高級教練機(jī)訓(xùn)練模擬器發(fā)展趨勢分析

黃祖丹 張坤（洪都航空工業(yè)集團(tuán) 江西 南昌 330024）

高級教練機(jī)訓(xùn)練模擬器發(fā)展趨勢分析

黃祖丹 張坤（洪都航空工業(yè)集團(tuán) 江西 南昌 330024）

現(xiàn)代飛行員培訓(xùn)普遍采用綜合訓(xùn)練系統(tǒng)（TTS），訓(xùn)練模擬器是其中的重要組成部分。如何使訓(xùn)練模擬器能夠快速、有效地培訓(xùn)飛行員，且具有一定的可持續(xù)發(fā)展能力，已成為訓(xùn)練模擬器的發(fā)展必需解決的問題。本文通過總結(jié)國內(nèi)外訓(xùn)練模擬器的發(fā)展情況及分析高級教練機(jī)訓(xùn)練模擬器的特點(diǎn)，提出了高級教練機(jī)訓(xùn)練模擬器發(fā)展的相關(guān)建議和思路。

高級教練機(jī)；訓(xùn)練模擬器；發(fā)展趨勢

1 引言

訓(xùn)練模擬器是培訓(xùn)飛行員的一種有效的手段，其具有不受自然環(huán)境條件的限制、訓(xùn)練保障難度小、訓(xùn)練風(fēng)險(xiǎn)低、功能靈活多變、適用范圍廣、實(shí)用性強(qiáng)等諸多特點(diǎn)，在加速飛行員培養(yǎng)、提高飛行員應(yīng)變能力、保障飛行安全、提高部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力及節(jié)約培訓(xùn)經(jīng)費(fèi)方面顯示出巨大的優(yōu)越性；另外，訓(xùn)練模擬器還可以實(shí)現(xiàn)對空中飛行技術(shù)的鞏固，對風(fēng)險(xiǎn)科目進(jìn)行模擬試飛等。因此，訓(xùn)練模擬器已經(jīng)成為綜合訓(xùn)練系統(tǒng)（TTS）的重要組成部分，如何構(gòu)建一個科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、安全的飛行員訓(xùn)練系統(tǒng)，與飛機(jī)本身的設(shè)計(jì)同樣重要。

2 國內(nèi)外訓(xùn)練模擬器的發(fā)展情況

2.1 國外訓(xùn)練模擬器發(fā)展情況

國外訓(xùn)練模擬器的發(fā)展已由單臺獨(dú)立使用的模擬器，轉(zhuǎn)向多臺模擬器聯(lián)網(wǎng)組成的飛行訓(xùn)練仿真系統(tǒng)；從駕駛術(shù)訓(xùn)練為主，轉(zhuǎn)為以戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練為主；在基于網(wǎng)絡(luò)的仿真系統(tǒng)為平臺的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了以指揮員為核心作戰(zhàn)單元的作戰(zhàn)仿真[1]。如，美軍新一代空戰(zhàn)訓(xùn)練系統(tǒng)DMT由分布在全球范圍內(nèi)的近80個節(jié)點(diǎn)組成，可滿足20種不同類型飛機(jī)的訓(xùn)練。DMT系統(tǒng)中各飛行模擬器，都按照標(biāo)準(zhǔn)的DIS或H LA協(xié)議與其它實(shí)體進(jìn)行通訊[2]。

國外訓(xùn)練模擬器具有清晰而嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如美國聯(lián)邦航空局制定的《飛機(jī)模擬器的鑒定》規(guī)范FAA AC 120-40B、《飛行訓(xùn)練裝置的鑒定要求》規(guī)范FAA AC 120-45A和《直升機(jī)模擬器的鑒定》規(guī)范FA A AC 120-63、軍用規(guī)范（USAF）M IL-T-9212B和M IL-S-87241、歐洲飛行模擬器的JAR STD XX系列標(biāo)準(zhǔn)等。

2.2 國內(nèi)訓(xùn)練模擬器發(fā)展情況

我國是發(fā)展和應(yīng)用模擬訓(xùn)練技術(shù)較早的國家之一，近年來，我國訓(xùn)練模擬器的研制取得了長足發(fā)展，研制成功了各種配套的訓(xùn)練模擬器。在分布交互仿真式仿真（DIS）、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）和計(jì)算機(jī)生成兵力技術(shù)（CGF）等方面的研究和應(yīng)用獲得了跨越式發(fā)展，如研制成功了空中飛行模擬試驗(yàn)機(jī)，建成了基于DIS和H LA混合體系結(jié)構(gòu)和虛擬戰(zhàn)場環(huán)境和人在回路的綜合防空多武器平臺仿真示范系統(tǒng)等[3]。目前，國內(nèi)模擬訓(xùn)練正逐步向系統(tǒng)化、合同化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，即從傳統(tǒng)的以基本駕駛技術(shù)為主的基礎(chǔ)訓(xùn)練，向以戰(zhàn)術(shù)對抗訓(xùn)練和三軍協(xié)同作戰(zhàn)訓(xùn)練為主的方向發(fā)展。

