军用直升机飞行模拟器发展概述

轩海彬 张剑

（中国直升机设计研究所 江西省景德镇市 333000）

1 引言

飞行模拟器是具备多层次性和多架构的复杂系统，作为典型的人在回路仿真系统平台，与风洞试验环境、喷气发动机试验台、结构试验设备并列为四大航空试验研究设施，是现代航空产品设计、研制、生产、试验和飞行训练、战术战法训练等不可缺少的技术装备。

飞行模拟器中，直升机飞行模拟器出现较晚，经过学者和工程人员的不解努力，二十世纪六十年代在固定翼飞行模拟器的基础上成功研制出了第一台直升机飞行模拟器。此后，美国、法国、德国、英国和俄罗斯等国家投入大量的人力和物力，建成较完善的直升机飞行模拟器研制中心，从需求分析、方案设计、软硬件开发、系统集成、测试、鉴定、验收到使用维护等全寿命周期过程，形成了一套完善的研制规范和先进的方法体系。

直升机飞行模拟器作为飞行员飞行训练的重要工具，具有成本低、可靠性和逼真度高、功能灵活多变、适用范围广、实用性强等诸多特点，在加速飞行员培养、提高飞行员应变能力、保障飞行安全、提高部队战斗力、节约科研及培训经费等方面已经显示出巨大的优越性。近些年，世界各国提出了许多直升机新概念、新技术、新功能，对装备训练、作战训练提出了新的要求。而直升机飞行模拟器技术的日渐成熟，使得直升机飞行模拟器成为解决这些问题的重要途径。

直升机飞行模拟器首先在军事训练中使用，模拟器的研制需要直升机厂商提供原始设计数据和大量高质量试飞数据等。研制成本较高导致民用直升机飞行模拟器发展较为缓慢，二十世纪九十年代美国联邦航空局等组织才开始制定民用直升机飞行模拟器相关标准，近10多年时间才开始发展。

民用和军用飞行模拟器主要是服务飞行员训练的，采用的仿真技术手段也大致相同，不同主要体现在：

（1）军用直升机飞行模拟器仿真内容更为广泛，仿真内容不仅覆盖民用直升机飞行模拟器的仿真内容，还包括电子对抗仿真、武器系统仿真等；

（2）训练内容覆盖更广，军用直升机飞行模拟器不仅覆盖民用直升机飞行模拟器的飞行技能和应急处置等，还覆盖了战术战法训练等多个方面；

（3）训练对象不同，军用飞行模拟器的训练对象除了正副驾驶员，还包括任务系统的勤务人员等。

下面对军用直升机飞行模拟器的国内外现状进行介绍，并对主要国家的军用模拟器发展规划进行分析，结合我国的军用直升机飞行模拟器发展现状，对未来直升机飞行模拟器的建设提出建议。

2 军用直升机飞行模拟器现状

《Flight Global》公布了2020年世界军用直升机飞行模拟器总数量为922台（未统计中国相关数据），产品覆盖基于计算机的训练器（Computer Based Trainer，CBT）、飞行和导航程序训练器（Flight & Navigation Procedures Trainer，FNPT）、作战飞行训练器（Operational Flight Trainer，OFT）、综合程序训练器（Integrated Procedure Trainer，IPT）、飞行训练器（Flight Training Device，FTD）以及全任务模拟器（Full Mission Simulator，FMS）等各种训练设备。

2.1 从不同国家拥有量来看

美国现有军用直升机飞行模拟器的数量为499台，约占世界军用直升机飞行模拟器总量的54.1%，是世界军用直升机飞行模拟器占有量最多的国家。拥有UH-60（下称“黑鹰”）、AH-64（下称“阿帕奇”）、SH-60（“海鹰”）、UH-1（下称“休伊”）、AH-1W（下称“超级眼镜蛇”）等多型号直升机的飞行模拟器，主要装配对象为美国空军、陆军、海军陆战队、海军等军兵种。

法国的直升机飞行模拟器总数量为57台，约占世界总量的6.2%。对应的直升机主要为NH90（下称“海狮”）、Tiger（下称“虎式”）、H120、H145等多种型号，除装备海、陆、空三军外，部分模拟器在HeliSim培训中心。

俄罗斯直升机飞行模拟器数量为56台，主要型号为“卡”系列和“米”系列直升机，用于对俄空军和陆军的培训。直升机飞行模拟器主要制造商为茹科夫斯基公司，具有完整的直升机设计、飞行性能和飞行品质数据，其产品中高等级的模拟器占比较高。

