现代飞行训练模拟器设计与实时控制方式分析

金肇鹏

（中国民用航空飞行学院，四川 德阳 618307）

众所周知，现代飞行训练模拟器是民航飞行员进行练习训练的重要仪器之一。因此，笔者针对现代飞行训练模拟器开展了研究。主要讨论了模拟器开发的关键技术，并提出了未来的发展方向。

1 飞行训练模拟器的功能与优势

1.1 飞行训练模拟器的功能

飞行训练模拟器不仅可以为民航飞行中出现的问题提供技术或特种仿真训练，还可以提供飞行仿真、飞行性能仿真、视景仿真、动态仿真、航空电子仿真等。可以综合环境模拟和特定模型的声音模拟。

1.2 飞行训练模拟器的优势

飞行训练模拟器训练成为飞行训练发展的一个重要方向，原因如下：使用实际比例尺设备进行飞行训练，成本较高。真实规模的培训不仅需要复杂的技术支持人员和支持设备，而且在培训过程中还会给实际设备带来损失。所以，在飞行过程中，使用飞行训练模拟器能够有效降低飞行训练的成本，从而提高一定的经济效益。除此之外，飞行训练模拟器能够抵御气候、地域以及环境的各种压力，并能够根据飞行的具体情况选择需要训练的训练地点。实践表明，飞行训练模拟器训练效果显著。

2 飞行模拟器系统的组成和基本原理

我国的飞行模拟器主要根据包括飞行器以及机载系统仿真，飞行环境仿真和分布式网络环境等部分组成。而所有的组成部分都配置了主干子系统。而飞机以及机载系统模型的计算主要是由飞机机载系统来进行完成。除此之外，飞行模拟器的主要功能在于为飞行员提供更加方便的指导控制，如为民航飞行员提供视觉听觉等作用。而教学的控制模拟能够实现对模拟器的控制。并能够在仿真系统中实现信息检索，从而达到交互仿真等功能。快捷的网络数据能够为飞行员提供良好的网络环境，使民航飞行员在进行飞行训练中达到零误差。在模拟仿真中，模型的四部分都将会实时同步训练。一般来说，每个子系统都会有一个网络节点。而每个网络节点中的数据都是通过模拟器的内部网络进行交换的。另外，飞行模拟器以及机载系统的仿真模型主要包含以下几个方面：飞行动力模拟模型、计算飞行器载荷量。通过对以上数据的分析，求解出飞行器的具体方程。以此类推，求出发动机的运动动态。系统功能可与飞控系统直接连接各种逻辑开关和显示器。各子系统的动态响应特性差异很大。

飞行模拟器的基本原理：仿真系统控制台命令和控制下，依照预定的飞行程序和相关飞机飞行仿真事件系统参数,根据仿真的结果和驾驶模拟驾驶舱仪表板,视觉和音频模拟数据系统为飞行员提供了真实场景的感知；在仿真座舱中，实时采集驾驶员的手动操作，并实时求解仿真模型，实现仿真系统的人在环交互式仿真。在教学平台上，提供了软仪器，将模拟的驾驶舱仪表盘实时反映飞行员的真实感受，并提供了逼真的三维图形显示软件，供教师了解飞行参数、飞行员操作和飞行状态。

3 基于飞行模拟器系统的同步方法

3.1 同步模型的设计

为了减少网络中数据的传输，特别是镜像与数据仓库之间的通信，从而设计出基于镜像无数据仓库的一种飞行模拟器系统。另外，发布订阅系统主要选取5g的优先订阅级。针对优先级模型来处理复合事件的问题。同步模型设计主要是以扩展时间序列的事件处理机制。其优点在于能够在最短时间内分析出民航在飞行事故发生的原因。但是，通常很少有人对发布和订阅系统中复合事件的时态逻辑模型进行研究。本文将发布和订阅划分为两个流程：一个在模拟节点之间，另一个在两个虚拟存储之间。换句话说，当每个发布方发布的事件序列满足某些标准时，节点会得到通知，从而提高仿真节点的可伸缩性和性能，并实现模拟器系统。

