CN113496635A - 飞行模拟器和飞行训练模拟方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种飞行模拟器和飞行训练模拟方法，其中飞行模拟器包括操纵负荷分系统和飞机性能仿真分系统；操纵负荷分系统包括操纵计算机和操纵机构，操纵计算机与操纵机构信号连接，操纵计算机能基于对操纵机构的操纵动作生成操纵信号；飞机性能仿真分系统包括主控计算机，主控计算机与操纵计算机信号连接，主控计算机能获取操纵信号，对操纵信号进行实时解算，并将解算得到的飞行状态信息发送至操纵计算机；操纵计算机还能基于飞行状态信息驱动操纵机构呈现对应的运动状态。本申请公开的飞行模拟器，能够满足飞行训练需求，包括基本飞行驾驶训练、战术基础训练和失速尾旋专项训练，在保证飞行安全的前提下增加飞行员的特情处置经验。

Description

飞行模拟器和飞行训练模拟方法

技术领域

本申请涉及飞行训练技术领域，具体涉及一种飞行模拟器和飞行训练模拟方法。

背景技术

飞行模拟器是一种能够复现飞行器及空中环境并能够进行操作的模拟装置，通常由模拟座舱、运动系统、视景系统、计算机系统及教员控制台这五大部分组成，主要用于满足航空、航天部门以及空军院校等对飞行员的装备研制和训练需求。

但是，现有的飞行模拟器只能够实现飞行现象演示教学或小载荷模拟训练，对于飞机的失速、尾旋等科目训练，则无法进行模拟。目前，对于飞机左边界飞行、失速、尾旋等科目训练，一般采用实装飞行训练，但是这种训练方法对于飞行员来讲具有一定的挑战性，也存在飞行安全隐患。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种飞行模拟器和飞行训练模拟方法，能够在保证飞行安全的前提下增加飞行员的特情处置经验。

本申请具体采用如下技术方案：

本申请的一方面是提供了一种飞行模拟器，所述飞行模拟器包括操纵负荷分系统和飞机性能仿真分系统；

所述操纵负荷分系统包括操纵计算机和操纵机构，所述操纵计算机与所述操纵机构信号连接，所述操纵计算机被配置为基于对所述操纵机构的操纵动作生成操纵信号；

所述飞机性能仿真分系统包括主控计算机，所述主控计算机中存储有飞机部件模型和非定常气动力数据库，所述主控计算机与所述操纵计算机信号连接，所述主控计算机被配置为获取所述操纵信号，基于所述飞机部件模型和所述非定常气动力数据库对所述操纵信号进行实时解算得到飞行状态信息，以及将所述飞行状态信息发送至所述操纵计算机，其中所述飞行状态信息包括用于驱动所述操纵机构的位移参数和杆力参数；

所述操纵计算机还被配置为基于所述位移参数和所述杆力参数，驱动所述操纵机构呈现对应的运动状态。

可选地，所述操纵计算机被配置为基于所述位移参数和所述杆力参数输出控制信号；

所述操纵负荷分系统还包括传动部件、伺服执行机构和伺服驱动器；

所述操纵机构、所述传动部件、所述伺服执行机构和所述伺服驱动器依次连接，所述伺服驱动器还与所述操纵计算机信号连接；

所述伺服驱动器被配置为基于所述操纵计算机发送的控制信号动作，从而驱动所述操纵机构呈现对应的运动状态。

可选地，所述操纵机构包括方向舵和驾驶杆，所述方向舵上和所述驾驶杆上均设置有传感器组件，所述传感器用于采集所述方向舵和所述驾驶杆的位置信息和压力信息，所述传感器组件与所述操纵计算机信号连接。

