模拟驾驶舱在飞行教育中的应用

许晓帆

摘 要：介绍了模拟驾驶舱这一新出现的模拟训练手段；对比分析了其与CBT、IPT、FFS等已有模拟训练手段之间的优缺点；研究了模拟驾驶舱在飞行教育中的应用方式。

关键词：模拟驾驶舱 全动模拟器 飞行训练

合格的飞行员除了应自发地运用飞行技能完成飞行，还应当自觉地运用航空理论知识指导自己的飞行操作，这也是飞行教育所追求的人才培养目标。如何促进飞行学员将航空理论知识转化为飞行技能，是飞行教育机构所关注的核心问题。合理运用模拟仿真手段，可以为飞行学员构建逼真的练习环境，既能促进理论知识的理解，也能提供及时的训练反馈。这种做法符合行为心理学以及控制论的相关原理[1]，有效地衔接了理论学习和实机飞行两个阶段。

随着信息技术的发展，当前飞行模拟训练手段已经由最初的飞行模拟器演化为从最高端的全动模拟器（FFS，Full Flight Simulators）到基于PC机的教学辅助软件（CBT）的一系列解决方案。本文将介绍一种新出现的模拟飞行训练手段——模拟驾驶舱（simulation cockpits或simpits），在分析其特点的基础上研究其应用方法。

一、当前的训练手段及体系

目前飞行教育领域主流的模拟训练体系为“CBT—IPT（程序练习器）—FFS”[2]。对于机载设备比较特殊的飞机，有时在IPT和FFS之间会加入基座固定式模拟机（FTD，Flight Training Devices）这个训练阶段来巩固应急程序或仪表程序。IPT、FTD、FFS的优点是为学员提供了仿真的训练环境，缺点在于软硬件均需要独立开发，研发周期长。D级FFD的研发难度和研发成本越来越高[3]。如果标的飞行器的技术状态更改，模拟训练设备本身的二次开发难度也很大。硬件设备需要有高标准的场地放置，并保持温度等外部环境的稳定，并且需要专门的保障团队对硬件设备和模拟软件进行维护，全寿命成本较高。对于学员来说在整个飞行训练阶段，模拟器并不能保证随时可用，这导致部分训练内容（主要是应急程序和仪表程序）要么不能获得充分的训练时间，要么拉长了整个训练周期。与之相对，CBT基于网络化的PC平台，软件基于通用的视窗操作系统，成本低廉，易于部署和维护，可以保证较高的完好率和可用性。其缺点在于人机界面仍然是鼠标加键盘，学员在练习中的交互仍然与真实飞行存在较大不同，操作反馈不足，也同样无法完全满足前面所述的训练内容的环境要求。CBT与练习器、模拟器之间出现了较大的鸿沟。

二、模拟驾驶舱的技术特点

模拟驾驶舱是在上述模拟训练设备之外新发展出来的新型模拟训练设备。该训练设备采用通用桌面架构PC机和基于Windows平台的模拟飞行软件作为整个系统的核心，驾驶杆（盘）、油门、脚蹬等可采购通用的USB接口电脑外设。对于机载设备操作面板的模拟有两种方案：一种低成本的方案是采用模拟飞行软件内建的交互界面，使用键盘鼠标进行操作[4]；另一种成本稍高的方案是使用基于模拟飞行软件提供的SDK开发模拟座舱面板，模拟座舱面板的硬件电路采用单片机系统，外壳采用3D打印技术生产，作为PC机的USB外设接入系统，操作方式的仿真度与真机相差无几。由于在软硬件及外设方面均使用了通用架构的成熟产品，采购成本和后期维护成本进一步降低，不需要配备专职人员进行管理。

微软模拟飞行、X-Plane等模拟飞行软件在windows系统下均有良好的优化，对硬件计算性能的要求也比IPT和FFS要低得多，整体设备的发热量降低，对场所环境的温度要求也不再苛刻。这样一来，模拟驾驶舱设备可以较大规模部署，能够实现每名学员单独使用一台模拟驾驶舱，训练时间可以得到有效保证。而一台模拟驾驶舱加载不同的机型插件即可實现多种模拟驾驶舱所使用的模拟飞行软件的强大之处在于在互联网上拥有活跃的社区，世界各地的爱好者在该软件的基础上开发了地景、机型、导航数据等数量巨大的插件。在模拟飞行平台开发商和使用者的共同努力下，已经形成了良好的软件协作开发生态，某些功能的仿真程度已经超过了高档全动模拟机，在标准化和扩展性方面更是远远超过了传统的模拟训练设备[5]。

模拟驾驶舱的技术特点可以归纳为：利用了成熟的模拟飞行软件，功能全面，扩展性高；依托于成熟的PC平台，成本低、维护性高；采用USB操纵外设和定制的仿真座舱设备面板，具备可以接受的仿真操作环境。

三、模拟驾驶舱在训练中的应用

模拟驾驶舱的出现并不旨在取代成熟的传统模拟训练手段。FFS这类模拟器所提供的视景和过载仿真效果目前来看还是难以替代的。应该综合分析多种模拟训练手段的优缺点，合理搭配，组成科学高效的模拟训练体系。

CBT采用的是桌面电脑式的交互方式，更适用于理论知识的学习。但是“鼠标+键盘”式的模拟训练项目与实机上的操作方式存在着较大的差别，难以实现理论知识向操作技能的跃迁。而IPT、FFS的使用开始于模拟训练阶段，此时学员已经完成了全部的理论学习进度，两个环节相对分离。

如果在理论学习阶段就引入模拟驾驶舱训练手段，则可以让学员在该阶段立即进行理论知识的具体应用。模拟驾驶舱可以承担起CBT的全部模拟训练部分内容，也可以承担起IPT、FFS的一部分训练内容，并按照理论学习的先后顺序进行组织，与每个知识点形成对照关系。模拟驾驶舱易于部署的特性可以使它在空间上更加贴近理论学习场所，训练的组织也可以更加灵活，学员可以自主地根据自己的学习进度，有针对性地选择模拟科目进行练习，而不必像模拟器练习那样遵循固定的训练时间段。这样一来理论学习和实际应用形成更紧密的闭合回路，学员可以更加及时地收获反馈，增强学习效能。

模拟驾驶舱进入理论训练阶段对于后续的模拟训练阶段的教学也具有促进作用。模拟驾驶舱提供的模拟训练环境与IPT、FFS的相似度较高，学员的适应性更强。而且此时的学员已经在模拟驾驶舱中充分地练习了IPT、FFS的相关科目，可以进一步提升模拟器的训练效果，避免在高级的模拟器上花费时间解决低级的操作问题。

四、结论

综上所述，模拟驾驶舱是在PC机性能不断提升、模拟训练软件生态不断演化、3D打印技术商业化等前提下出现的新的模拟训练手段。它具有类似于IPT、FFS等传统模拟器的逼真交互环境，又兼具CBT的经济性、维护性和易部署性。在理论训练阶段引入模拟驾驶舱作为训练手段，既能增强航空理论学习的正向反馈效果，又能为后续的模拟训练打下良好的基础。

参考文献：

[1]布鲁斯·乔伊斯. 教学模式[M]. 兰英等，译. 北京：中国人民大学出版社，2014：288.

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

[3]张进. 中国进军高等级全动模拟机领域[J]. 国际航空，2011，（10）：62-63.

[4]刘渡辉等. PCATD模拟飞行设备用于MPL的研究[J]. 中国民航飞行学院学报，2017，（5）：46.

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