飛行模擬器或飛行模擬機(jī)〈香港稱為模擬駕駛艙〉是一種盡可能真實(shí)地再現(xiàn)或模擬航空器駕駛感覺(jué)的系統(tǒng)。飛行模擬器包含了從電子游戲，到由液壓或電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并由最先進(jìn)的電腦技術(shù)所控制的同比例模擬駕駛艙。

飛行模擬器_飛行模擬器 -簡(jiǎn)介

飛行模擬器，從廣義上來(lái)說(shuō)，就是用來(lái)模擬飛行器飛行的機(jī)器。如模擬飛機(jī)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、宇宙飛船…等飛行的裝置，都可稱之為飛行模擬器。它是能夠復(fù)現(xiàn)飛行器及空中環(huán)境并能夠進(jìn)行操作的模擬裝置。從狹義上來(lái)說(shuō)，就是用來(lái)模擬飛行器飛行且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜功能比較齊全的裝置。如果其結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單且功能較少的飛行模擬裝置，則稱為飛行訓(xùn)練器。

飛行模擬器_飛行模擬器 -歷史

對(duì)無(wú)經(jīng)驗(yàn)者來(lái)說(shuō)，動(dòng)力飛行是相當(dāng)危險(xiǎn)的嘗試，因此自很久以前就不斷地有各種方法讓新飛行員在非真實(shí)飛行的情況下學(xué)習(xí)控制飛機(jī)。例如，“桑德斯老師”是一架裝在萬(wàn)向接頭的完整飛機(jī)，可以迎風(fēng)并自由地旋轉(zhuǎn)及傾斜。在大約1910年時(shí)的某種飛行模擬器是將一個(gè)木桶剖開(kāi)，裝在一個(gè)鐵環(huán)上。

在第一次世界大戰(zhàn)期間及以后，有人開(kāi)始嘗試使用機(jī)電設(shè)備來(lái)制作模擬器。最有名的莫過(guò)于1929年美國(guó)艾德溫?林克所發(fā)明的林克訓(xùn)練機(jī)。這部機(jī)器具備了一個(gè)氣動(dòng)平臺(tái)，可以提供俯仰、滾轉(zhuǎn)與偏航等飛行動(dòng)作，然后上面架有一座普通駕駛艙的復(fù)制品。它的設(shè)計(jì)是提供比飛機(jī)的危險(xiǎn)性較低且成本較便宜的儀表飛行教學(xué)環(huán)境。本來(lái)此設(shè)備一直不受專業(yè)飛行界的關(guān)注，但是經(jīng)過(guò)一連串的儀表飛行意外后，美國(guó)陸軍航空隊(duì)于1934年買(mǎi)了四套林克訓(xùn)練機(jī)，于是飛行模擬產(chǎn)業(yè)從此誕生。在1939年至1945年的戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期中，大約有一萬(wàn)套林克訓(xùn)練機(jī)被用來(lái)培訓(xùn)同盟國(guó)的新飛行員。在1960年代及1970年代初期，仍有些國(guó)家的空軍在使用這套設(shè)備。

1941年出現(xiàn)的天文導(dǎo)航教練機(jī)是一個(gè)有13.7米高的龐大設(shè)備，足以容納一整組的轟炸機(jī)成員學(xué)習(xí)如何執(zhí)行夜間飛行任務(wù)。在1940年代，開(kāi)始使用類比電腦來(lái)計(jì)算飛行公式，于是產(chǎn)生了第一套電子模擬器。

在1948年，柯蒂斯-萊特公司交了一套為波音377所設(shè)計(jì)的模擬器給泛美航空，這是第一套由民間航空公司所擁有的模擬器。雖然沒(méi)有動(dòng)作擬真或者是顯示畫(huà)面，但是整個(gè)駕駛艙的設(shè)備與儀器是可用的，而且用過(guò)的機(jī)組成員覺(jué)得它十分有效。到了1950年代末，完整的動(dòng)作擬真系統(tǒng)才開(kāi)始成形。