可选地，所述飞行状态信息还包括飞行参数和可视景象参数；

所述飞行模拟器还包括仿真座舱分系统和视景分系统，所述仿真座舱分系统和所述视景分系统均与所述主控计算机信号连接；

所述仿真座舱分系统被配置为显示所述飞行参数；

所述视景分系统被配置为基于所述可视景象参数显示舱外景象。

可选地，所述仿真座舱分系统包括仿真座舱结构和座舱配套设备；

所述仿真座舱结构包括座舱平台、座舱舱体和座椅，所述座舱平台与所述座舱舱体连接，所述座椅位于所述座舱舱体中；

所述座舱配套设备包括仪表显示面板和其它座舱内可见设备，所述仪表显示面板和其它座舱内可见设备根据飞机座舱布局安装在所述座舱舱体中相应的位置；

所述仪表显示面板和其它座舱内可见设备均与所述主控计算机信号连接，所述仿真座舱分系统通过所述仪表显示面板显示所述飞行参数。

可选地，所述飞行模拟器还包括接口分系统，所述接口分系统包括接口计算机、数据传输模块和通讯模块，所述数据传输模块和所述通讯模块均安装在所述接口计算机中；

所述数据传输模块与所述仪表显示面板信号连接；

所述通讯模块与所述主控计算机信号连接。

可选地，所述视景分系统包括视景生成子系统和投影显示子系统，

所述视景生成子系统与所述主控计算机信号连接，所述视景生成子系统被配置为基于所述可视景象参数实时生成舱外景象；

所述投影显示子系统与所述视景生成子系统连接，所述投影显示子系统被配置为接收和显示所述舱外景象。

可选地，所述投影显示子系统包括球幕显示器和至少一台激光投影器，所述球幕显示器和所述至少一台激光投影器均安装在所述座舱舱体上；

所述至少一台激光投影器被配置为在所述球幕显示器上投影出水平视场角不小于200°、垂直视场角不小于120°的图像。

可选地，所述飞行模拟器还包括航电仿真分系统，

所述航电仿真分系统包括航电计算机、视觉显示设备、定位导航设备、通信设备和外界感知设备，所述视觉显示设备、所述定位导航设备、所述通信设备和所述外界感知设备均与所述航电计算机信号连接；

所述航电计算机还与所述主控计算机信号连接，所述主控计算机通过所述航电计算机为所述视觉显示设备、所述定位导航设备、所述通信设备和所述外界感知设备提供数据驱动。

可选地，所述飞行模拟器还包括综合环境分系统、声音模拟分系统、辅助分系统、教员控制台分系统和简易训练分系统中的至少一个，其中，

所述综合环境分系统通过所述航电仿真分系统与所述主控计算机信号连接，所述综合环境分系统被配置为实现机场的无线电台站环境模拟、气象环境模拟以及活动目标模拟中的至少一项；

所述声音模拟分系统包括声音计算机、音频控制设备和音频输入/输出设备，所述声音计算机与所述主控计算机信号连接，所述音频控制设备与所述声音计算机连接，所述音频输出设备与所述音频控制设备连接；

所述辅助分系统包括供电子系统、烟温报警子系统和空调子系统中的至少一项，所述辅助分系统的各个子系统根据飞机座舱布局安装在仿真座舱结构中相应的位置；

所述教员控制台分系统包括教员控制台计算机和教员控制台显示器，所述教员控制台显示器与所述教员控制台计算机连接，所述教员控制台显示器用于显示座舱内景象和所述飞行参数；

所述简易训练分系统被配置为对僚机的飞行过程进行实时仿真，所述简易训练分系统包括飞行摇杆和触摸屏显示器，其中所述飞行摇杆用于控制僚机的飞行状态，所述触摸屏显示器用于显示僚机的虚拟仪表控制界面。

本申请的另一方面是提供了一种飞行训练模拟方法，所述方法包括：

获取操纵信号，所述操纵信号由操作负荷分系统中的操纵计算机基于对操纵机构的操纵动作生成；

基于预先存储的飞机部件模型和非定常气动力数据库对所述操纵信号进行实时解算，得到飞行状态信息，其中，所述飞机部件模型由飞机部件根据飞行动力学方程构建，所述非定常气动力数据库中存储有飞机在各个飞行状态下的气动力参数，所述气动力参数与所述飞行状态信息有关，所述飞行状态信息包括用于驱动所述操纵机构的运动参数和压力参数；

向所述操纵计算机发送所述飞行状态信息，以使所述操纵计算机驱动所述操纵机构基于所述运动参数和所述压力参数呈现对应的运动状态。

可选地，所述飞机部件包括发动机、起落架、燃油系统、电源系统、液压系统、刹车系统中的至少一项；

每个所述气动力参数通过飞机试飞获得，所述各个飞行状态包括左边界飞行、失速的进入和改出、尾旋的进入和改出中的至少一项。

可选地，所述基于预先存储的飞机部件模型和非定常气动力数据库对所述操纵信号进行实时解算，得到飞行状态信息，包括：

将所述操纵信号代入所述飞机部件模型，得到飞行力参数；

基于所述飞行力参数和所述非定常气动力数据库中的所述气动力参数，得到所述飞行状态信息。

可选地，所述操纵负荷分系统还包括传感器组件，所述传感器组件与所述操纵计算机信号连接，所述传感器组件被配置为采集所述操纵机构的位置信息和压力信息；

所述操纵信号包括位置信息和压力信息；

所述获取对操纵负荷分系统中操纵机构的操纵信号，包括：

基于所述操纵计算机，获取所述传感器组件采集的位置信息和压力信息。

可选地，所述操纵负荷分系统还包括传动部件、伺服执行机构和伺服驱动器，所述操纵机构、所述传动部件、所述伺服执行机构和所述伺服驱动器依次连接，所述伺服驱动器还与所述操纵计算机信号连接；

