飞行模拟技术的现状和发展趋势

王颖

摘 要：随着我国经济水平和现代化水平的提高，各科技领域取得了显著的发展成果，航空航天技术也得到了明显提升。飞行模拟技术是航空航天技术以及航空航天事业中的重要应用方法和组成部分，通过对各种类型飞行器的模拟，对于提升我国航空航天技术以及应用具有重要的推进作用。本文就飞行模拟技术的具体现状进行简要的分析，总结未来飞行模拟技术的发展方向和趋势，以期对我国航天事业的发展壮大有所裨益。

关键词：飞行模拟技术；技术现状；发展趋势；

科技的发展带动了各个行业发展模式和技术方法的革新，使得我国的行业发展模式进入了一个新阶段，计算机技术应用为飞行模拟技术提供了重要保障，成为研究模拟实验的重要方法，利用现代化的科技和手段促进飞行模拟技术的革新和进步，为飞行实验提供科学研究基础和动力。

1.飞行模拟技术的概述

飞行模拟主要指研发人员综合使用各种软硬件仿真技术和数学、物理、材料等方法，在地面条件下营造出各种类型的飞行环境。随着近年来通用航空、民用飞机、公务机等不同领域和机型需求的不断增加，使得飞行模拟过程中使用的技术逐步丰富，以满足用户的更细致化和更广范围的使用需求。

作为飞行模拟技术应用的载体，飞行模拟设备的具体形式也更加多样化，有便捷的桌面设备、软硬件结合的综合程序训练设备、高仿真度的全任务飞行模拟机等，在软件、计算机应用和集成技术等方面都有了长足的进步，同时与之相关的行业标准和规章也在不断更新和发展。

2.飞行模拟技术的现状

2.1软件技术

软件应用的一个主要部分为建立仿真模型，当前人们可以在不同方面建立虚拟的模型，来代替实物进行实验和分析，降低实验成本，提高研发效率。为了建立飞行姿态和实现飞行过程，依据经典的空气动力学原理和具体机型数据，建立飞机6自由度运动方程，形成数学模型。在此过程中MATLAB及其Simulink工具箱等数学建模软件可以帮助研发人员节省精力，更集中在核心算法或细节数据的调整上，促进研发任务的快速完成。在物理模型方面，CATIA，Soildwork，CAD等三维或平面建模和分析软件的大量应用，使飞行模拟设备的元器件能在更精细的层次逼近真实使用的飞机组件，也可以协助进行更多的前瞻性组合实验，促进研究和生产。在虚拟视觉的三维建模方面，MultiGen Creator和Vega软件的强大功能，可以生成地形、地貌和建筑等物体的三维模型，并可以通过C语言应用程序接口API和相关库函数将模型联接和集成到飞行模拟设备中，为用户提供逼真的视觉感受。

多种飞机机型的机载系统更新升级，增加了对飞机系统仿真难度，基于模型的应用开发软件SCADE具有系统建模，仪表实现等多方面能力，便于对机载系统的仿真实现。同样在仪表面板方面可以应用的软件也有很多，例如Qt，VAPS，GL studio等。此类综合性软件在PC Windows平台下的应用更广泛。

在不同机型的仿真过程中上，通常涉及到大量的数据的管理调用，包括飞机气动数据、导航数据、性能数据、地形数据等。这些数据一般都采用数据库的方式进行管理，完成编辑和调度等操作。在高精度的飞行模拟机上，也会使用数据库来管理后台运行的软件和数据，同时数据库技术也应用于教学管理过程，用于建立教学员账户管理，状态追踪等用途。

2.3计算机技术

计算机组件的更新换代，高性能的CPU、显卡和存储等技术的发展，推动了精细化的模型和算法的实现，使人们有条件进行大量的实验和研究工作。液晶显示屏等组件的生产技术发展，显示分辨率、稳定性、尺寸边缘等方面都得以提高，为精细化的图形实现提供了基础，更多的图形模拟形式被用户接受。远程维护软件，视频电话会议等网络技术也得到广泛应用，能够方便供应商和用户就具体问题进行讨论沟通，降低运营成本和故障风险，使多方利益得以保障。

当前处于网络时代，手机和平板电脑便利和丰富了人们的生活学习和工作，硬件性能的提升，使得较为复杂的软件也可以顺畅的运行在手机等移动端。飞行院校和培训中心等单位也开始采用移动端的软件进行管理，为教师和学员提供更多的学习和沟通的途径，有利于及时的信息处理，推动新的教学行为模式的建立。

2.2加工集成技术

在高逼真度要求的飞行模拟设备上，常常遇到曲面较多的三维立体的异形零部件的小批量生产需求，此时通常考虑快速成型技术。特别是3D打印技术，常用于制作模型模具、精美外观件等要求较高、工艺复杂或材料特殊的组件的加工制作。在普通材料和大批量加工制作时，新型的计算机数控机床的使用也很大的提高了生产能力和加工速度。

较高级别飞行模拟设备时常要求操纵负荷系统，模拟实现驾驶盘/杆（侧杆）、脚蹬、刹车等主要操纵件的力感特性，辅助用户熟悉真实的操纵力反馈。此系统的实现方式可以是弹簧或液压式，但为了得到更加接近真实的反馈力感，更多设备采用电动式操纵负荷系统。精密的伺服电机和驱动技术配合不断更新的控制算法，实现了高平稳性和可控性，降低了系统噪音，提升了使用效果。

2.4行业规章发展

我国现行的飞行模拟训练设备的鉴定和使用规章为《飞行模拟设备的鉴定和使用规则》（CCAR-60部），其中给出了飞机飞行模拟机、飞机飞行训练器、直升机飞行模拟机、直升机飞行训练器等四种类型的飞行模拟设备的鉴定标准。2016年4月民航局发布了关于征求《飛行模拟设备鉴定和使用规则》（修订草案）意见的通知，随后又在2017年4月发布了关于《飞行模拟训练设备的鉴定和使用规则（征求意见稿）》公开征求意见的通知。其中主要的修订内容包括飞行模拟训练设备鉴定性能标准、质量保证系统等部分，在规章中将“飞行模拟设备”的提法统一修订为“飞行模拟训练设备”，保持与国际通行标准一致，也进一步明确了规章的适用范围。规章的修订提高了对客观测试的覆盖率，虽然还没有定稿发行，但也能看出国家对飞行模拟技术提出了更高的要求。

3.飞行模拟技术的发展趋势

在未来，计算机技术的使用效益、飞行模拟技术的安全性保障以及飞行训练的有效性将会吸引行业以及国家相关部门更多的重视，加大对飞行模拟研究的资金和人员投入，促进飞行模拟行业不断提升科研水平，充分使用新技术，扩充应用范围，加强对使用者飞行能力的提升。结合本国航空航天技术的具体情况，研发人员开发出适用于我国现实环境和飞行模式的技术方法，将飞行技术应用于生活服务中去。另外，科技发展还将智能化系统、虚拟现实等新技术融入到飞行模拟设备中，应用和借鉴其他技术，起到对飞行事业的推动作用。

结束语：综上所述，跟踪和研究飞行模拟技术的现状及应用范围，可以更好的分析和模拟飞行器的内部构造以及系统构成，使用计算机模拟系统帮助实现飞行器的工作过程，提升技术水平和应用能力。为实现航空航天事业的快速发展，飞行模拟技术具有重要的研究价值和研究意义，对于我国科技和生产水平的发展提升也具有重要的推进作用。

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