飞机飞行模拟器方案设计

侯学晖

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2015.36.158

摘 要：飞行模拟器主要用于民用与军用飞机飞行员的飞行训练，是飞机试飞员、飞行员、领航员和地勤人员进行技能培训和维持、飞行训练、试验研究的有效手段。该文主要介绍了飞机模拟器的基本组成，从软硬件方面详细描述了模拟器各子系统的设计与实现方法。实践证明，该模拟器性能稳定，操作方便，能满足专业人员飞行训练的需要。

关键词：模拟器 驾驶舱 运动平台 视景

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）12（c）-0158-02

航空模拟技术通过半个多世纪的发展，飞行模拟器已经成为民航飞行员训练体系中的一个重要环节，不仅新飞行员改装新机型需要通过飞行模拟器进行飞行训练，老飞行员也必须每年定期进行技术训练和考核，只有这样才能够保障飞行安全，降低运营成本和提高运输效率[1]。

飞机飞行模拟器产品的研制与生产，国外起步较早，从60年代就已经开始，1970年有了产品标准，经过四十年的持续发展，已可以进行批量化和系列化生产。国内起步于20世纪80年代初，其应用经历了非持续性发展，经过近30年的技术和经验积累，近年来才形成了产品标准，飞行模拟器的使用在国内正在普及[2]。

1 总体设计

飞行模拟器系统设计主要包括硬件和软件两部分。硬件包括：仿真驾驶舱、教官台及六自由度运动平台。软件包括：飞行仿真软件和教官台软件。

2 硬件设计

2.1 仿真驾驶舱

仿真驾驶舱主要包括用于仪表显示的显示器、飞机操纵件、飞行员座椅，以及安装上述设备的金属台架。

显示器采用5台28寸带触摸功能的液晶电视，用于显示飞机驾驶舱中央仪表板与中央操纵台等信息。显示器布局及显示信息如图1所示。

仿真硬件系统主要包括脚蹬、驾驶盘及油门台这三个操纵件。仿真硬件依据飞机真实操纵件1∶1设计，数据通过USB接口发送至仿真硬件主机，通过仿真硬件主机发送至飞行仿真系统，以实现飞机的操控。

飞行员座椅采用皮质汽车座椅总成，可调节前后位置、高度及倾斜角度等，操作人员可调节适合自己的坐姿。

台架主要包括金属机架，用于安装飞行员座椅、仿真计算机、液晶触摸屏、操作杆、油门杆以及各种通信电缆和插头等。

2.2 教官台

教官台硬件包括一台主机及显示设备。显示设备选择触摸式一体机。一体机屏幕选用高清屏幕，防眩护眼。机身内外喷漆，防磁防锈防静电。

视景显示系统。视景系统硬件主要包括用于运行视景系统软件的高性能视景系统主机和用于显示视景软件的大屏幕电视机各一台。视景系统机箱采用4U机架式工控机。视景系统主机需要具备比较高的运算速度，以保证视景软件运行流畅，画面显示不存在卡顿现象。视景系统显示电视机采用55英寸高清大屏幕窄屏电视。

2.3 六自由度运动平台

通过六自由度运动平台，用户可以真实地感觉到飞机模拟器的速度、加速度等姿态信息。六自由度运动平台是由六支油缸，上、下各六只万向铰链和上、下两个平台组成，下平台固定在基础上，借助六只油缸的伸缩运动，完成上平台在空间六个自由度（X，Y，Z，α，β，γ）的运动[3]。

3 软件设计

3.1 飞行仿真软件

主飞行仿真软件为Prepar3D软件。Prepar3D是由洛克希德马丁购买微软飞行模拟（FSX）的商业版本平台，P3D是面向专业领域的实时三维仿真引擎。很多用户从网上下载或自行制作飞机、仪器，以求达到更加真实的效果。甚至有很多的飞行员（准飞行员）在他们的飞行考试前也使用这些和真实飞机极为相似的附加飞机来练习[4]。

视景系统软件用于显示飞机飞行时，机舱外的景色，包括各种视角展示的飞机、起降时的机场、关键地标建筑物、一般建筑物、道路，地表等信息（见图2）。

3.2 教官台软件

教官台主要提供主飞行仿真软件的设置，包括“飞行计划、气象条件、故障、飞行记录、复位、燃油-装载、飞行选择”七个功能。

4 结语

本文从飞机模拟器软硬件组成方面，详细描述了设计方法。该设计方案已成功运用到各种飞行模拟方面的需求，经过现场反复使用，验证了模拟的真实性和稳定性。此外，将该方案中的功能进行适当增删，可用于机载设备飞行仿真环境搭建或学生飞行体验，具有很好的可推广性。

参考文献

[1] 谷树山，柴守权，王江南.飞行训练模拟器设计[J].电脑编程技与维护[J].2013（6）：73-75.

[2] 蔚彪. 飞行模拟训练经济性研究[J].长春理工大学学报，2009，4（4）：187-188.

[3] 宋国峰，程忠涛，袁立鹏，等，运动模拟器及其运动平台系统的发展现状及应用前景[J].机械设计与制造，2008（6）：230-232.

[4] 梅彬，徐瑞. 直升机飞行仿真技术的应用[J].直升机技术，2006（1）：45-49.