但是，從總體上看，國內(nèi)訓(xùn)練模擬器仍存在功能不完全、品種不全、可靠性不高等問題?，F(xiàn)有空軍和地方各主要研制廠家，幾乎每家都采用各自相對獨(dú)立的聯(lián)網(wǎng)形式和標(biāo)準(zhǔn)，多數(shù)沒有預(yù)留外部聯(lián)網(wǎng)接口，給進(jìn)一步多機(jī)型聯(lián)網(wǎng)開發(fā)帶來很多困難[4]。

3 高級教練機(jī)訓(xùn)練模擬器的特點(diǎn)

高級教練機(jī)大都具有一機(jī)多用的特點(diǎn)，既可以用于飛行學(xué)院的高級訓(xùn)練、訓(xùn)練基地的戰(zhàn)斗入門訓(xùn)練，也可以作為伴隨教練機(jī)裝備部隊(duì)，經(jīng)過改裝還可以滿足四代機(jī)飛行員的訓(xùn)練要求。因而其訓(xùn)練模擬器，具有地域分布廣、功能復(fù)雜、任務(wù)強(qiáng)度大、使用人員多、高可靠和易維護(hù)等特點(diǎn)。

4 高級教練機(jī)訓(xùn)練模擬器發(fā)展趨勢

隨著仿真技術(shù)的發(fā)展和模擬訓(xùn)練內(nèi)容的深化，要求訓(xùn)練模擬器不僅能滿足飛行員訓(xùn)練需求，還要具有功能拓展的能力。分析國內(nèi)外訓(xùn)練模擬器發(fā)展情況和高級教練機(jī)訓(xùn)練模擬器的特點(diǎn)，高級教練機(jī)訓(xùn)練模擬器具有以下發(fā)展趨勢。

4.1 模擬器配置系列化

模擬器配置系列化已成為訓(xùn)練模擬器發(fā)展趨勢之一，由單一化向配置系列化發(fā)展，逐步形成與訓(xùn)練大綱相配套，與不同層次訓(xùn)練對象相適應(yīng)的訓(xùn)練模擬器配置體系。由單純的技術(shù)型向技術(shù)戰(zhàn)術(shù)綜合型發(fā)展，逐步形成戰(zhàn)斗操縱模擬、戰(zhàn)術(shù)模擬以及戰(zhàn)役模擬等各類型訓(xùn)練模擬器的系統(tǒng)配套，使其既能滿足專業(yè)技術(shù)模擬訓(xùn)練需求，又能滿足部隊(duì)?wèi)?zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)模擬訓(xùn)練需求。

新一代高級教練機(jī)，如M 346、T 50、雅克130以及L15等，其訓(xùn)練模擬器普遍采用了系列化配置，配置情況如下：

M 346的訓(xùn)練模擬器采用了CAE公司的仿真訓(xùn)練集成方案，包括綜合程序訓(xùn)練器（IPT）、飛行訓(xùn)練模擬器（FTD）以及全任務(wù)訓(xùn)練模擬器等。

T 50采用的訓(xùn)練模擬器基本配置為：座艙操作訓(xùn)練器、飛行操作模擬器以及全任務(wù)訓(xùn)練模擬器。

雅克130的訓(xùn)練模擬器基本配置為：基于PC的模擬器、專用訓(xùn)練器以及全任務(wù)訓(xùn)練模擬器，其中基于PC模擬器主要用于戰(zhàn)術(shù)飛行訓(xùn)練、專用訓(xùn)練器主要用于提高飛行人員在機(jī)載武器的作戰(zhàn)使用、導(dǎo)航輔導(dǎo)、制導(dǎo)、偵察以及抗干擾等方面的能力。

L 15飛機(jī)的訓(xùn)練模擬器基本配置為：桌面模擬器、綜合程序訓(xùn)練器（IPT）、飛行訓(xùn)練模擬器（FTD）和全任務(wù)訓(xùn)練模擬器（FFS）等。

通過分析，高級教練機(jī)所配置的訓(xùn)練模擬器大體包括：桌面模擬器，用于飛行員入門訓(xùn)練；綜合程序訓(xùn)練器（IPT）、飛行訓(xùn)練模擬器（FTD）用于飛行員中期訓(xùn)練，全任務(wù)訓(xùn)練模擬器（FFS）用于后期訓(xùn)練。從訓(xùn)練項(xiàng)目、訓(xùn)練要求上逐級上升，能夠快速、有效地培訓(xùn)飛行員。