德国的直升机飞行模拟器数量为40台，主要型号为海狮、虎式、休伊等。其他装备数量较多的国家还有澳大利亚、加拿大等。世界军用直升机飞行模拟器装备数量前8位的国家数量对比如图1所示。

图1：2021年世界主要国家军用直升机飞行模拟器数量

2.2 按照机型分布来看

不同型号的直升机飞行模拟器数量占比如图2所示，其中黑鹰直升机飞行模拟器占比最高，达8.9%。直升机装备数量直接影响直升机飞行模拟器配备数量，黑鹰直升机是美国二十世纪七十年代研制的通用型多用途直升机，不仅装备了美国海陆空三军，还出口到20多个国家和地区。作为目前世界装备量最多的武装直升机带动了飞行模拟器的装备数量。

图2：2021年不同型号军用直升机飞行模拟器占比

阿帕奇直升机在役数量为1211架，装备国家包括美国、日本、新加坡、沙特、以色列、科威特、英国、荷兰等国家，这些国家同样装备了阿帕奇直升机飞行模拟器，用于飞行员、任务操作员等机组人员的日常训练，模拟器的数量为61，约占6.6%。

海鹰直升机飞行模拟器的数量占总量的6.4%，略低于阿帕奇。其次分别为海狮、虎式、米-8/17等型号直升机的飞行模拟器。米-8系列的飞行模拟器数量占比高主要原因是米-8系列为当前世界产量最大的直升机，目前在役数量为2864架，主要装备在俄罗斯。

2.3 从不同公司供应量来看

如图3所示，目前军用直升机飞行模拟器市场由5家公司主导，总市场份额约占世界的三分之二以上。加拿大CAE提供的直升机飞行模拟器数量大约219台，约占世界总量的23.8%。作为军用直升机飞行模拟器第一供应商，加拿大CAE公司研制的军用直升机飞行模拟器销往世界35个国家50余个军用用户。

图3：2021年不同公司直升机飞行模拟器占比

美国L3 Harris公司排名第二，提供了约188台直升机飞行模拟器，约占20.4%。L-3 Harris的主要服务客户为欧美等国家的军队用户，涉及机型包括黑鹰、AH-1、CH-53等多款主力直升机。

美国飞安国际（Flight Safety International，FSI）是世界最主要的专业航空培训服务及培训设备供应商之一，提供的军用直升机飞行模拟器数量为118台，占市场份额的12.8%，其生产的军用直升机飞行模拟器主要装备美国海陆空部队，出口较少。

法国泰雷兹（Thales）公司是军用直升机高等级飞行模拟器的制造商，直升机飞行模拟器供应量为79，占总量的8.6%。泰雷兹提供的直升机飞行模拟器主要为空客直升机的H120、H135M、H225M。

美国波音（Boeing）公司作为世界最大的军用飞机制造商之一，也承担着模拟器的研制任务。已向用户交付57台直升机飞行模拟器，占世界军用直升机飞行模拟器数量的6.2%。得益于其主机厂所的优势，波音公司拥有这些军机的最全面的设计和试验数据。

3 世界主要国家军用直升机飞行模拟器发展规划

随着世界上军用直升机的增多以及军用直升机飞行模拟器在飞行员训练上的巨大作用，越来越多的国家军队开始使用飞行模拟器进行飞行员的训练，根据《Flight Global》预测，2021年军用直升机飞行模拟器的交付量将达到45台。下面以美国、英国、澳大利亚和印度为例，分析世界主要国家的军用直升机飞行模拟器的发展趋势。

3.1 美国

美国已经在多个地区建立了军用直升机模拟训练中心，训练中心配备了多台高逼真度D级全任务模拟器，然而全任务模拟器的设备成本较高，甚至超过了实装训练成本。成本更低的直升机FTD吸引了美国军方，这类训练设备虽然不能提供高逼真度的沉浸感，但是可以提供准确的仪表响应和飞行控制，可以进行常规训练和紧急程序训练，是低成本练习飞行训练程序和构建正确肌肉记忆的有效方法，越来越多的FTD将用于美军直升机飞行员训练。

为了加快飞行员训练效果，改善飞行员的培训和驾驶技能，并确保整个培训以更高的质量和更高的效率培训，2020年美国海军启动了先进直升机训练计划（Advanced Helicopter Training System，AHTS），计划将大数据、人工智能等先进技术应用到直升机飞行员的训练中，开展飞行员的训练效果评估，提高训练效果。目前美国海军已经与Ryan（瑞安）航空和Frasca签订了多项直升机FTD合同。