3.2 时序控制

在仿真系统的数据同步中，定时控制尤为重要。仿真节点之间的时序具有逻辑要求。时序控制主要在于让定时控制以及通讯效率达到供需平衡的状态。同时，设计出两种不同形态的通信定时。两者之间同样也存在着关键性。而这两种通行定时指的是时钟积极模式以及事件积极模式。除此之外，时序控制的时长主要10ms。事件激励的的主要方法在于对仿真系统中存在的一系列问题及时做出回应。通过数据网络的形式通知该节点。接下来，在仿真节点中，如果采用时钟激励的方法，那么，对时间的依赖性则相对较小。利用事件激励设计飞行训练仿真系统的重要仿真时间节点和事件节点，包括教练员控制、飞行指令、操作指令等信息。从系统角度来看，由于时间相关性小的仿真参数占90%以上，通过时间激励可以在不丢失关键信息的情况下，有效提高系统的通信效率，从而实现对时间的有效控制。

4 飞行模拟器系统技术方法

一般来说，模拟器采用的技术手段可以分为三种基本模式：物理模拟、数学模拟和物理数学混合模拟。物理模拟使用物理模型来模拟环境、接口和过程。数学仿真主要是根据计算机技术建立飞行模拟器系统。依照我国现有的飞行模拟系统以及载人航天飞行总结出的经验总结，可以采用物理仿真以及数字仿真的模拟技术，以此减少物理模拟仿真的占比比重。并在此基础上，增加数学模拟仿真的比重。现有技术水平的基础上,完成了硬件设备的基础上,模拟驾驶舱界面，该软件用于实现空间的数学模拟场景在侧窗外,建立和完善场景的三维空间模型和天体,并创建虚拟现实的飞行环境。这样的虚拟场景为民航飞行训练奠定了基础。在建立和完善外飞行虚拟场景的基础上，逐步实现了驾驶舱仪表盘和乘员人机界面的软仪表化，充分利用高性能计算机、实时多任务操作系统及相应工具。

随着软件和平板显示器领域的创新和突破，构建了一套可编程、易于维护和升级、通过软件在平板显示器上显示的虚拟座舱仪表盘系统。借助该技术，可以很容易地改变座舱仪表盘系统的显示和操作界面。在此基础上，结合驾驶舱视觉系统显示图像的一些变化，可以方便地在同一硬件平台上实现不同任务的仿真训练。另外，在模拟座舱中逐步开发和建立人的定位传感系统，包括基于磁、电、光、声原理的传感器，实现人机多通道交互。在较大的座舱环境中，建立基本完整的人体定位传感器系统，结合数据手套、数据服和头盔显示器，就可以构建一个近乎完美的虚拟现实飞行训练模拟器。

5 现代飞行训练模拟器设计与实时控制方式的有效策略

5.1 资金投入持续增长，职能/成本合理划分，集中管理

飞行仿真训练可以节省大量飞行训练开支，已成为民航发展的关键领域。因此，为了能够降低实际训练的成本，采用新一代仿真系统。通过使用飞行模拟训练器来完成训练项目。综合来说，使用模拟训练器的总成本远远小于实际训练的成本。目前来说，我国大多数航空公司或者飞行训练学校已经根据实际的需要配备了各种模拟器，并建立了培训训练中心，为民航后勤保障以及系统维修提供了一定的技术保障。

5.2 为了满足不同类型和功能的培训需求，模拟器网络和内部协调成为培训的重点

为满足信息化条件下系统运行的要求，飞行训练模拟器不仅要侧重于民航日常训练的仿真训练，还要能够进行多平台、多系统的仿真练习。仿真模拟系统通过仿真平台和仿真平台实现。系统互连网络化，实现一定规模的飞行仿真训练。在高技术联合训练中，飞行训练模拟器的合同化程度越来越高，研制满足飞行要求的飞行训练模拟器是十分必要的。分布式仿真交互(DIS)技术已成为民航应用的主要技术。

6 展望

伴随着我国科学领域的跨领域发展，飞行模拟器主要从以下几个方面进行阐述。采用机构建模、系统辨识、模糊建模、神经网络建模和模糊神经网络建模等仿真建模技术，建立民航飞行系统的各种模型，其动态响应和精度均能满足训练要求。计算机成像以及音频回放模式对于运动模拟系统控制技术的应用都进行了完善，能够更加生动逼真的模拟航空民航飞行的整个过程。人工智能、神经网络、专家系统等智能技术的应用，能够改善训练评估的方法。在民航飞行领域最著名的项目之一是使用虚拟现实训练模拟器训练飞行人员和地面支持开展维修任务,以确保飞行模拟器在飞行中避免受到损害。分布式交互仿真(DIS)已经被应用于大型联合系统。因此，总的来说，飞行训练模拟器控制技术能够对飞行领域有着巨大的利用价值，值得借鉴。