早期的視覺(jué)系統(tǒng)是采用了實(shí)際地形的小比例模型，然后照相機(jī)根據(jù)飛行員控制的動(dòng)作來(lái)“飛”過(guò)地形模型，并將照片展示在屏幕上給飛行員看。理所當(dāng)然地，這種方式能模擬的地區(qū)是有限的，通常只是機(jī)場(chǎng)附近的區(qū)域。若是在軍事用途，通常就是一些典型的地形以及目標(biāo)區(qū)域的地形。利用數(shù)碼電腦來(lái)模擬飛行則到1960年代才開(kāi)始。

在1954年，美國(guó)通用精密公司（后來(lái)被勝家公司所收購(gòu)），研發(fā)了一套動(dòng)作模擬器，其配備了用金屬架框住的駕駛艙。它可以做3度的俯仰、滾轉(zhuǎn)與偏航，但是于1964年改善的小巧版本已經(jīng)可以做到10度。1969年開(kāi)發(fā)出的民航模擬器的液壓驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)可以控制各個(gè)軸線的運(yùn)動(dòng)，也就是說(shuō)具備了6個(gè)自由度（俯仰、滾轉(zhuǎn)與偏轉(zhuǎn)）。從1977年開(kāi)始，民航模擬器開(kāi)始采用現(xiàn)代的“駕駛室”配置，并且電腦是放置在駕駛艙里面（而非模擬器外的機(jī)架上），然后當(dāng)設(shè)備不動(dòng)作時(shí)可以透過(guò)一個(gè)可收起的走道進(jìn)入模擬器。

大約在這個(gè)時(shí)候，在視覺(jué)方面的技術(shù)也得到了很大的進(jìn)展。1972年勝家發(fā)展了一套直透鏡儀器，其配有曲面鏡與分光鏡，可將駕駛艙窗外的景色投射在一定距離的焦點(diǎn)上。這些直透鏡顯示器大大地改善了飛行模擬的真實(shí)性。但是，每個(gè)顯示器只提供28度的視角，所以同時(shí)需要很多臺(tái)才能展示出真實(shí)的視野。1976年開(kāi)始采用廣角直透鏡（WideAngleCollimated,WAC）顯示器。最后，在1982年，英國(guó)麗的呼聲公司發(fā)表了廣角無(wú)限顯示設(shè)備（Wide-angleInfinityDisplayEquipment,WIDE），它采用了在橫向大幅度擴(kuò)大的曲面鏡，可以讓一群飛行員透過(guò)一個(gè)一體的顯示屏幕看到模擬影像。廣角直透鏡顯示器目前普遍用在需要兩名飛行員并坐的高階飛行模擬器。

飛行模擬器_飛行模擬器 -種類

飛行模擬機(jī)和飛航訓(xùn)練器

用于訓(xùn)練飛行員的飛行模擬機(jī)和飛行訓(xùn)練設(shè)備有許多種類，從可模擬各種飛機(jī)通用系統(tǒng)的部分功能訓(xùn)練器（Part-TaskTrainer,PTT），練習(xí)操作與儀表檢查的駕駛艙程序訓(xùn)練器（CockpitProceduresTrainer,CPT），到最復(fù)雜的全功能飛行模擬機(jī)（FullFlightSimulator,FFS）。較高等級(jí)的全功能飛行模擬機(jī)可以做出有6個(gè)自由度的全方位移動(dòng)，同時(shí)也有廣角高傳真的視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)模擬窗外的景色。包含了擬真的駕駛艙與視覺(jué)系統(tǒng)的模擬器座艙是裝在由6支起重軸支撐的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，借由電腦的控制可以提供三個(gè)軸線的線性運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)，就如同一個(gè)真實(shí)的自由物體在空間的運(yùn)動(dòng)狀況。三種旋轉(zhuǎn)分別是俯仰（機(jī)頭朝上或下）、滾轉(zhuǎn)（某一面機(jī)翼朝上或下）與偏轉(zhuǎn)（機(jī)頭朝左或右）；而三種線性運(yùn)動(dòng)分別是起伏（上下移動(dòng)）、橫移（左右移動(dòng)）以及縱移（向前加速或減速）。

飛行模擬器也用于訓(xùn)練機(jī)組成員的正常和緊急作業(yè)程序。所以使用模擬器可訓(xùn)練飛行員處理各種飛機(jī)在有問(wèn)題或不安全的情況下，諸如發(fā)動(dòng)機(jī)故障、液壓或電氣系統(tǒng)失靈、儀表失常等等。