美国陆军正在启动TADSS（Training Aids, Devices, Simulators, and Simulations）训练方案，训练设备与新型飞行器结合，并与新型飞行器同步更新，以避免培训的负迁移。特别是美国陆军启动了未来远程攻击机（the Future Long-Range Assault Aircraft，FLRAA），主要采购机型为V-280 Valor或Defiant-X倾转旋翼机的FTD，在远程攻击机装备前，对飞行员进行训练，有利于快速形成战斗力。

美国空军同时关注成本更低的飞行训练设备FTD，与瑞安航空签订了一系列合同，在合同期内，瑞安航空向美国空军提供近300台喷气式战斗机和直升机FTD，作为飞行员训练转型计划（Pilot Training Transformation，PTT）或飞行员未来训练计划（Aviator Training Next）的一部分。

3.2 英国

随着新技术和新的培训方法对飞行员训练方式的影响，以及过多采购培训设备对国防财政的压力，英国启动军事飞行训练系统（The United Kingdom Military Training System，UKMFTS），计划将飞行员的培训任务外包给合作商。英国希望通过UKMFTS可以缩小与实装训练的差距、缩短培训时间和节约训练经费。Ascent公司是洛克希德和巴布科克公司的合资企业，承担着UKMFTS融资计划。

UKMFTS直升机的培训计划总投入13亿英镑。主要由空中客车直升机公司提供直升机训练设备，包含3架H145和29架H135实装直升机、电子课堂、模拟器等，每年至少训练286名直升机飞行员。由于英国国防部大幅度缩减指导人员和经费预算等原因，以至于Ascent未按照规定完成计划，目前UKMFTS还未在英国全面实施。

此外，英国与波音公司合作在英国法恩伯勒建立皇家空军C-17国际培训中心，除了引进新设备外，还建立了相应的学习管理系统。所有新课程都是学习管理系统上设计和开发的，并发布到学习管理系统中。在飞行员学习过程中，通过佩戴的智能设备和相关的训练计划，对飞行员进行综合评价，便于调整训练计划，更好地对飞行员进行训练。

3.3 澳大利亚

全任务模拟器级别以下的新型、功能更强的训练设备已经开始改变澳大利亚国防培训的训练体系。澳大利亚陆军航空训练和训练支持（Army Aviation Training and Training Support，AATTS）合同将采购瑞安航空的Helimod直升机飞行模拟器，用于澳大利亚陆军直升机飞行员的模拟训练。瑞安公司的Helimod直升机飞行模拟器为低成本的FTD设备，可通过简单配置实现不同型号的直升机训练。

2019年，澳大利亚直升机机组人员训练系统（Helicopter Aircrew Training System，HATS）取得了初步成功，HATS位于新南威尔士州诺拉，配备一台FFS、多台FTD和电子课堂，每年可培训144名直升机飞行员、空勤人员和空战军官。澳大利亚国防部计划将HATS推广，以实现海军和陆军机组人员从模拟训练到真机上的平稳过度，提高训练效果。

此外澳大利亚军队在混合现实技术（XR）投入了大量资金，包括澳大利亚陆军、皇家空军和皇家海军在内的部队正在研究如何使用XR技术对军队人员进行训练。陆军的陆地模拟计划2.0（Land Simulation Core 2.0）旨在提供联网训练工具和辅助网络，使陆军内部的远程虚拟训练从个人层面达到战斗群级别，一些XR设备正在帮助陆军开展范围更广的训练。皇家空军2019年在其总部建立新技术研究中心，以更好地利用各种新技术，目前正在试验XR在飞行员培训中的应用。

3.3 印度

作为军用直升机占有量在全世界前10的国家之一，印度的直升机训练设备主要靠国外采购。新型直升机的出现和原有直升机的升级，对印度的直升机训练系统提出了更高的要求。虽然印度部队有自己的训练设备，但是这些训练设备比较落后，无法满足现代军事训练的需求。2010年，印度唯一军用飞机生产商HLA和CAE联合成立Helicopter Academy to Train by Simulation of Flying (HATSOFF)，目前印度直升机飞行模拟器培训主要通过HATSOFF完成直升机飞行员的训练，已经为印度军队训练了很多飞行员，得到了印度军队的认可。

目前印度开发高等级FFS遇到的挑战主要是开发模拟器所需的数据包不易获取，数据包需要从直升机设计和飞行试验中获取，用于模型的设计和验证。然而印度大部分直升机型号为采购，所以难以开发完整的数据包。

