淺談視景技術(shù)在試飛工程模擬器中的特有應(yīng)用

楊永剛

摘要：本文介紹了視景技術(shù)在試飛工程模擬器里的一些特有應(yīng)用，如直升機(jī)風(fēng)險(xiǎn)科目試飛訓(xùn)練場、固定翼最小操縱速度模擬試飛、空中加油試飛的模擬等等，隨著計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的進(jìn)步，視景模擬能夠支持越來越多的試飛研究工作。

關(guān)鍵詞：視景模擬;試飛工程模擬器;三維建模

中圖分類號：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）02-0062-03

1 概述

視景技術(shù)作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的重要內(nèi)容，隨著技術(shù)的進(jìn)步正在越來越多的行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用[1-2]。視景系統(tǒng)是飛行模擬器最重要的系統(tǒng)之一，在飛行模擬中發(fā)揮著重要的作用[3]，作為試飛工程模擬器，視景系統(tǒng)除了一般飛行模擬器的對座艙外真實(shí)場景的模擬外，還會有一些特殊的應(yīng)用，這些應(yīng)用主要在試飛員培訓(xùn)和一些特別試飛科目的演練上，對一些試飛工作起著重要的作用。下面就分別介紹這些特殊的應(yīng)用。

2 直升機(jī)特有試飛科目及風(fēng)險(xiǎn)科目試飛訓(xùn)練場

直升機(jī)由于具有垂直起降、空中懸停、低空低速飛行的能力，在軍民很多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要的作用，因此它有一些特殊的駕駛技巧和試飛科目。比如垂直隱蔽、加速和減速、精確著陸、向心回轉(zhuǎn)等，用Creator軟件根據(jù)需求的數(shù)據(jù)畫出這些模型，如圖1至圖4所示，添加在視景地景庫里，飛行員就可以進(jìn)行相關(guān)科目的訓(xùn)練，這比實(shí)際建造這些設(shè)施場地要快捷的多，而且花費(fèi)成本極小，訓(xùn)練相關(guān)的駕駛技術(shù)更安全、高效。

斜坡著陸是直升機(jī)試飛中的一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)科目，為了降低試飛的風(fēng)險(xiǎn)，讓試飛員掌握駕駛直升機(jī)在斜坡著陸技術(shù)技巧和提前了解飛機(jī)斜坡著陸的性能，我們設(shè)計(jì)了在直升機(jī)試飛模擬器機(jī)場地景里添加斜坡模型訓(xùn)練飛行員的方法。在視景里添加一系列不同坡度的斜坡，從2度到12度，間隔為2度，如圖5所示，這樣飛行員就可以在模擬器上從小坡度到大坡度循序漸進(jìn)地進(jìn)行斜坡著陸訓(xùn)練，即了解了飛機(jī)的性能也掌握了駕駛的技巧，對于該科目的成功完成試飛起到非常大的作用。

直升機(jī)另一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)科目是高臺定點(diǎn)著陸，如圖6所示，這是要求直升機(jī)在一個(gè)高60多米直徑20多米的圓柱形平臺上著陸，由于平臺較高，著陸區(qū)域很小，安全平穩(wěn)快速的降落對駕駛技術(shù)要求很高，不經(jīng)過一定的訓(xùn)練很難完成這個(gè)任務(wù)。同樣在視景機(jī)場地景庫里搭建這么一個(gè)虛擬的平臺，讓飛行員進(jìn)行相關(guān)的訓(xùn)練。

3 固定翼試飛科目

地面最小操縱速度，在試飛這個(gè)科目之前，在視景里跑道模型上按照設(shè)計(jì)要求畫出一些標(biāo)志標(biāo)線，如圖7所示。這樣試飛員就可以先在模擬器上根據(jù)試飛工程師出的任務(wù)單對這個(gè)任務(wù)進(jìn)行演練，這樣就可以在保證安全的情況下既可以預(yù)測飛機(jī)的相關(guān)性能，又能夠提高試飛員的試飛駕駛技術(shù)，還能夠根據(jù)試驗(yàn)過程和結(jié)果對任務(wù)單進(jìn)行優(yōu)化，最終到達(dá)提高試飛效率，節(jié)約成本的目的。

空中加油控制率驗(yàn)證及培訓(xùn)駕駛技術(shù)，對于具備空中加油功能的加油機(jī)和受油機(jī)需要試飛驗(yàn)證其加受油功能，主要是驗(yàn)證加受油控制率，為了提高效率，可以在模擬器上開展演示驗(yàn)證和試飛員駕駛技術(shù)培訓(xùn)工作。這需要兩臺試飛模擬器的聯(lián)網(wǎng)，加油機(jī)和受油機(jī)模擬器之間可以交換數(shù)據(jù)，在兩個(gè)模擬器的視景里邊添加彼此的飛機(jī)三維模型，由網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)驅(qū)動，使得兩個(gè)模擬器的試飛員能夠相互看到彼此。特別是要對加油機(jī)的加油管和錐套進(jìn)行三維建模，并對他們隨加油機(jī)運(yùn)動進(jìn)行動態(tài)模擬，使其符合真實(shí)情況下的運(yùn)動。

