自20世紀(jì)初發(fā)明飛行以來(lái)，個(gè)人、公司和政府一直都在致力于設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)安全、高效的飛行員訓(xùn)練手段，以便在他們獨(dú)自飛行之前進(jìn)行培訓(xùn)。當(dāng)然，早期一些飛行員確實(shí)是在第一天就被直接放到駕駛艙里，在美國(guó)陸軍上校F.P. Lahm的1909年日記中對(duì)此有詳細(xì)記錄：

“10月5日，機(jī)械師為我們建了一個(gè)小屋，開(kāi)始安裝設(shè)備，設(shè)置了起飛柱和賽道，Wilbur（指飛行之父威爾伯·萊特）對(duì)我們進(jìn)行飛行培訓(xùn)。經(jīng)過(guò)三個(gè)小時(shí)的雙人培訓(xùn)后，我們就被允許試駕并進(jìn)行了第一次獨(dú)立飛行。幾天后，我被認(rèn)定有資格載客，并成功執(zhí)行此任務(wù)?！?/p>

但是，隨著飛行變得更加普遍，對(duì)于更好的訓(xùn)練飛行員在第一次世界大戰(zhàn)中的需求迅速增長(zhǎng)，飛行模擬器的概念也隨之增加。

什么是飛行模擬器？

飛行模擬器是一種設(shè)備，它試圖復(fù)制飛行員在駕駛艙內(nèi)可能遇到的真實(shí)條件、環(huán)境和情況。自100多年前誕生以來(lái)，用于飛行模擬的實(shí)際設(shè)備有了極大的發(fā)展。

飛行模擬器在第一次和第二次世界大戰(zhàn)的推動(dòng)下，從懸掛在繩索上的飛機(jī)發(fā)展到更像視頻游戲的虛擬飛機(jī)，如今被軍用飛行員、商業(yè)飛行員和游戲愛(ài)好者等廣泛使用。

飛行模擬的演變

飛行模擬的演變可以追溯到上世紀(jì)20年代，最早的飛行模擬器是使用機(jī)械部件和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)來(lái)模擬飛行情境的“顫震儀”。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，擺脫了機(jī)械驅(qū)動(dòng)，采用電氣傳動(dòng)，控制能力增強(qiáng)、性能穩(wěn)定，并采用實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。

20世紀(jì)50年代后期，電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步為飛行模擬帶來(lái)了革命性的變化。目前的飛行模擬器采用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)和三維仿真軟件，提供高保真度的視景系統(tǒng)和各種環(huán)境反饋，幾乎完美地模擬了真實(shí)的飛行體驗(yàn)。而現(xiàn)在的VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)更是將飛行模擬推向另一高峰。

除了模擬訓(xùn)練外，飛行模擬器還被廣泛應(yīng)用于新型飛機(jī)和航空器的研制測(cè)試中，在設(shè)計(jì)未決時(shí)，在華麗數(shù)字背景下大量打理可磨合反饋的信息，特別適合縮短研發(fā)周期及成本削減的需求。

人工飛行模擬器

最早的可以歸類(lèi)為模擬器的模擬飛行版本是粗略的設(shè)備。它們通常由稍加改動(dòng)的飛機(jī)或附著在氣球、高架裝置或鐵路貨車(chē)上的飛機(jī)組成。不久，這些設(shè)備發(fā)展成為與地面相連的設(shè)備，但仍能夠?qū)諝鈩?dòng)力學(xué)力量做出反應(yīng)，例如建于1910年左右的桑德斯老師(Sanders Teacher)或捕獲單翼飛機(jī)(Captive Monoplane)。

其他設(shè)備專(zhuān)注于代表飛艇的俯仰和滾轉(zhuǎn)。還有一些是在第一次世界大戰(zhàn)需要飛行員訓(xùn)練時(shí)開(kāi)發(fā)的，旨在測(cè)量訓(xùn)練飛行員的反應(yīng)時(shí)間。