直升机现有训练设备的升级对于印度来说是一项巨大的挑战，由于直升机飞行模拟器各系统间的高度耦合性，为了完成其中一部分功能升级，需要对整个系统进行重新编程，所以升级的代价可能会远高于预计，在升级前需要考虑升级的成本与带来的经济效益。印度完整的直升机训练系统的建立还有很长一段路要走。

4 我国军用直升机飞行模拟器发展概况

我国飞行模拟器的研制起步较晚，从二十世纪七十年代至今，经历了从无到有，从机械训练器到现代飞行训练器的快速发展。国内从事飞行模拟器研究的院校和单位主要有部队科研院所、北京蓝天、北京摩诘、民航模拟器研制单位（如华翼蓝天、华模科技），航空工业主机厂所和有关院校等，这些研究单位在飞行模拟器的系统组成、分系统研制等方面有较深入的研究，取得了一定的研究成果，促进了飞行模拟器技术的发展，为迅速提高我军飞行员的飞行水平和战术水平发挥了巨大的作用。

1994年初，空军哈尔滨仿真技术研究所与哈尔滨飞机制造公司联合研制成功运Y-12M 型飞机飞行模拟器。1999年11月，北京蓝天模拟技术发展中心研制成功歼八全任务作战飞行模拟器，空军军训器材研究所、二航校等单位也从事飞行模拟器的研制工作，先后研制成功了歼-7战斗机飞行模拟器和伊尔76全任务飞行模拟器等。

航空工业集团各主机厂所根据自身情况，先后开展自己设计的固定翼飞机和直升机训练模拟器的研制工作。由于主机所拥有相应型号完整的设计、试验和试飞数据，因此在飞行仿真模型建立，飞行数据包分析整理，航电仿真模型及软件等方面优势明显。航空工业直升机所自2001年开始研制直升机飞行模拟器，2005年成功完成我国首台直升机工程模拟器——直-10工程模拟器的研制工作，之后陆续研发了直升机综合效能仿真系统和多个型号专用模拟器，为直升机所的直升机飞行模拟训练设备产业化发展奠定了坚实的技术基础。2011年开始，航空工业直升机所将飞行模拟训练设备列为产业化发展的重要方向，经过多年的技术积累，直升机所成功开发了一系列军用直升机飞行模拟器训练设备，凭借独有的技术优势和资源，展现出了良好的市场前景。

国内配套厂商在运动平台、振动平台、操纵负荷系统、视景系统等模拟器通用系统领域积累了丰富的经验，部分领域已经形成了较为成熟的产品，但是和国外行业同等产品仍有不小的差距。如国内电动运动平台虽然已经开始用在模拟器成品上，但在洗出算法、仿真匹配性等方面有待完善；国内的三自由度振动平台技术基本成熟，可快速配套应用于高等级直升机飞行模拟器中，但未经过充分的试用验证；操纵负荷系统作为成熟产品已鉴定交付多套，但在高等级飞行仿真、动态特性仿真等方面有待加强；国内的成像系统具有国内自主知识产权，具备较强的扩展能力，但显示效果和逼真度与国外先进的同类产品比还需进一步加强；国内的试飞数据包开发级数还未完全形成规模。

5 总结

从目前国内直升机飞行模拟器的发展状况来看，军用直升机飞行模拟器的发展与民用直升机飞行模拟器的发展相比更具优势。国产民用直升机起步较晚，保有量偏低，因此民用直升机飞行模拟器主要依靠国外进口。军用直升机飞行模拟器基本依靠国内自主研发，但总体技术水平与国外先进模拟器研发企业相比仍有差距，主要表现为高端产品的逼真度有待进一步提高。我国飞行模拟器训练设备的研制和使用尚处于起步阶段，相关技术人员、人才基础较为薄弱，此外配套的视景、运动等通用产品尚未形成系统化、标准化的规范，对高等级模拟器的研发支撑不足。

针对以上问题，建议有能力的高校加大对于模拟仿真专业的建设力度，注重基础研究，培养输送专业人才；主机研制单位应发挥自身优势，参考国外经验，整合国内模拟器行业优势资源，研究新技术的应用，形成特有的研发和技术体系，拉动模拟器研制生产的各个环节技术能力提高。各专业分系统制造商应加大投资力度，提高单一系统开发和研制水平，形成标准化、系统化的规模，促进我国直升机模拟训练装备研发的整体水平提升。