技與維護[J].2013（6）：73-75.

[2] 蔚彪. 飛行模擬訓練經濟性研究[J].長春理工大學學報，2009，4（4）：187-188.

[3] 宋國峰，程忠濤，袁立鵬，等，運動模擬器及其運動平臺系統的發展現狀及應用前景[J].機械設計與制造，2008（6）：230-232.

[4] 梅彬，徐瑞. 直升機飛行仿真技術的應用[J].直升機技術，2006（1）：45-49.