模擬駕駛艙在飛行教育中的應用

許曉帆

摘 要：介紹了模擬駕駛艙這一新出現的模擬訓練手段；對比分析了其與CBT、IPT、FFS等已有模擬訓練手段之間的優缺點；研究了模擬駕駛艙在飛行教育中的應用方式。

關鍵詞：模擬駕駛艙 全動模擬器 飛行訓練

合格的飛行員除了應自發地運用飛行技能完成飛行，還應當自覺地運用航空理論知識指導自己的飛行操作，這也是飛行教育所追求的人才培養目標。如何促進飛行學員將航空理論知識轉化為飛行技能，是飛行教育機構所關注的核心問題。合理運用模擬仿真手段，可以為飛行學員構建逼真的練習環境，既能促進理論知識的理解，也能提供及時的訓練反饋。這種做法符合行為心理學以及控制論的相關原理[1]，有效地銜接了理論學習和實機飛行兩個階段。

隨著信息技術的發展，當前飛行模擬訓練手段已經由最初的飛行模擬器演化為從最高端的全動模擬器（FFS，Full Flight Simulators）到基于PC機的教學輔助軟件（CBT）的一系列解決方案。本文將介紹一種新出現的模擬飛行訓練手段——模擬駕駛艙（simulation cockpits或simpits），在分析其特點的基礎上研究其應用方法。

一、當前的訓練手段及體系

目前飛行教育領域主流的模擬訓練體系為“CBT—IPT（程序練習器）—FFS”[2]。對于機載設備比較特殊的飛機，有時在IPT和FFS之間會加入基座固定式模擬機（FTD，Flight Training Devices）這個訓練階段來鞏固應急程序或儀表程序。IPT、FTD、FFS的優點是為學員提供了仿真的訓練環境，缺點在于軟硬件均需要獨立開發，研發周期長。D級FFD的研發難度和研發成本越來越高[3]。如果標的飛行器的技術狀態更改，模擬訓練設備本身的二次開發難度也很大。硬件設備需要有高標準的場地放置，并保持溫度等外部環境的穩定，并且需要專門的保障團隊對硬件設備和模擬軟件進行維護，全壽命成本較高。對于學員來說在整個飛行訓練階段，模擬器并不能保證隨時可用，這導致部分訓練內容（主要是應急程序和儀表程序）要么不能獲得充分的訓練時間，要么拉長了整個訓練周期。與之相對，CBT基于網絡化的PC平臺，軟件基于通用的視窗操作系統，成本低廉，易于部署和維護，可以保證較高的完好率和可用性。其缺點在于人機界面仍然是鼠標加鍵盤，學員在練習中的交互仍然與真實飛行存在較大不同，操作反饋不足，也同樣無法完全滿足前面所述的訓練內容的環境要求。CBT與練習器、模擬器之間出現了較大的鴻溝。

二、模擬駕駛艙的技術特點

模擬駕駛艙是在上述模擬訓練設備之外新發展出來的新型模擬訓練設備。該訓練設備采用通用桌面架構PC機和基于Windows平臺的模擬飛行軟件作為整個系統的核心，駕駛桿（盤）、油門、腳蹬等可采購通用的USB接口電腦外設。對于機載設備操作面板的模擬有兩種方案：一種低成本的方案是采用模擬飛行軟件內建的交互界面，使用鍵盤鼠標進行操作[4]；另一種成本稍高的方案是使用基于模擬飛行軟件提供的SDK開發模擬座艙面板，模擬座艙面板的硬件電路采用單片機系統，外殼采用3D打印技術生產，作為PC機的USB外設接入系統，操作方式的仿真度與真機相差無幾。由于在軟硬件及外設方面均使用了通用架構的成熟產品，采購成本和后期維護成本進一步降低，不需要配備專職人員進行管理。