所述向所述操纵计算机发送所述飞行状态信息，以使所述操纵计算机驱动所述操纵机构基于所述位移参数和所述杆力参数呈现对应的运动状态，包括：

向所述操纵计算机发送所述飞行状态信息，所述操纵计算机被配置为基于所述飞行状态信息中的位移参数和杆力参数生成控制信号，将所述控制信号发送给所述伺服驱动器，所述控制信号中携带有所述操纵机构的理论位移和理论杆力；所述伺服驱动器被配置为基于所述控制信号动作，通过所述伺服执行机构和所述传动部件驱动所述操纵机构移动至所述理论位移指示的位置，并对所述操纵机构加载所述理论杆力。

可选地，所述飞行状态信息还包括飞行参数和可视景象参数；

所述方法还包括：

向仪表显示面板发送所述飞行参数，所述仪表显示面板被配置为显示所述飞行参数；

向视景分系统发送所述可视景象参数，所述视景分系统被配置为基于所述可视景象参数显示舱外景象，所述舱外景象用于反映飞行姿态和飞行速度。

本申请实施例的有益效果至少在于：

本申请实施例提供的飞行模拟器，通过仿真座舱分系统的操作台接收飞行员输入的控制信号，通过操纵负荷分系统的操纵机构接收飞行员输入的操纵信号，飞机性能仿真分系统中的主控计算机可以获取控制信号和操纵信号，并对这两个信号进行解算而得到飞行状态信息，并将得到的飞行状态信息发送给操作台、操纵机构和视景分系统中的显示设备，使得操作台可以根据飞行状态信息显示相应的飞行参数，操纵机构可以根据飞行状态信息呈现相应的运动状态，显示设备可以根据飞行状态信息显示舱外景象，从而为飞行员带来与驾驶真实飞机一致的沉浸式体验。因此，本申请实施例提供的飞行模拟器可以满足飞行模拟训练需求，包括基本飞行驾驶训练、战术基础训练和失速尾旋专项训练，在保证安全的前提下提升飞行员的飞机驾驶技术和特情处置经验。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种飞行模拟器分系统组成的示意图；

图2是本申请实施例提供的一种计算机系统的示意图；

图3是本申请实施例提供的一种飞行训练模拟方法的流程图；

图4是本申请实施例提供的另一种飞行训练模拟方法的流程图。

附图标记：

1、操纵计算机；2、主控计算机；3、接口计算机；4、航电计算机；5、声音计算机；6、教员控制台计算机；7、教学讲评计算机；8、二维态势计算机；9、三维态势计算机；10、虚拟仪表计算机；11、图像生成设备；

100、操纵负荷分系统；110、飞机性能仿真分系统；120、仿真座舱分系统；130、视景分系统；140、接口分系统；150、航电仿真分系统；160、综合环境分系统；170、声音模拟分系统；180、辅助分系统；190、教员控制台分系统；200、简易训练分系统。

通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种飞行模拟器，该飞行模拟器能够实现对于飞机左边界飞行、失速和尾旋等特情的模拟，相比于相关技术中只能通过实装飞行训练飞行员的特情处置能力的方法，具有更好的安全性。

如图1所示，本申请实施例提供的飞行模拟器包括操纵负荷分系统100和飞机性能仿真分系统110。其中，操纵负荷分系统100能够直接接受飞行员的调控，并输出对应的操纵信号；飞机性能仿真分系统110用于完成飞行仿真过程中的数据处理。

操纵负荷分系统100包括操纵计算机1和操纵机构，操纵计算机1与操纵机构信号连接，其中，操纵信号由操纵计算机1基于飞行员向操纵机构输入的操纵动作生成。

飞机性能仿真分系统110包括主控计算机2，主控计算机2中存储有飞机模型部件和非定常气动力数据库，主控计算机2与操纵计算机1信号连接，主控计算机2被配置为获取操纵信号，基于飞机部件模型和非定常气动力数据库对操纵信号进行实时解算得到飞行状态信息，以及将飞行状态信息发送至操纵计算机1，其中飞行状态信息包括用于驱动操纵机构的位移参数和杆力参数。