最終，設(shè)備得到了提升，教練員能夠引入姿態(tài)干擾以模擬飛行員可能面臨的困難風(fēng)和天氣條件。其中最著名、最被廣泛使用的是林克訓(xùn)練器(Link Trainer)，由愛(ài)德溫·林克（Edwin Link）在1927-1929年間研發(fā)，于1930年申請(qǐng)專(zhuān)利，并被宣傳為“高效的航空培訓(xùn)輔助工具和新穎、有益的娛樂(lè)設(shè)備”。林克因此被譽(yù)為“模擬之父”。

模擬儀器飛行訓(xùn)練

正當(dāng)這些設(shè)備變得越來(lái)越豐富時(shí)，“盲飛”或儀表訓(xùn)練被推動(dòng)到了臺(tái)前。一些新型教練機(jī)是在現(xiàn)有的運(yùn)動(dòng)教練機(jī)上構(gòu)建而成的，例如Link Trainer，將其配備了假儀表。其他一些是為儀表飛行訓(xùn)練任務(wù)專(zhuān)門(mén)發(fā)明的無(wú)法拆卸的設(shè)備。

Link Trainer在20世紀(jì)30年代仍然是主導(dǎo)的飛行模擬器，被全球眾多國(guó)家所購(gòu)買(mǎi)。美國(guó)航空公司在1937年購(gòu)買(mǎi)了第一架Link Trainer，成為第一個(gè)采購(gòu)該產(chǎn)品的商業(yè)航空公司。

電氣和電子模擬飛行訓(xùn)練的發(fā)展

20世紀(jì)30年代后的電氣和電子方法進(jìn)一步發(fā)展。其中一種方法是在隨機(jī)信號(hào)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了白噪聲發(fā)生器，以便更準(zhǔn)確地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。另外，研構(gòu)出小巧的計(jì)算機(jī)和查表伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以及數(shù)碼化和接口的引進(jìn)等也都取得了發(fā)展。

Edwin Link還與P. Weems合作開(kāi)發(fā)了天文導(dǎo)航訓(xùn)練器(CNT)，以提高二戰(zhàn)期間英國(guó)飛行員的天文導(dǎo)航能力。該設(shè)備能夠容納多名機(jī)組人員，并允許基于天空或地面的參考進(jìn)行導(dǎo)航，如上方合成夜空中所見(jiàn)，或下方在白色屏幕上投射而成。

20世紀(jì)40年代還出現(xiàn)了一個(gè)新的模擬器開(kāi)發(fā)者：紅控公司（后來(lái)改名為Redifon），該公司創(chuàng)造了C100 DF和Navigational Trainer等兩種機(jī)組程序訓(xùn)練器(CPT)。這些CPT中的許多都配備了音效和視頻投影機(jī)(epidiascope)。

飛行模擬器歷史中的常見(jiàn)問(wèn)題

軍事、商業(yè)航空公司甚至一些熱情洋溢的個(gè)人在飛行訓(xùn)練和處理飛行模擬器時(shí)面臨的兩個(gè)最大問(wèn)題也是如何有效和高效地培訓(xùn)飛行員。

有效的培訓(xùn)意味著設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)較高質(zhì)量、較少時(shí)間消耗的方法，讓新飛行員準(zhǔn)備好進(jìn)入駕駛艙獨(dú)自飛行。為了進(jìn)行有效的培訓(xùn)，飛行員必須在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中接受培訓(xùn)，體驗(yàn)情況、條件和場(chǎng)景，這些情況幾乎與他們成為駕駛艙中的人所經(jīng)歷的相匹配。

這些利益相關(guān)者面臨的另一個(gè)問(wèn)題是效率。雖然在飛行模擬的早期，設(shè)備相當(dāng)原始，因此成本相對(duì)較低，但對(duì)于后來(lái)的模型（包括CNT），情況并非如此。CNT高13.7米，底部寬7.9米，需要放置在一個(gè)有空調(diào)的八面墻的建筑中。

由于空間和預(yù)算限制，模擬器的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足需要每天進(jìn)行培訓(xùn)的飛行員數(shù)量。這意味著軍隊(duì)和航空公司的培訓(xùn)能力不夠充分，只會(huì)延長(zhǎng)他們完全培訓(xùn)一名飛行員所需的時(shí)間。

這是目前行業(yè)面臨的兩個(gè)最重要的問(wèn)題，也是有最大增長(zhǎng)和改進(jìn)空間的地方。

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