4.1.1 桌面模擬器

桌面模擬器主要用于飛行員入門訓(xùn)練，主要用于熟悉飛機(jī)的飛行特性，以及簡單的戰(zhàn)術(shù)飛行訓(xùn)練。

由仿真桿舵、PC機(jī)和液晶顯示屏等設(shè)備組成。

4.1.2 綜合程序訓(xùn)練器（IPT）

綜合程序訓(xùn)練器能夠用于座艙操作程序訓(xùn)練，完成以下科目的訓(xùn)練：座艙內(nèi)設(shè)備操作程序（包括飛行前準(zhǔn)備、滑行、起飛、爬升、巡航、下降、進(jìn)場著陸、著陸滑跑及停車等階段的設(shè)備操作程序）訓(xùn)練、應(yīng)急處置程序訓(xùn)練和戰(zhàn)術(shù)技能操作訓(xùn)練。

由飛機(jī)模擬座艙、PC機(jī)、教員/操作員臺等設(shè)備組成。

4.1.3 飛行訓(xùn)練模擬器（FTD）

飛行訓(xùn)練模擬器主要用于飛行駕駛技術(shù)訓(xùn)練、戰(zhàn)術(shù)技能飛行訓(xùn)練，完成起落飛行、特技飛行、航行飛行、復(fù)雜氣象飛行、編隊(duì)飛行和作戰(zhàn)飛行等飛行駕駛訓(xùn)練科目。

由具有抖振座椅的模擬座艙、PC機(jī)、三通道實(shí)像顯示系統(tǒng)、音響系統(tǒng)、教員/操作員臺等組成。

4.1.4 全任務(wù)訓(xùn)練模擬器

全任務(wù)訓(xùn)練模擬器主要用于座艙設(shè)備的操作訓(xùn)練、飛行駕駛技術(shù)訓(xùn)練、特殊情況處置訓(xùn)練和戰(zhàn)術(shù)技能訓(xùn)練。

全任務(wù)訓(xùn)練模擬器的飛行性能、操縱特性及飛行品質(zhì)與真實(shí)飛機(jī)相同，逼真度不小于97%、訓(xùn)練任務(wù)覆蓋率不小于80%，由主仿真系統(tǒng)、模擬座艙、運(yùn)動系統(tǒng)、視景系統(tǒng)、音響系統(tǒng)以及教員控制臺等設(shè)備組成。

4.2 模擬器研制模塊化

隨著高級教練機(jī)用戶群的增加以及用戶需求的多樣，其訓(xùn)練模擬器的數(shù)量和種類日益增多，對訓(xùn)練模擬器的可靠性、維護(hù)性也提出了更高的要求，模擬器研制的模塊化成為訓(xùn)練模擬器的發(fā)展趨勢之一。

通過訓(xùn)練模擬器研制的模塊化，可以使研發(fā)人員更加注重于訓(xùn)練模擬器的頂層邏輯設(shè)計(jì)開發(fā)，提高訓(xùn)練模擬器的工程管理質(zhì)量和可靠性；訓(xùn)練模擬器的相同模塊可以重用和互換，方便模擬器的維護(hù)，也提高了模擬器設(shè)備的利用率，節(jié)約成本。

接口標(biāo)準(zhǔn)化是模擬器研制模塊化的基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)相關(guān)模擬器設(shè)計(jì)規(guī)范對模擬器的組成、功能以及性能方面都有細(xì)致的標(biāo)準(zhǔn)，但是在模擬器軟/硬件接口標(biāo)準(zhǔn)方面仍有缺失，制約了訓(xùn)練模擬器研制的模塊化。

因而，訓(xùn)練模擬器研制模塊化的關(guān)鍵在于選擇一個合適的體系結(jié)構(gòu)。目前，作為新一代的分布仿真體系結(jié)構(gòu)HLA已經(jīng)成為正式的IEEE標(biāo)準(zhǔn)，為保證技術(shù)上的延續(xù)性以及系統(tǒng)的后繼開發(fā)能力，高級教練機(jī)訓(xùn)練模擬器可采用如下體系結(jié)構(gòu)，見圖1。

1）模擬器各功能設(shè)備間的連接采用標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一且滿足分布交互式仿真要求的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如HLA（高層體系結(jié)構(gòu)）標(biāo)準(zhǔn)和DIS（分布交互式仿真）標(biāo)準(zhǔn)；

2）模擬器功能設(shè)備的組成部件接口，如模擬座艙的開關(guān)/儀表、控制盒等，采用相對統(tǒng)一且滿足實(shí)時(shí)性要求的串行或并行標(biāo)準(zhǔn)，如RS232/422/485等。