操纵计算机1还被配置为基于位移参数和杆力参数，驱动操纵机构呈现对应的运动状态。

以模拟飞机的失速尾旋为例，本申请实施例提供的飞行模拟器的工作过程是：

操纵机构接收到飞行员输入的操纵动作后，飞行模拟器可以响应于操纵动作而进入失速尾旋状态，期间，操纵计算机1对该操纵动作进行识别，生成操纵信号。主控计算机2获取到操纵信号后，基于飞机部件模型和非定常气动力数据库对操纵信号进行实时解算，可以得到飞行状态信息，该飞行状态信息包括在失速尾旋状态下飞机的操纵机构的位移参数和杆力参数。主控计算机2将解算出的飞行状态信息发送至操纵计算机1，操纵计算机1控制操纵结构以该位移参数和杆力参数呈现出飞机在失速尾旋状态下的运动状态，例如操纵杆抖动、杆力过大等。

可见，本申请实施例提供的飞行模拟器，通过操纵负荷分系统100的操纵机构接收飞行员输入的操纵动作，通过操纵计算机1生成操纵信号，之后飞机性能仿真分系统110中的主控计算机2可以获取该操纵信号，并基于飞机部件模型和非定常气动力数据库对其进行解算而得到飞行状态信息，然后将得到的飞行状态信息发送给操纵计算机1，使得操纵计算机1可以基于计算出的飞行状态信息驱动操纵机构呈现对应的运动状态，从而为飞行员带来与驾驶真实飞机一致的沉浸式体验。因此，本申请实施例提供的飞行模拟器可以满足飞行模拟训练需求，在保证安全的前提下提升飞行员的飞机驾驶技术和特情处置经验。

操作负荷分系统能够提供与真实飞机一致的操作感受。在本申请实施例中，操纵负荷分系统100还包括传动部件、伺服执行机构和伺服驱动器，操纵机构、传动部件、伺服执行机构和伺服驱动器依次连接。操纵计算机1被配置为基于位移参数和杆力参数输出控制信号；伺服驱动器还与操纵计算机1信号连接，伺服驱动器被配置为基于操纵计算机1发送的控制信号动作，从而驱动操纵机构呈现对应的运动状态。

在主控计算机2将位移参数和杆力参数发送至操纵计算机1之后，操纵计算机1会基于运动参数和压力参数向伺服驱动器输出控制信号，使得伺服驱动器控制伺服执行机构动作，进而通过传动部件将动作传递至操纵机构，使其呈现对应的运动状态，例如驾驶杆抖动等。

其中，操纵机构至少包括方向舵和驾驶杆，方向舵上和驾驶杆上均设置有传感器组件，传感器组件用于采集方向舵和驾驶杆的位置信息和压力信息。传感器组件还与操纵计算机1信号连接，并将采集到的位置信息和压力信息发送至操纵计算机1。在本申请实施例中，传感器组件可以包括位置传感器和压力传感器。

以安装在驾驶杆上的传感器组件为例，当飞行员对驾驶杆施力进行操纵时，随着驾驶杆的移动，驾驶杆的末端位置发生变化，位置传感器和压力传感器实时将位置信号和压力信号传输到操纵计算机1中。

操纵计算机1中存储的杆力位移模型可以根据位置信号解算出飞行员施加在驾驶杆上的压力，将该压力与压力传感器传输的压力信号对比从而得到二者的偏差值，对该偏差值进行处理可以得到控制信号，操纵计算机1基于该控制信号控制伺服驱动器动作，并将该动作反馈至驾驶杆，使得驾驶杆呈现出与真实飞机驾驶杆相一致的运动状态和力感。

对于失速尾旋模拟需求，操纵负荷分系统100可以基于杆力位移模型对位移参数和杆力参数进行实时解算，从而获得每一时刻下驾驶杆的理论位移和理论杆力，进而模拟失速时驾驶杆抖动、杆力过大的现象。

飞机性能仿真分系统110是飞行模拟器的核心部分。飞机性能仿真分系统110中的主控计算机2可以通过建立目标飞机(目标飞机是指该飞行模拟器要模拟的飞机)的飞行动力学方程以及各个飞机部件的数学模型来实现对于飞机的飞行特性、动力特性以及相关飞机系统逻辑的仿真和故障特情模拟。其中，数学模型覆盖目标飞机从发动机启动之前到发动机停车之后的所有飞机特性，包括目标飞机左边界飞行、失速、尾旋特性和相关系统故障。而失速和尾旋都是在大攻角或大侧滑角情况下发生的，具有典型的非定常空气动力学特性，因此可以通过飞机部件建模和创建非定常气动力数据库来实现目标飞机的非定常气动力的计算，进而完成这两种特情下目标飞机的飞行状态的模拟，并将建立好的飞机部件模型和非定常气动力数据库存储在主控计算机2中。