4 虛擬屏顯的應(yīng)用

屏顯是戰(zhàn)斗機(jī)必備的一種儀表設(shè)備，因此戰(zhàn)斗機(jī)模擬器必須要對屏顯進(jìn)行模擬，預(yù)算充足的戰(zhàn)斗機(jī)訓(xùn)練模擬器，一般都會配有高仿的物理屏顯，而簡易一些的戰(zhàn)機(jī)模擬器往往會采用在視景里添加虛擬屏顯的方法。目前一些先進(jìn)的運(yùn)輸機(jī)和客機(jī)也有選裝屏顯，對于增強(qiáng)飛行安全起到一定的作用。視景里可以添加IData或者GLStudio軟件開發(fā)的虛擬屏顯，如圖8所示，可以根據(jù)研究任務(wù)的需求或者試飛員培訓(xùn)的需求開發(fā)畫面，可以通過視景的接口通訊程序進(jìn)行驅(qū)動。視景里添加虛擬屏顯優(yōu)點(diǎn)就是顯示與否方便控制，畫面的大小可以很容易調(diào)整，畫面里要顯示的內(nèi)容也容易增添，改動起來都比較容易，效率較高，還有就是可視角度好，能在任意位置觀看對于有些研究或者教學(xué)科目比較適合。當(dāng)然視景里添加虛擬屏顯也有缺點(diǎn)，比如亮度和分辨率較低，背景的變化對辨識有一定的影響，景深感相對真實(shí)屏顯來說較差，因?yàn)樘摂M屏顯就是在視景畫面的前端顯示。

5 高逼真地理特征在試飛中的應(yīng)用

擁有高精度的高程數(shù)據(jù)的山地地形數(shù)據(jù)庫的視景系統(tǒng)可以進(jìn)行地形跟蹤、戰(zhàn)術(shù)試飛等研究任務(wù)的模擬演練，具有逼真的湖泊和海洋水面光照和波浪效果的視景系統(tǒng)在可以進(jìn)行水陸兩棲飛機(jī)水上起降的模擬以及艦載機(jī)在航母起飛著艦的模擬訓(xùn)練。視景地景庫里機(jī)場附件的高壓線塔、高層建筑等模型則支持直升機(jī)進(jìn)行相關(guān)科目的試飛模擬演練。

6 特情和事故數(shù)據(jù)的三維回放及試飛科目的演示

試飛是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)的試驗(yàn)，難免會出現(xiàn)一些特情和事故。對于某一次的飛行過程來說，如果僅僅是通過一些曲線和參數(shù)來了解往往不太直觀，尤其是對于飛行專業(yè)以外的人士來說。為了更好地分析特情和事故的原因，再現(xiàn)事故的過程，把試飛數(shù)據(jù)處理之后加載到模擬器或者基于視景軟件的三維回放軟件里進(jìn)行情景再現(xiàn)式的三維回放，可以進(jìn)行回放的速度調(diào)整并且加入一些尾跡等信息，可以從多個(gè)視角清晰直觀的觀察整個(gè)特情或者事故過程。

還有一方面的應(yīng)用就是把一些已飛過的試飛科目通過視景軟件把試飛數(shù)據(jù)做成一些三維回放的動畫視頻，用于教學(xué)或者演示，具有很好的效果。

三維回放的時(shí)候，我們需要開發(fā)飛機(jī)的三維模型，這些三維模型采用真實(shí)的幾何數(shù)據(jù)建模，用清晰的照片貼紋理，包含發(fā)動機(jī)、各個(gè)舵面、起落架等的動畫的開發(fā)，回放的時(shí)候能夠用試驗(yàn)的數(shù)據(jù)驅(qū)動舵面偏轉(zhuǎn)和起落架收放。對于三維回放軟件來說，為了增加通用性，可以開發(fā)多個(gè)型號飛機(jī)的三維模型，根據(jù)試飛數(shù)據(jù)屬于哪個(gè)飛機(jī)加載該飛機(jī)的三維模型，再根該飛機(jī)的配置信息，就可以用試飛數(shù)據(jù)驅(qū)動飛機(jī)的位置姿態(tài)、氣動控制面和起落架等，完成一個(gè)三維的回放動畫。

7 結(jié)語

試飛在新型號飛機(jī)的研制中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，隨著科技的進(jìn)步，試飛工程模擬器在新機(jī)試飛中起的作用也越來越大。視景系統(tǒng)作為試飛工程模擬器的重要系統(tǒng)，要不斷的利用最新的視景技術(shù)來加強(qiáng)和擴(kuò)展模擬器在試飛支持和相關(guān)研究中的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈忱.關(guān)于對三維視景仿真可視化技術(shù)的研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2017，12（042）：79-80.

[2] 郭彥宏，鄭杰良.地鐵運(yùn)行視景系統(tǒng)中虛擬線路的實(shí)現(xiàn)[J].系統(tǒng)仿真技術(shù)，2018，14（2）：127-130.

[3] 田杰榮，張力，韓晨，史存虎.某型艦載機(jī)FCLP模擬訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].兵工自動化，2018，37（1）：1-5.

Discussion on the Peculiar Application of Thevisual Technology in

the Flight test Engineering Simulator

YANG Yong-gang

（Chinese Flight Test Establishment， Xian Shaanxi? 710089）

Abstract：This paper introduces some peculiar applications of visual technology in flight test engineering simulator， such as helicopter risk subject flight test training field， fixed-wing minimum control speed simulation flight test，simulation of aerial refueling flight test. With the development of computer graphics technology， visual simulation can support more and more flight test research work.

Key words：visual simulation;flight test engineering simulator;3D modeling