何晓骁 ¦ 飞行模拟器系统现状、趋势及F-35战斗机模拟器

在20 世纪20年代后期，美国人艾德温·林克（(🥝)Edwin Link）发明了一款从外面看像玩具的地面简易(🙆)训练器，将木制短机翼和机身安装万向节上，降低了飞行训练的成本，指导1934年才被外界正视，由(🐂)美陆军航(😮)空勤务队采购了6台，单价3500美元。到第二次世界大战时，林克训练器成为了美国和盟国每所航校的标准装备，累计生产(🐉)了不少(👗)于1 万台，每(🌌)台生产时间只需要(🚑)45分钟。

在20 世纪50 年代早期，英国雷迪丰公司（Redifon，后泰雷兹训练与仿(🌥)真公司，2012年8月民用固定翼飞机模拟器业务被美国L3技术公司旗下(🐬)的英国L3林(🔈)克仿真与训练公司收购）为“彗星”1客机开发了一种没有视景和运动平台，但能有效模拟仪表飞行的模拟器。在20 世纪60年代，逐渐将视景(🤒)、声音和多自由度运动平台融入飞行仿真系统。尽管在20 世纪70年代，民用航空监管机构提出了飞行仿真系统的标准(🔸)化要求，但是军用模拟器一般不受这些控制，更偏向于用户的实际需求。飞行仿真一直是虚拟训(🕝)练技术(😢)重要组成。当(🕧)前，军用飞行模拟器作为真实、虚拟和构造（(🏫)LVC）技术的重要组成部分得到了更广泛的应(🤳)用，节(🍡)省大量的成本，提高了地面训练效果。同时，为了可以(🐉)满足体系对抗所需要的更复杂、更真实的训练场景，军用模拟器也逐渐往(🕸)标准化方向发展(🚿)。

林克训练器（美国L3哈里斯技术公司图片）

一、典型飞行模拟器系统简介

典型的飞行模拟器包含三个基本组成部分：

——驾驶舱系统（包括仪器、设备、面板和操纵装置）。

——视(🎱)景系统。该系统决定了模拟器内机组人员的观看方式和内容。目前模拟器基本已采用了可(😼)跨平台使用的通用视景系统。显示器可以是平板、圆顶、部分(👧)圆顶，完全自适应视觉环境（Complete Adaptive Visual Environment，CAVE）等；有的显示器还可以是头戴式或头盔(🏅)式的。模拟(🍛)器的逼真度部分取决于视景系统的视场（field-of-view，FoV）、分辨率、屏幕纹理和图像生成器的更新率(🆘)。精确的数据库有助于沉浸效果。

——运动平台。该系统(🐟)让机组人员拥有与实际平台上相同的运动感觉。目前，更注重任务(💒)训练的部分军用模(🚺)拟器上已(🐺)经不使用运动平台了。比较常见的是在三或六个自由度运动平(🚉)台。六自(📞)由度运动平台通常用于(🌚)作战飞行训练器和全任务模(🕞)拟器。运动提示装置如运动座椅提供小的运动提示，如振动和微小运动、安全(❇)带收紧和小加速度。这类座椅通常用于直升机模(🥡)拟器。过载提示座椅在战斗机模拟器中提供强大的运动提示，主(🈳)要用于垂直方向加速度提示。学员在这种模拟器中训练时，需要穿抗荷服。这些座椅可以模拟抗荷服压(⛺)力、 “座椅”压力、安全带收紧、纵(🤜)向加速度和头部／头盔负荷等模拟。

EA-18G战术作战飞(🧕)行训练器（美海军图片）

模拟器的选择取(💇)决于参训人(🥡)员的类(🐒)型和训练任务。飞行仿真系统的(⏬)范围涵盖从基于PC机的程序模拟器到全任务模拟器。典型的模拟器分类有：

——驾驶舱程(🏥)序训练器。这类模拟器通常是基于PC机，用于学员熟悉驾驶舱，并向其介绍飞机各系统和航空电子设备；支持学(😂)员练习基本的驾驶舱程序。

——子任务训练器。这类训练器专门用于整体训练任务中的子任务训练。例如电子战训(🙏)练(💟)器或运输机装载人员(🥉)训练器。

——作战飞行训练器（(🐸)Operational Flight Trainer，OFT）。飞行训练装置一般用于飞行训练，而不是战术或武器训练。OFT通常拥有运动平台，可支持真实的仪器飞行训练。

——武器系统(🎵)训练器(😸)（Weapons Systems Trainers，WST）(🥢)／武器战术训练器（Weapons Tactics Trainers，WTT）／后舱训练(🏒)器（(🔋)Rear Cabin Trainers，RCT）。这类训练器通常拥有复杂地形数据库、宽(👗)视场、高分辨率的(🔡)视觉系统以及高计算能力。其(🦖)广泛用于训练空面(👋)作战、反(😴)潜作战或ISR飞机的飞行员、(🛵)传感器操作员和机载战术(🈸)官。

——作战飞行与战术(🏜)训练器。这类训练器比作战飞行训练器(🕤)的能力更强，但在武器训练方面不如武器系统训练器或任务仿真器／全任(🔶)务模拟器。其也可以被称为战术作战飞行训练器（tactical operational flight trainer，TOFT）。