示例性地，飞机部件模型包括发动机部件模型、燃油部件模型、电源部件模型、液压部件模型、起落架部件模型和刹车部件模型中的至少一种。非定常气动力数据库中存储有与飞机的左边界飞行、失速的进入和改出、尾旋的进入和改出中的至少一项对应的气动力参数，气动力参数包括但不限于非定常气动力系数、气动导数等数据。

在本申请另一些实施例中，主控计算机2上运行有仿真软件，用户可以通过仿真运行平台对仿真软件进行调度管理。飞机部件模型和非定常气动力数据库也可以存储在仿真软件的服务器中，以减小对于主控计算机2的本地资源的占用。

可选地，飞行状态信息还包括飞行参数和可视景象参数。相应地，飞行模拟器还包括仿真座舱分系统120和视景分系统130，仿真座舱分系统120和视景分系统130均与主控计算机2信号连接；仿真座舱分系统120被配置为显示飞行参数；视景分系统130被配置为基于可视景象参数显示舱外景象。

仿真座舱分系统120包括仿真座舱结构和座舱配套设备。其中，飞行模拟器的仿真座舱结构的外形与目标飞机的座舱前舱外形相一致，座舱配套设备用于仿真飞机座舱内可见设备的外观、功能和控制逻辑。

仿真座舱结构包括座舱平台、座舱舱体和座椅，座舱平台与座舱舱体连接，座椅位于座舱舱体中并固定在座舱平台上。在一些实施例中，为了使飞行模拟器更加真实的还原目标飞机的驾驶环境，座舱平台可以具有高度调整功能，从而调整飞行员在座椅中的可以在飞行模拟器中安装与目标飞机中的座椅型号相同的座椅。

座舱配套设备包括仪表显示面板和其它座舱内可见设备。仪表显示面板用于显示飞行参数，例如，仪表显示面板上包括高度表、空速表、姿态仪、航空指示表、垂直速率表等仪表设备，可以对应显示相应的数据和指标。其它座舱内可见设备用于模拟飞机座舱环境，例如可以包括照明设备、开关壳体等。仪表显示面板和其它座舱内可见设备均根据飞机座舱布局安装在座舱舱体中相应的位置，从而为飞行员提供与飞行实装设备一致的操作环境。

在本申请实施例的一些实现方式中，飞行模拟器还包括接口分系统140，接口分系统140包括接口计算机3、数据传输模块和通讯模块，数据传输模块和通讯模块均安装在接口计算机3中。数据传输模块还与仪表显示面板信号连接，从而接口计算机3可以基于数据传输模块采集对仪表显示面板中当前显示的飞行参数，以及向仪表显示面板发送新的飞行参数以供其显示。通讯模块还与主控计算机2信号连接，例如通过网络进行连接，从而接口计算机3可以通过网络实现与主控计算机2之间的数据传输。

视景分系统130包括视景生成子系统和投影显示子系统。其中，视景生成子系统与主控计算机2信号连接，视景生成子系统被配置为基于可视景象参数实时生成舱外景象。在一些实施例中，视景生成子系统可以为高性能的图像生成设备11，例如图像更新率为60Hz，单通道输出分辨率为1920×1200的图形工作站。在图像生成设备11中存储有地景数据库和目标模型，示例性地，地景数据库中包含有主降机场和备降机场，目标模型包括某型飞机、火箭、坦克、装甲车、地靶等。

投影显示子系统与视景生成子系统连接，投影显示子系统被配置为接收和显示舱外景象。投影显示子系统可以包括球幕显示器和至少一台激光投影器，球幕显示器和至少一台激光投影器均安装在座舱舱体上。激光投影器用于将舱外景象投影至球幕显示器。示例性地，球幕显示器的主要结构采用玻璃钢复合材料，球幕的直径为7米，多台激光投影器能够在球幕显示器上投影出水平视场角不小于200°、垂直视场角不小于120°的图像。

在本申请的另一些实施例中，投影显示子系统还包括融合校正单元，融合校正单元与至少一台激光投影器连接，用于调控至少一台激光投影器的投影角度，消除投影图像之间的偏差，从而在球幕显示器上形成一幅清楚完整的实像。