各國(guó)的國(guó)家民航局，如美國(guó)美國(guó)聯(lián)邦航空局與歐洲航空安全局負(fù)責(zé)檢定與測(cè)試各種類型的模擬器。美國(guó)商用機(jī)飛行員只有在美國(guó)聯(lián)邦航空局審核通過(guò)的模擬器上的訓(xùn)練時(shí)數(shù)受到認(rèn)可，同樣地歐洲飛行員的只有在歐洲航空安全局審核通過(guò)的模擬器上的時(shí)數(shù)會(huì)受到認(rèn)可。若模擬器要得到認(rèn)證，必需能夠證明它能夠符合監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)該被模擬飛機(jī)所設(shè)計(jì)的飛行模擬設(shè)備或全功能飛行模擬機(jī)的要求項(xiàng)目。測(cè)試項(xiàng)目與標(biāo)準(zhǔn)詳列在核準(zhǔn)測(cè)試指引（ApprovalTestGuide,ATG）或是認(rèn)證測(cè)試指引（QualificationTestGuide,QTG）之中。模擬器被分為1到7級(jí)的飛航訓(xùn)練器（FlightTrainingDevice,FTD）或是A到D級(jí)的全功能飛行模擬機(jī)（FullFlightSimulator,FFS）。最高等級(jí)、功能最強(qiáng)的是D等級(jí)全功能飛行模擬機(jī)。當(dāng)資深飛行員要從一種機(jī)型換到另一種類似的機(jī)型時(shí)，這種模擬器可用來(lái)做所謂的零飛行時(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換。有了零飛行時(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換，飛行員即可在訓(xùn)練官在旁監(jiān)督的情況下初次駕駛該機(jī)型做商業(yè)飛行，而不需要累積既定的飛行時(shí)數(shù)。

系統(tǒng)訓(xùn)練器是用來(lái)訓(xùn)練飛行員如何操作各種飛機(jī)系統(tǒng)。一旦飛行員熟悉了該系統(tǒng)，他們將轉(zhuǎn)換到駕駛艙程序訓(xùn)練器。這些都是固定且不會(huì)移動(dòng)的設(shè)備，且安裝有精確的駕駛艙儀表、開(kāi)關(guān)和其它控制裝置的復(fù)制品，被用于訓(xùn)練飛行人員做操作與檢查，是較低等級(jí)的飛航訓(xùn)練裝置。較高等級(jí)的是迷你模擬設(shè)備，有些可能配備有視覺(jué)系統(tǒng)?？傊?，飛航訓(xùn)練器沒(méi)有運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，也不具備全功能飛行模擬機(jī)的擬真度。

一套全功能飛行模擬機(jī)完整復(fù)制了飛機(jī)的各個(gè)方面以及它的環(huán)境，包括了6個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。在模擬機(jī)里的人員必需像在真實(shí)飛機(jī)里一樣系上座位的安全帶。因?yàn)槿魏文M器起重軸的運(yùn)動(dòng)距離有限，所以用動(dòng)作系統(tǒng)模擬了一開(kāi)始加速度時(shí)的靠背感，因此可以解決范圍有限的問(wèn)題。

民航用的全功能飛行模擬機(jī)制造商有美國(guó)的飛安國(guó)際與洛克威爾?柯林斯，加拿大的CAE與MSI，以及法國(guó)的泰勒斯。目前全世界在運(yùn)作中的飛行模擬器大約有1200套，其中美國(guó)約有550套，英國(guó)有75套，中國(guó)有60套，德國(guó)與日本各有50套，法國(guó)有40套。

除了一般的飛行訓(xùn)練用途之外，飛行模擬器還廣泛地使用于研究各種航天課題，特別是在飛航動(dòng)力學(xué)和人機(jī)交互系統(tǒng)。這些設(shè)備從簡(jiǎn)單得像電子游戲機(jī)，到非常特殊且昂貴的機(jī)種。例如安裝在美國(guó)俄亥俄州賴特-帕特森空軍基地的LAMARS，是由諾思羅普公司為空軍研究實(shí)驗(yàn)室所研制的，其特點(diǎn)是配備了大幅度的5個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)以及一個(gè)360度的圓頂式視覺(jué)系統(tǒng)。