圖1 基于HLA/DIS的訓(xùn)練模擬器體系結(jié)構(gòu)

4.3 模擬器訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)化

隨著模擬訓(xùn)練向系統(tǒng)化、合同化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的需要，大型訓(xùn)練模擬器之間的聯(lián)網(wǎng)訓(xùn)練已經(jīng)成為訓(xùn)練模擬器發(fā)展的一個趨勢。

模擬訓(xùn)練網(wǎng)路化就是將分布在各地的訓(xùn)練模擬器，通過各信息網(wǎng)絡(luò)連接起來，構(gòu)成分布式訓(xùn)練模擬系統(tǒng)。系統(tǒng)是開放的，可以使用單臺訓(xùn)練模擬器進(jìn)行飛行訓(xùn)練，也可以通過網(wǎng)絡(luò)與其它訓(xùn)練模擬器、指揮臺、虛擬兵力生成系統(tǒng)、虛擬自然環(huán)境服務(wù)器等聯(lián)接在一起[5]，即提高了模擬訓(xùn)練的任務(wù)覆蓋率和逼真度，也拓展了訓(xùn)練模擬器的功能。

實(shí)現(xiàn)模擬器訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)化有以下關(guān)鍵技術(shù)需要解決：

1）公共信息平臺

公共信息平臺主要包括存儲格式統(tǒng)一、分辨率一致、調(diào)用方式統(tǒng)一的視景數(shù)據(jù)庫和地理信息數(shù)據(jù)庫。

2）專用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

在聯(lián)網(wǎng)接口標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上，還需要進(jìn)行以下工作：

①增加訓(xùn)練模擬器聯(lián)網(wǎng)所必須的控制設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備，如信息交互計(jì)算機(jī)、路由器

（網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)）、專用實(shí)時(shí)網(wǎng)卡、網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接線、總控臺等；

②采用統(tǒng)一規(guī)范的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)及對外網(wǎng)絡(luò)接口；

③采用相對統(tǒng)一且滿足聯(lián)網(wǎng)要求的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。

④異地聯(lián)網(wǎng)：建立異地聯(lián)網(wǎng)專用線、專線或符合安全系統(tǒng)的寬帶標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)論

高級教練機(jī)大都具有一機(jī)多用的特點(diǎn)，其訓(xùn)練模擬器具有地域分布廣，任務(wù)強(qiáng)度大，使用人員多、升級改造頻繁等特點(diǎn)，要求高級教練機(jī)訓(xùn)練模擬器不僅能夠快速、有效地進(jìn)行飛行員訓(xùn)練，而且具有一定的系統(tǒng)整體配套建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展能力。因而配置系列化、研制模塊化、訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)成為高級教練機(jī)訓(xùn)練模擬器發(fā)展的重要趨勢，研究解決相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，成為高級教練機(jī)訓(xùn)練模擬器研制生產(chǎn)的重點(diǎn)。

[1]賈榮珍.飛行模擬器的發(fā)展與現(xiàn)狀.飛行仿真[J]，2009，3：12～16

[2]龐國峰.現(xiàn)代空軍模擬訓(xùn)練技術(shù)研究進(jìn)展.飛行仿真[J],2001,3:3～8

[3]劉興堂.論軍用模擬訓(xùn)練器/系統(tǒng)的發(fā)展趨勢.空軍工程大學(xué)學(xué)報(bào)[J]，2001,2：19-21

[4]李海峰.淺析制約空軍現(xiàn)有模擬器開展對抗空戰(zhàn)訓(xùn)練的因素及對策.飛行仿真[J]，2005，3：3～5

[5]張一晟.海軍飛行模擬器現(xiàn)狀分析及發(fā)展建議.海軍航空兵[J]2009.2：11～13

Analysis of Development Trend of Training Simulator for Advanced Trainer

Huang Zudan，Zhang Kun
(Hongdu Aviation Indust ry Group, Nanchang, Jiangxi 330024)

Total Training System (TTS) is commonly adopted for t raining modern pi lots, of which the training simulator is an impor tant component. Providing quick, ef fective training for pilots and a cer tain sustainable developing capabil ity with the aid of the training simulator has become an issue that has to be solved for development of the training simulator. The thesis summarizes development of the t raining simulator at home and abroad, analyses features of the t raining simulator for advanced trainer, and then put forward some suggestions and thoughts for development of the advanced t rainer simulator.

Advanced trainer；Training simulator；Development t rend

2010-09-20）

黃祖丹，男，1984年11月出生，本科，研究方向?yàn)轱w行模擬器設(shè)計(jì)；

張坤，男，1976年1月出生，高級工程師，研究方向?yàn)轱w行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真與試驗(yàn)。