在本申请实施例的一些实现方式中，飞行模拟器还包括航电仿真分系统150。航电仿真分系统150包括航电计算机4、视觉显示设备、定位导航设备、通信设备和外界感知设备，视觉显示设备、定位导航设备、通信设备和外界感知设备均与航电计算机4信号连接。其中，视觉显示设备用于为飞行员和飞机系统之间提供视觉接口，例如可以包括平显(HUD)、头盔显示器(HMD)和下显(HDD)；定位导航设备用于为飞机提供导航指引信息和定位信息；通信设备用于满足地面台站与飞机之间、飞机与飞机之间的双工通信需求及空中交通管制的需求；外界感知设备可以包括雷达和红外传感器，用于辅助在恶劣天气及夜晚条件下操纵飞机。

航电计算机4还与主控计算机2信号连接，主控计算机2通过航电计算机4为视觉显示设备、定位导航设备、通信设备和外界感知设备提供数据驱动，从而模拟设备功能，完成飞行参数指示、导航指引、机内外通信、告警信息提示以及武器瞄准攻击训练。

在本申请实施例的一些实现方式中，飞行模拟器还可以包括综合环境分系统160、声音模拟分系统170、辅助分系统180、教员控制台分系统190和简易训练分系统200中的至少一个。

综合环境分系统160通过航电仿真分系统150与主控计算机2信号连接，综合环境分系统160被配置为实现机场的无线电台站环境模拟、气象环境模拟以及活动目标模拟中的至少一项。其中，综合环境分系统160的功能主要通过探测仪表(包括但不限于操作台的仪表显示面板)和环境显示设备(包括但不限于视景分系统130中的显示设备)实现。例如在模拟无线电台站环境时，可以通过雷达或者其它无线电信号探测仪获取探测无线电台站。又如在模拟气象环境时，可以通过气象雷达显示气象数据，通过环境显示设备显示的舱外景象模拟气象对于飞机的飞行姿态的影响。又如在模拟活动目标时，可以通过雷达探测活动目标的方位、与本机的距离，在环境显示设备中显示活动目标的外形、姿态等，活动目标可以是坦克、装甲车或者其它飞机。

声音模拟分系统170包括声音计算机5、音频控制设备和音频输入/输出设备，声音计算机5与主控计算机2信号连接，声音计算机5上运行有仿真声音软件，音频控制设备与声音计算机5连接，音频输入/输出设备与音频控制设备连接。其中，音频输入/输出设备可以为音箱和耳麦。声音模拟分系统170能够在主控计算机2的控制下模拟飞行环境声音，包括但不限于：发动机运转声音、起落架着陆接地声音、仪表告警声音、风声、雷声、雨声、无线电传输声音和对讲机声音。

辅助分系统180包括供电子系统、烟温报警子系统和空调子系统中的至少一项。其中，供电子系统用于为飞行模拟器提供工作电源，以保证飞行模拟器的正常运行；烟温报警子系统用于对舱内的烟雾、火焰进行监测和预警，防范发生火情；空调子系统用于为座舱内提供舒适的环境温度。辅助分系统180中的各个子系统根据飞机座舱布局安装在仿真座舱结构的座舱舱体中相应的位置。

教员控制台分系统190包括教员控制台计算机6和教员控制台显示器，教员控制台显示器与教员控制台计算机6连接，教员控制台显示器用于显示座舱内景象和飞行参数。教员控制台计算机6可以采用工业控制计算机，以部署和运行教员控制台软件，在工业控制计算机中装配有双视频输出显卡，从而使用不同的教员控制台显示器分别显示座舱内景象和飞行参数。其中，至少一个教员控制台显示器可以为触摸屏显示器，以便于对界面内容的选择和调控。

教员控制台分系统190还可以包括教员控制台体、座椅和硬件控制面板，教员控制台计算机6、教员控制台显示器和硬件控制面板均可以安装在教员控制台体上，硬件控制面板上具有电源开关、指示灯、应急按钮等器件，用于控制飞行模拟器中各个设备的开关机。

在本申请的一些实施例中，教员控制台分系统190还具有教学讲评功能，相应地，教员控制台分系统190还包括教学讲评控制台，教学讲评计算机7、授课音频设备、授课视频设备、二维态势计算机8、三维态势计算机9以及虚拟仪表计算机10。其中，授课音频设备和授课视频设备教学讲评计算机7连接，教学讲评计算机7、二维态势计算机8、三维态势计算机9和虚拟仪表计算机10均与主控计算机2信号连接。

