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飞行模拟器发展历程

时间:2020-05-10 12:42来源:飞行邦 作者:中国航空


  林克对设计进行了反复的测试和调整,在两年后取得专利,申请专利时,他称之为“一种有效的航空训练辅助设备,也是一种新奇有益的娱乐装置”,可以用于演示飞行中操纵副翼、升降舵和方向舵时对机身姿态的影响,帮助学员熟悉基本操作。不过作为第一种实用型的飞行模拟器,各操纵机构的模拟效果也是互相独立的,最初的林克机座舱里没有安装仪表,不能体现真实飞行中受到的综合影响,所以早期的林克机没有受到专业人士重视,连林克也是把自己的作品主要当成“游戏机”向游乐场推销,甚至加上了投币口作为玩具出卖。

  1930年林克开办生产企业和飞行学校,利用气动模拟机以低廉的费用招收飞行爱好者,他意识仪表飞行是大势所趋,于是着手改进设计,座舱加上不透明的罩盖,可供盲目操作练习;随着1920年代末自动控制技术和机电技术的发展运用到航空领域,林克机安装了机械或气压驱动的高度表、空速表、磁罗盘和倾斜指示器等仪表。升级版的林克机仍不受专业人士的重视,参加圣路易斯航空博览会时就被拒之门外,作为玩具反倒卖出了100多台。

  直到1934年,美国陆军飞行军团接管了国内的航空邮政运送业务,但在不良天气和夜间环境下的飞行中接连发生严重事故,人员和财产的损失招致公众的批评。为了改善飞行安全性,美国军方特意考察林克的发明,以单价3500美元的价格订购了6台林克机以提高飞行员的仪表飞行技能。使用效果得到肯定后,林克公司业务开始一飞冲天,不仅来自国内军方和民间航空公司的订单剧增,从此,德国、法国、苏联、日本等国陆续购买了林克机。由于粗短的机身通常被漆成明蓝色,林克机获得了“蓝盒子”的绰号。

  二战前夕,日趋紧张的国际局势促使各国加强军备建设,根据新式飞机装备需要,林克陆续研制出能够水平旋转360度的ModelC/D系列、功能更复杂的ANT-18等改进型模拟机及针对特定机型如AT-6/SNJ教练机的专用模拟机。这些林克机不仅帮助新学员掌握基本技能,学习失速或自旋等紧急处理,也可以让有经验的飞行员进一步提高对不同机型的操作水平。

  除了模拟飞行驾驶,林克与美国海军的导航专家菲利普·威姆斯合作在1941年成功研制一种适合轰炸机机组成员训练使用的天文领航练习器,高度约13.7米,不仅包含标准林克机的所有仪表和设备,也装有轰炸瞄准器、可活动的地图、穹顶上的精细天文图及用于导航校准的常见星辰,并能够产生相对运动,让领航员练习测量经度和纬度上的位置变化。此外林克机还有用于自动驾驶、无线电导航、雷达操作、机枪射击等不同训练目的的特别改型。

  此时改进后的林克机加装了教员台,上面有航迹记录装置,用涂油墨的轮子在图板上画出飞行的轨迹,使教员能够监视学员的飞行情况,便于进行评价和总结。另外教员和学员都配有话筒和耳机,教员可以指导学员的操作。

  同时期,英国中央飞行学校曾将废旧的Avro 504双翼机的机身改成双座练习器,让学员和教员使用的仪表和操纵机构产生联动;英国皇家空军后来还采用由“喷火”战斗机的机身改装的练习器进行空战训练,将“哈利法克斯”轰炸机的机身用于训练整个机组的基本操作和故障处置的能力,除了模拟飞行特性、动力、电气和液压系统外还能发出声响,教员通过教员设置故障并监控学员操作;苏联也研制过几种用小型飞机或教练机改装的地面模拟系统,不过因资源有限另外引进了100多台林克机。

  综上,二次站期间飞行练习器取得到了较大发展,由原来林克设计的简单的机械练习器逐步发展为具有较复杂的机械电气装置,并能进行粗略计算的飞行模拟器。

  “蓝盒子”林克机的应用范围也不断扩大,共有大约1万套林克机在30多个国家培训了50多万名新飞行员,节省费用估计达3亿美元,不仅用于训练空军飞行员,而且在商业和民航飞行训练中也得到了进一步的使用。直到上世纪70年代初期仍有一些国家的空军还在使用林克机。

  3、电子式训练模拟器

  二战期间,使用地面模拟器进行飞行训练既可以确保受训人员的安全性,也大幅降低了器材、油料和勤务保障等方面费用,还不用担心天气和场地的影响,在缩短训练周期和提高训练质量上的成效相当显著,因此在二战后期引起各国航空部门重视。然而真实地模拟运动中的飞机,不仅要建立飞机气动特性、飞机系统及外部环境影响的数学模型,还需要能实时求解飞行运动算法,以林克机为代表的早期模拟器虽然可以利用电位器、电动机、测速发电机及旋转变压器等电气元件来进行简化的数学模型运算从而重现真实飞机的气动特性,驱动高度表、空速表、磁罗盘和倾斜指示器等仪表,但无法实时计算运动参数、飞行姿态和仪表参数,对实际飞行训练只是一种辅助手段。

  二战期间,战争刺激了电子技术的发展,催生出第一台采用模拟电路电子计算机,利用电子模拟计算机求解并再现飞机的气动特性、发动机特性以及机械各系统的特性,产生的驱动信号经过放大器放大后,再驱动电动机带动执行显示部件(如模拟仪表的指针或刻度盘)转动。1941年英国电信研究所设计了一种能解算飞机运动方程的模拟计算机,用在空中截击雷达练习器上,可模拟雷达引导截击的过程;美国贝尔实验室为海军的PBM-3水上飞机研制作战飞行训练器时,将PBM-3前机身及其操纵装置、仪表等设备和电子计算装置结合起来;柯蒂斯-莱特公司生产的AT-6教练机练习器也装有电子自控部件,1948年向泛美航空公司提供了波音377高空客机模拟器。这是专为民用航空公司设计的第一种综合飞行模拟器,采用与真实飞机一样的全套座舱设备,训练机组人员按程序进行飞行操作和故障处理;1949年林克公司成功开发模拟计算机,用于C-l1喷气式飞机练习器,将飞行程序、发动机控制、无线电导航等系统结合在一起,向美国空军售出1000多台。

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