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高等级直升机模拟器体系化设计.pdf
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1、中国科技信息 2024 年第 3 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2024-56-航空航天直升机可以垂直起降而不受地形限制,直升机以其独特的机动能力和灵活性发挥着不可替代的作用。最近,我国已开放低空空域允许私人直升机飞行,对直升机飞行员进行日常飞行训练就变得更加迫切。直升机模拟器具有成本低、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方面已经显示出巨大的优越性。另外,随着各国国防预算缩紧,各国越来越注重经济价值更高的模拟训练。特别
2、是缺乏直升机的情况下,模拟训练变得尤为重要。例如德国空军的 CH-53G 重型直升机,目前在役的只有 40 多年前投入使用的 16 架,德国空军的 22架山猫直升机只有 6 架投入使用,极大限制了德国军用直升机飞行员的日常训练。德国某军队的 129 名直升机飞行员因飞行训练时间不足失去了直升机驾照。法国也遇到了同样的问题,2019 年 467 架直升机中有 300 架直升机停飞,无法满足直升机飞行员的日常训练。从国内外的研究现状来看,直升机模拟器已经成为飞行员、任务操作员等机组人员进行培训、飞行训练和战术战法研究的重要工具。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
3、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。针对高等级直升机模拟器研制需求,提供一种高等级模拟器体系化设计方法。首先对高等级直升机模拟器总体功能需求和技能训练需求进行分析,对需求进行分解确定模拟器组成,最后完成高等级模拟器各分系统功能设计,同时对分系统进行模块化设计,实现低成本高可靠性和易维护性等设计,大大提高飞行模拟器的总体性能。模拟器需求分析总体需求分析在开展飞行仿真训练任务分析的基础上,必须进一步围绕功能的视线,科学的提出具体的技术要求,以适应高等级直升机模拟器技能训练的
4、需要。直升机具有高机动性能、智能化的航空电子系统、告警系统,在保证基础技能训练外,还要将应急、编队、空中加油、复杂气象飞行及特情处置等作为主要任务训练。行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度高等级直升机模拟器体系化设计张 剑张 剑中国直升机设计研究所张剑(1972),江西南昌,大学本科学位,高级工程师,研究方向:科技管理及自动控制。-57-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2024中国科技信息 2024 年第 3 期航空航天技能训练需求分析为满足直升机常规飞行训练和保持训练记忆,需要提供与直升机一致驾
5、驶环境。综合考虑交互设备、交互软件和环境因素,提高飞行员人机交互的舒适性和工作效率。模拟器总体设计设计思路以高等级直升机模拟器训练需求、总体功能性能需求为牵引,结合飞行技能训练和应急故障等典型训练进行设计分析,依据直升机特性、环境模拟特性、训练控制和联网扩展特性等原则,形成满足训练需求的功能设计要求,进一步开展模拟器组成和功能、模拟器架构设计、模拟器布局设计、接口设计和分系统设计。典型训练场景设计飞行技能训练场景设计典型飞行操作模拟训练包括在指定机场垂直起飞、滑跑起飞、稳定悬停、悬停机动、下滑、减速和垂直着陆等飞行课目动作,在完成训练后,飞行教员根据数据回放对学员表现进行打分与讲评。训练过程如
6、下:教员在教员台上进行直升机初始状态设置,包含燃油量、天气、风速、风向、初始位置等,开始仿真训练。学员确定发动机参数状态,逐渐增加总距,通过周期变距杆控制直升机姿态,通过脚蹬控制航向,直升机起飞,进行航线飞行。在训练完成后,停止训练,保存此次训练数据。典型应急故障模拟训练在飞行员进行飞行训练时通过教员控制台设置突发故障或者突发环境,飞行员根据应急处置办法进行应急处理,教员在教员控制台通过监控画面观察学员的处置方法以及飞行状态。训练过程如下:当学员进行常规起飞操作时,教员设置直升机单发停车故障,警告灯亮,语音告警。学员根据悬停高度,调整姿态,完成终止起飞操作。当学员完成应急处置操作后,训练结束,
7、教员保存数据。模拟器功能设计为同时满足飞行训练和应急故障训练需求,同时可对训练过程就进行控制和对训练效果进行评估,高等级直升机模拟器功能设计主要包括直升机模拟功能设计、环境模拟功能设计、集中管控功能设计和联网功能设计等。直升机模拟功能设计为提供逼真的直升机飞行训练效果,模拟直升机飞行气动、发动机、直升机系统工作特性,提供完整直升机特性仿真逻辑控制功能。同时,提供几何尺寸、外观、布局和功能等与直升机一致的座舱机械结构和座舱显控设备。综合环境模拟功能设计高度、大气压力、大气温度、风速、风向等直接影响直升机飞行和操纵,需假定直升机在标准大气下飞行。为营造直升机飞行训练环境,需提供驾驶舱外景象模拟,满
8、足飞行模拟训练课目所需的视觉场景。集中管控功能设计高等级直升机模拟器要实现模拟器各设备集中控制,包括设备控制和软件控制等。训练的集中监控包括训练前的模拟器各系统的参数和状态设置、飞行训练过程中的参数监视和设备状态监视。联网功能设计为了支持 LVC 等联合作战的研究和训练,对模拟器互联网络架构进行设计,支持本地和异地的仿真系统和有关设备连接为一个整体,形成虚拟战场环境。模拟器组成和功能通过以上对高等级直升机模拟器功能需求和设计思路进行分析,确定高等级直升机模拟器由座舱模拟分系统、直升机飞行仿真分系统、航空电子仿真分系统、综合环境仿真分系统、视景分系统、动感模拟分系统、声音分系统、教员控制台分系统
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