授课音频设备和授课视频设备用于采集飞行模拟器座舱内的音频数据和视频数据，从而对飞行员驾驶飞行模拟器的整个飞行训练过程进行展示。其中，授课音频设备和授课视频设备所采集的音视频数据可以存储在教学讲评计算机7中，以供随时调用。二维态势计算机8、三维态势计算机9分别用于在飞行员作战训练时进行战场态势二维显示和战场态势三维显示，从而实现了战场动态可视化。虚拟仪表计算机10用于复现飞机模拟器的飞行仪表，至少包括仿真座舱分系统120中仪表显示面板中的飞行仪表。

简易训练分系统200被配置为对僚机的飞行过程进行实时仿真，简易训练分系统200包括飞行摇杆和触摸屏显示器，其中飞行摇杆用于控制僚机的飞行状态，触摸屏显示器用于显示僚机的虚拟仪表控制界面。简易训练分系统200用于模拟僚机中主要座舱仪表的显示和设备操作，并通过单通道显示器显示视景画面。

在本申请实施例中，如图2所示，飞行模拟器的所有计算机之间均采用以太网UDP协议作为主要的数据传输协议，其中主控计算机2作为核心节点，与其它计算机节点共同构成一个星型分布式计算机系统。

综上所述，本申请实施例提供的飞行模拟器在使用时，飞行员可以通过操纵机构输入操纵信号，进而主控计算机可以获取操纵信号并基于飞机部件模型和非定常气动力数据库对其进行解算而得到飞行状态信息，其中飞行状态信息包括与其他各个分系统有关的飞行状态参数；主控计算机将飞行状态信息发送给仪表显示面板、操纵机构、激光投影器和其他分系统中的设备，使得仪表显示面板可以根据飞行状态信息显示相应的飞行参数，操纵机构可以根据飞行状态信息呈现相应的运动状态，激光投影器可以根据飞行状态信息在球幕显示器上投影舱外景象，其他分系统中的设备也根据飞行状态信息呈现对应的状态或显示对应的参数，从而为飞行员带来与驾驶真实飞机一致的沉浸式体验。因此，本申请实施例提供的飞行模拟器可以满足飞行模拟训练需求，包括基本飞行驾驶训练、战术基础训练和失速尾旋专项训练，在保证安全的前提下提升飞行员的飞机驾驶技术和特情处置经验。

本申请实施例还提供了一种飞行训练模拟方法，该方法应用于上述的飞行模拟器，并由飞行模拟器中的性能仿真分系统执行。如图3所示，该飞行训练模拟方法可以包括以下步骤：

步骤301、获取操纵信号。

操纵负荷分系统包括操纵机构和操纵计算机，操纵结构与操纵计算机信号连接，操纵机构被配置为接收飞行员输入的操纵动作，操纵计算机被配置为基于对操纵机构的操纵动作生成操纵信号。

步骤302、基于预先存储的飞机部件模型和非定常气动力数据库对操纵信号进行实时解算，得到飞行状态信息。

其中，飞机部件模型由飞机部件根据飞行动力学方程构建，非定常气动力数据库中存储有飞机在各个飞行状态下的气动力参数，气动力参数与飞行状态信息有关，飞行状态信息包括用于驱动操纵机构的运动参数和压力参数。

步骤303、向操纵计算机发送飞行状态信息。

操纵计算机在接收到飞行状态信息后，会基于其中的位移参数和杆力参数驱动操纵机构呈现对应的运动状态。操纵机构呈现对应的运动状态，是指操纵机构按照操纵计算机的指令执行相应的动作响应和压力响应。以操纵机构中的驾驶杆为例，其在接收到操纵计算机的指令后，驾驶杆底部可以发生相应的位移，并在杆体上加载相应的压力。

在本申请实施例提供的飞行训练模拟方法中，飞行员在某一时刻对操纵机构输入操纵动作后，操纵计算机可以基于操纵动作生成操纵信号；之后飞机性能仿真分系统会获取该操纵信号，然后基于飞机部件模型和非定常气动力数据库对操纵信号进行实时解算，得到下一时刻的飞行状态信息，飞行状态信息用于实现在上述操纵动作下飞机飞行过程的仿真，飞机性能仿真分系统将飞行状态信息反馈给操纵计算机后，操纵计算机会驱动操纵机构响应于飞行状态信息而呈现对应的状态，从而模拟了飞机的飞行过程。因此，相比于相关技术中采用实装飞行进行科目训练的方法，本申请实施例提供的训练模拟方法可以模拟飞机在多种情况下的飞行状态，带来与驾驶真实飞机一致的沉浸式体验，从而满足了飞行模拟训练需求，包括基本飞行驾驶训练、战术基础训练和失速尾旋专项训练，实现了在保证安全的前提下增强飞行员的驾驶技术和特情处置能力。