——全任务／作(👒)战任务模拟器。这(😁)类模(🈴)拟器(🙍)用来开(🚝)展全要素的任务训练，并

电驱动的运动平台（(💬)德国博世(😄)公司图片）

二、全球领先的F-35战斗机模拟器

美军对(🍾)F-35的仿真训练能力提(🔲)了严格的要求，一方面原因是F-35 作为第五代(🙆)战斗机，其先进能力（包括传感器和航空电(🐫)子设备）(🀄)不能在真实环境下开展充分的验证；另一方(🕎)面F-35 是一种在(🈂)降(🖐)低成本后仍然高达88000万美元的单座机，用实装训练的成本极其昂贵。

为此，洛马公司为F-35 研发了全任务仿真器（full mission simulators，FMS），价格应该已经下降到小于1200万美元。FMS的交付与实装保持同步，第一台FMS于2011年交付(👃)埃格林空军基地。所有(⬛)任务类型均可在FMS上进行仿真训练，包括模拟电子干扰和模拟机载武器对放空导弹阵地的攻击效(🛀)果。电子干扰的(🎃)模拟不可能在传统(🍿)模拟器中实现。另一方面(👎)，F-35模拟器可使飞行员在实战或者演习前能够安全、廉价地训练电子战任务。F-35约45%至55%的初始资格训练（IQT）是在(🏟)模拟器上进行的。为了实现这一目标，洛马公司在几(🦏)乎所有F-35驻地都部署了FMS。

F-35全任务(📀)仿真器（美国洛马公司图片）

F-35模拟器明显不同于(🎄)传统的战斗机模拟器。传统的模拟(🍚)器使用代码模仿实际的飞机，而F-35的FMS则使用实际作战飞行程序（Operational Flight Program，OFP）来实现这(🤼)一点。这也使F-35 模拟器能与实装任务系统同步升级。

F-35全任务仿真器（美国洛马公司图片）

大部分F-35的FMS不安装运动平台，除了位于英国沃顿的(🌒)F-35舰载机模拟器安装了六自由度运动平台。该(🌥)设施已广泛应用于“伊丽莎白女王”级（Queen Elizabeth-Class，QEC）航母的短距起飞和垂直着陆（Short Take-off and Vertical Landings，STOVL ）训练和短距(🐤)着陆（ Ship-borne Rolling Vertical Landings，SRVL）训(🦗)练，SRVL对着陆姿态要求高，这可能是F-QEC35 用运平台的(🍃)原因之一。

F-35的“伊丽莎白女王”级航母训练设施（英国BAE系统公司图片）

FMS采用高保真360°球幕视景和分布式投影机，并且视景系统可以与头盔显示器

英国F-35B采用的“舰上(🥙)滑行垂直着陆”（SRVL）降落模式更类似于在美海军航母着舰的姿态，但不用拦阻索。飞机在下(🆖)滑中始终保持一定的飞行速度，靠机翼产生部分升力(💷)，提高着舰重量。传统垂直着舰模式需要飞机(🤡)由平飞改为悬停后移动到甲板上方完成垂直着舰（英国BAE系统公司图片）

F-35的“伊丽莎白女王”级航母训练设施（英国BAE系统公司图(🐣)片）

三、飞行(😩)模拟器系统的发展趋(🏛)势

1．模拟器体系结构标准化

航空兵部队对(🤓)虚拟现实(😐)和模拟器都寄予厚望，希望其能高效的实现训(🙂)练目标。自林克训练器问世以来，飞行仿真技术得到了显著发(🆑)展，已经从各(👛)类飞机定制化训(🅾)练器向着体(✅)系架构的标准化转变。可随地部署的模拟器也越(🦔)来越受部队的欢迎，并要求模拟器具备能够在多个地点进行互操作的能(㊙)力。这些模拟器使人员能够在(👰)驻地进行训练，从而提高训练灵活性和效率，并节省将人员运送到训练固(🥩)定设施的时间和成本。

美空(💈)军在(🍑)模拟器体系结构的标准化方面比较领先，其“模(👚)拟器通用体系结构需(🎐)求与标准”（(🌋)Simulator Common Architecture Requirements and Standards，SCARS）的(⛺)主合同预计将在2019财年授予，其中包括一份价值约为2-3亿美元的五年期(🦈)基础合同，另外还(🚆)有五个一年期合同，总价值可能达到9 亿(🕒)美元。SCARS计划将提高网络弹性和响应能力，并将美国空军模拟器的全寿命周期成本降到最(🗒)低。SCARS计(😼)划将通过每年发布通用标(⛄)准，使美国空军训练(⚾)系统按照体系化、系列(🍿)化发展。

美空军可能已经在多(🦌)个主要司令部安装了2380多个模拟器和训练设备。这些设备是在过去几十年中逐步采办的，每个设备的采办都是(🚲)为了满足特定平台的个体作战训(🚷)练需求，而不是根据从体系化发展的需求策略。随着设备使用年限(🌭)的增加，对维护和升级服务的需求也在增加。从长期来看，SCARS将使快速简单的升级成为可能，有助于降低设备的全寿命期维护成本。这可以为其他盟国提供一个模式，促进部队与盟国之间的协同训练。

2．训练体系的虚实

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本篇供稿：系统工程研究所

运 营：李沅栩