微軟模擬飛行、X-Plane等模擬飛行軟件在windows系統下均有良好的優化，對硬件計算性能的要求也比IPT和FFS要低得多，整體設備的發熱量降低，對場所環境的溫度要求也不再苛刻。這樣一來，模擬駕駛艙設備可以較大規模部署，能夠實現每名學員單獨使用一臺模擬駕駛艙，訓練時間可以得到有效保證。而一臺模擬駕駛艙加載不同的機型插件即可實現多種模擬駕駛艙所使用的模擬飛行軟件的強大之處在于在互聯網上擁有活躍的社區，世界各地的愛好者在該軟件的基礎上開發了地景、機型、導航數據等數量巨大的插件。在模擬飛行平臺開發商和使用者的共同努力下，已經形成了良好的軟件協作開發生態，某些功能的仿真程度已經超過了高檔全動模擬機，在標準化和擴展性方面更是遠遠超過了傳統的模擬訓練設備[5]。

模擬駕駛艙的技術特點可以歸納為：利用了成熟的模擬飛行軟件，功能全面，擴展性高；依托于成熟的PC平臺，成本低、維護性高；采用USB操縱外設和定制的仿真座艙設備面板，具備可以接受的仿真操作環境。

三、模擬駕駛艙在訓練中的應用

模擬駕駛艙的出現并不旨在取代成熟的傳統模擬訓練手段。FFS這類模擬器所提供的視景和過載仿真效果目前來看還是難以替代的。應該綜合分析多種模擬訓練手段的優缺點，合理搭配，組成科學高效的模擬訓練體系。

CBT采用的是桌面電腦式的交互方式，更適用于理論知識的學習。但是“鼠標+鍵盤”式的模擬訓練項目與實機上的操作方式存在著較大的差別，難以實現理論知識向操作技能的躍遷。而IPT、FFS的使用開始于模擬訓練階段，此時學員已經完成了全部的理論學習進度，兩個環節相對分離。

如果在理論學習階段就引入模擬駕駛艙訓練手段，則可以讓學員在該階段立即進行理論知識的具體應用。模擬駕駛艙可以承擔起CBT的全部模擬訓練部分內容，也可以承擔起IPT、FFS的一部分訓練內容，并按照理論學習的先后順序進行組織，與每個知識點形成對照關系。模擬駕駛艙易于部署的特性可以使它在空間上更加貼近理論學習場所，訓練的組織也可以更加靈活，學員可以自主地根據自己的學習進度，有針對性地選擇模擬科目進行練習，而不必像模擬器練習那樣遵循固定的訓練時間段。這樣一來理論學習和實際應用形成更緊密的閉合回路，學員可以更加及時地收獲反饋，增強學習效能。

模擬駕駛艙進入理論訓練階段對于后續的模擬訓練階段的教學也具有促進作用。模擬駕駛艙提供的模擬訓練環境與IPT、FFS的相似度較高，學員的適應性更強。而且此時的學員已經在模擬駕駛艙中充分地練習了IPT、FFS的相關科目，可以進一步提升模擬器的訓練效果，避免在高級的模擬器上花費時間解決低級的操作問題。

四、結論

綜上所述，模擬駕駛艙是在PC機性能不斷提升、模擬訓練軟件生態不斷演化、3D打印技術商業化等前提下出現的新的模擬訓練手段。它具有類似于IPT、FFS等傳統模擬器的逼真交互環境，又兼具CBT的經濟性、維護性和易部署性。在理論訓練階段引入模擬駕駛艙作為訓練手段，既能增強航空理論學習的正向反饋效果，又能為后續的模擬訓練打下良好的基礎。

參考文獻：

[1]布魯斯·喬伊斯. 教學模式[M]. 蘭英等，譯. 北京：中國人民大學出版社，2014：288.

[2]Vladimir Karnozov. Level D flight simulator for AN-148[J]. air fleet，2011，3（88）：2.

[3]張進. 中國進軍高等級全動模擬機領域[J]. 國際航空，2011，（10）：62-63.

[4]劉渡輝等. PCATD模擬飛行設備用于MPL的研究[J]. 中國民航飛行學院學報，2017，（5）：46.

[5]Lan Strachan.Military flight simulator census[J].MS&T magazine， 2012，4：47.