大多數(shù)的模擬器都有訓(xùn)練官工作站。在工作站上，訓(xùn)練官可以很快地產(chǎn)生各種正常與非正常的情況來(lái)模擬飛機(jī)的內(nèi)在或外在的環(huán)境，例如發(fā)動(dòng)機(jī)失火、起落架故障、電路故障、暴風(fēng)雨、下爆氣流、閃電、迎面而來(lái)的飛機(jī)、跑道濕滑、導(dǎo)航系統(tǒng)失靈以及無(wú)數(shù)其它問(wèn)題，而飛行員必需熟悉這些狀況并且采取行動(dòng)。許多模擬器可讓訓(xùn)練官在駕駛艙來(lái)控制模擬機(jī)，可能是從在飛行員座位后面的控制臺(tái)，或者是在正駕駛旁的副駕駛的位子。

在過(guò)去全功能飛行模擬機(jī)都是幾百萬(wàn)美元的液壓設(shè)備，只有大型的訓(xùn)練中心在使用。但是現(xiàn)在規(guī)模較小的訓(xùn)練中心，包括單發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)，已經(jīng)可以使用較經(jīng)濟(jì)的電力驅(qū)動(dòng)全功能飛行模擬機(jī)。

不論是單一飛行員或是機(jī)組人員的訓(xùn)練，飛行模擬都是一個(gè)基本的項(xiàng)目。這不但節(jié)省時(shí)間與金錢(qián)，也可以減少人員的損失。就算是昂貴的D級(jí)飛行模擬機(jī)的運(yùn)作成本也比在真實(shí)的飛機(jī)上訓(xùn)練還得低很多。

新一代飛行模擬器

高端的商用和軍用飛行模擬器的動(dòng)作基座實(shí)現(xiàn)了最真實(shí)的模擬。這些模擬器大部分都是依靠史都華平臺(tái)來(lái)產(chǎn)生動(dòng)作。借由液壓缸，這些系統(tǒng)提供可為各種飛行訓(xùn)練所需的情景提供真實(shí)的動(dòng)作。但是，史都華平臺(tái)有一個(gè)小缺點(diǎn)，就是只能做有限度的俯仰、滾轉(zhuǎn)以及偏轉(zhuǎn)的動(dòng)作。使用史都華平臺(tái)的動(dòng)作基座通常最多只能做出正負(fù)35度的俯仰或滾轉(zhuǎn)。一些公司正從事研發(fā)更先進(jìn)的動(dòng)作平臺(tái)以期能提供更大幅度的動(dòng)作。

奧地利的AMST系統(tǒng)科技與荷蘭的TNO人因工程兩家公司正在合作建造狄蒙娜飛行模擬系統(tǒng)。這套大型的模擬器透過(guò)萬(wàn)向接頭可提供駕駛艙無(wú)限制的旋轉(zhuǎn)，該萬(wàn)向接頭是由提供垂直運(yùn)動(dòng)的框架所支撐，而框架又是裝在一個(gè)可調(diào)整半徑的大型旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上。狄蒙娜（Desdemona）模擬器的設(shè)計(jì)是以無(wú)限制的自由旋轉(zhuǎn)來(lái)提供持續(xù)的重力加速度模擬。

美國(guó)美國(guó)國(guó)家航空航天局艾姆斯研究中心設(shè)有垂直運(yùn)動(dòng)模擬器。這是一個(gè)先進(jìn)的高度擬真運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，有驚人的60英尺垂直高度。可換座艙的設(shè)計(jì)允許快速更換不同的模擬機(jī)，從小飛船到航天飛機(jī)都可模擬。

模擬動(dòng)力學(xué)公司（SimulationKinetics,Inc.）正在開(kāi)發(fā)一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的球形囊的模擬器。這設(shè)計(jì)的基本概念始于二次大戰(zhàn)期間，而后有在太空競(jìng)賽期間所建造與運(yùn)作的旋轉(zhuǎn)飛行模擬器，直徑有3米（10英

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