飛行仿真技術的發展與展望

范寶軍

【摘 要】在我國航空領域中，飛行仿真技術是基于飛行路線相似原理，利用專業物理、計算機設備模擬呈現飛行系統運行軌跡的技術。文章對飛行仿真技術發展的研究，是為明確該項技術未來發展趨勢，明確飛行仿真在飛機制造與研發中的應用價值。

【關鍵詞】飛行;仿真技術;發展現狀

引言：

飛行器、飛機、導彈等飛行裝置在研發設計中，需要通過系統的仿真模擬試驗，優化設計方案，加強裝置安全性能。飛行仿真技術是完善該類飛行裝置飛行性能的主要技術，但是伴隨著現代社會中計算機、信息技術的進步，飛行仿真技術水平不斷提升，其發展已經邁入新階段。

一、飛行仿真技術相關概述

飛行仿真技術是制造飛行器核心系統的重要技術支持，可直接仿真模擬飛行器運動軌跡。飛行控制、數學模型、空氣動力學、運動學是飛行仿真技術體系的重要組成部分。飛行仿真技術在具體應用時，會滲透在航空飛行器制造的全過程，包括飛行器設計、創建技術指標、生產、測試、后期維護、鼓掌應對等階段。在我國航空領域中，飛行仿真技術的產生，可通過科學化仿真技術試驗，完善航空行業飛行器制造的技術水平，助力行業發展[1]。

二、飛行仿真技術的發展現狀

飛行仿真技術在發展中，共經歷技術理論萌芽、技術探索、快速發展、技術體系融合等階段。該技術產生于20世紀40年代，于2010年后，飛行仿真技術邁入綜合發展階段。目前，在飛行仿真技術已經可通過專業化模擬平臺，模擬出仿真度高于90%的飛行情況。相關人員在飛行器、飛機制造設計中，可憑借飛行仿真技術展示飛行路線，用高度清晰仿真情境，完善現代飛行裝置設計。但是隨著社會發展，人們對飛行器安全性能、功能設計提出更多要求。需要技術人員靈活利用飛行仿真技術，持續改進飛行仿真方案，為我國航空事業發展做出貢獻[2]。比如在當前時期，飛行裝置復雜程度、性能指標不斷改變，飛行仿真技術在應用中，要持續簡化仿真技術流程，控制飛行器生產周期、基本成本。而飛行仿真技術實踐過程中，需依賴于多個仿真實驗，獲取充足實驗數據，以此提高仿真可信度，一味地縮短飛行設備研制周期，將導致飛行仿真技術應用優勢難以凸顯，不利于飛機內部仿真模擬系統的集成化發展。

三、飛行仿真技術的未來展望

（一）優化虛擬仿真技術體系

現階段，飛行仿真技術多集中在飛行領域某一專業、飛行裝置系統內部研發與設計中。但是為發揮飛行仿真技術的實踐優勢，在未來飛行仿真項目中，該技術將滲透在多系統虛擬仿真體系內，且通過多學科技術運用，應對飛機、飛行器逐漸復雜化的問題。某航空制造企業，其在工程項目建設中，基于飛行仿真技術，嘗試建設虛擬化集成仿真飛行器，旨在通過VIB、VIA等技術方案，實現航空領域仿真接口的多專業結合，優化飛行仿真技術模型。同時通過數字化仿真數據、虛擬化仿真設計，加強飛行裝置性能、飛行軌跡虛擬驗證力度，提高航空領域飛行仿真技術水平[3]。

除此之外，在虛擬仿真技術體系中，飛行仿真技術在未來發展中，其技術創新側重點，多體現在流體計算、結構分析、電磁仿真設計中。首先，流體計算中，飛行仿真技術關鍵指標包括飛機外流場、管道流動規律、流體力學、氣動特性等，需升級仿真軟件包括Fluent、CFL3D、CFX、Fensap、CFD++等。其次，結構分析指標中，需關注飛行裝置仿真模擬時期的疲勞可靠性、多體力學、沖擊東力學、振動噪聲分析，所涉仿真平臺有LMS.Motion、MSC.Nastran。最后，飛機電磁、系統仿真中，飛行仿真技術應將電磁兼容性分析、控制率仿真、功能邏輯、電磁隱身為基礎，持續創新Ansof、FEKO Rhapsody、Visualyse Pro、EMC-A、Simulink、AMESim和Flowmaster 等仿真軟件的虛擬仿真指標，健全飛行仿真技術方案。

（二）建設飛行仿真基礎資源庫

隨著飛行仿真技術的不斷進步，建設基礎性飛行仿真資源庫，合理評估仿真數據，提高飛行裝置仿真可信度，已經成為該技術發展中的主要趨勢。因此，為凸顯飛行仿真技術在飛機設計、飛行裝置制造中的優勢，將該技術有效滲透在飛行裝置生成流程中。相關研發人員需專注于技術可信度提升，用海量數據支撐下的仿真模型，保障飛行裝置仿真可信度。該數據資源庫在建設過程中，將按照飛行仿真技術特點，從仿真技術實驗數據、飛行裝置荷載、飛行邊界條件、算法程序等指標中，建設規范化資源庫。相關研究人員在應用飛行仿真技術過程中，可憑借該資源庫所積累的歷史仿真數據，設計管理多層級、高精度的仿真模型，逐步探索出具有更高可信度的飛行裝置仿真可信度評估機制。

（三）打造集成化協同仿真平臺

在當前時期，國內航空領域在運用仿真技術時，其應用模式多集中在專業單點技術、飛行仿真虛擬工具中，整體技術規范化程度較低，導致飛行仿真實驗中各專業技術難以協同運用。而在大數據時代后，各行業信息化程度增加，航空領域在飛行仿真技術實踐中，將打造集成化協同仿真平臺，用一體化、多專業、開放式虛擬仿真平臺，管理飛行裝置各研制階段的仿真數據，積累更多仿真經驗。因此，相關人員應以飛行仿真技術為核心，積極探索多輪次、多場景、多方案組成的技術管理與應用平臺，用高集成化水平的飛行仿真平臺，計算不同規格的飛行裝置性能，促進各類飛行仿真平臺的融合。為飛行仿真技術發展中，全流程貫通、飛行仿真數據融合、仿真單點技術全面覆蓋提供助力。

四、結語

綜上所述，飛行仿真技術對創新飛機研發工程有著不可替代的作用，其在我國航空領域的各階段均取得較大發展。但隨著社會信息化水平的提升，現有飛行仿真技術需不斷推進數字化、虛擬化建設。以此，通過更為完善的技術體系，增加飛行仿真可信度，建設更為堅實的數據資源庫，為航空事業現代化建設奠定基礎。

參考文獻：

[1]王聰，師國偉，趙顯亮等.飛行錯覺模擬器飛行仿真系統設計[J].航天醫學與醫學工程，2019（002）：128-133.

[2]王偉.飛行模擬器及其運動系統的發展現狀及前景[J]. 數字通信世界，2019（08）：159-159.

[3]晁建剛，林萬洪，徐曉靜等. 航天飛行訓練模擬器體系建設及關鍵技術研究[J]. 航天醫學與醫學工程，2018（002）：198-207.

（作者單位：中航飛機漢中飛機分公司）