本申请实施例还提供了另一种应用于上述飞行模拟器的飞行训练模拟方法。该方法可以由飞机性能仿真分系统执行，具体地，可以由飞机性能仿真分系统中的主控计算机执行。如图4所示，该方法包括以下步骤：

步骤401、获取操纵信号。

操纵负荷分系统包括操纵机构和操纵计算机，操纵机构与操纵计算机信号连接。飞行员可以通过操纵机构输入操纵动作，操纵计算机能够对该操纵动作进行识别，生成操纵信号。

在一种可能的结构中，操纵负荷分系统还包括传感器组件，传感器组件与操纵计算机信号连接，传感器组件被配置为采集操纵机构的位置信息和压力信息。当飞行员对操纵机构输入操纵动作之后，传感器组件会采集操纵机构的新的位置信息和压力信息，然后将这些信息发送至操纵传感器。示例性地，传感器组件可以包括位移传感器和压力传感器。

操纵计算机还与主控计算机信号连接，例如二者之间存在网络通讯，主控计算机可以通过网络获取操纵信号，具体地，是获取传感器组件采集的位置信息和压力信息。

步骤402、将操纵信号代入飞机部件模型，得到飞行力参数。

飞机部件模型包括发动机部件模型、燃油部件模型、电源部件模型、液压部件模型、起落架部件模型和刹车部件模型中的至少一种，由各个飞机部件根据飞行动力学方程构建。

上述飞机部件模型可以存储在主控计算机上；或者，在主控计算机上运行有仿真软件，上述飞机部件模型也可以存储在仿真软件的服务器中，以减小对于主控计算机的本地资源的占用。

主控计算机在将操纵信号代入飞机部件模型后，可以基于飞行员在当前时刻输入的操纵机构的位置信息、压力信息，并结合当前时刻的飞行参数，通过飞机部件模型计算出飞机的各个部件在下一时刻的飞行力参数。

步骤403、基于飞行力参数和非定常气动力数据库中的气动力参数，得到飞行状态信息。

非定常气动力数据库中存储有飞机在各个飞行状态下的气动力参数，包括但不限于非定常气动力系数、力矩系数、气动导数等数据；飞行状态包括与飞机的左边界飞行、失速的进入和改出、尾旋的进入和改出中的至少一项。气动力参数与飞行状态信息有关，可以通过飞机试飞获得。

主控计算机可以利用飞行力参数和非定常气动力数据库中的非定常气动力系数、力矩系数、气动导数等数据计算气动力参数，气动力参数例如可以包括气动力和气动力矩，然后对上述数据进行积分就解算出下一时刻飞机的飞行状态信息。

飞行状态信息可以包括用于驱动所述操纵机构的位移参数和杆力参数、飞行参数和可视景象参数。

步骤404、向操纵计算机、仪表显示面板和视景分系统发送飞行状态信息。

操纵负荷分系统还包括传动部件、伺服执行机构和伺服驱动器，操纵机构、传动部件、伺服执行机构和伺服驱动器依次连接，伺服驱动器还与操纵计算机信号连接。

在主控计算机向操纵计算机发送飞行状态信息之后，操纵计算机可以基于飞行状态信息中的位移参数和杆力参数生成控制信号，将控制信号发送给伺服驱动器，控制信号中携带有操纵机构的理论杆力和理论位移。接下来，伺服驱动器会基于该控制信号动作，通过伺服执行机构和传动部件驱动操纵机构移动至理论位移指示的位置，并对操纵机构加载理论杆力。

主控计算机还会向仪表显示面板发送飞行参数，仪表显示面板被配置为显示飞行参数。示例性地，仪表显示面板用于显示飞行参数，例如，仪表显示面板上包括高度表、空速表、姿态仪、航空指示表、垂直速率表等仪表设备，飞行参数即包括在这些仪表设备上显示的数据和指标。仪表显示面板在接收到主控计算机发来的飞行状态信息后，可以提取出其中的飞行参数，然后发送至各个仪表设备，使其显示对应的数值。

主控计算机还会向视景分系统发送可视景象参数，视景分系统被配置为基于可视景象参数显示舱外景象，舱外景象用于反映飞行姿态和飞行速度。示例性地，视景分系统包括视景生成子系统和投影显示子系统，其中视景生成子系统与主控计算机信号连接，用于接收可视景象参数，并基于可是景象参数实时生成舱外景象；投影显示子系统与视景生成子系统连接，投影显示子系统能够接收视景生成子系统生成的舱外景象并对其进行显示。在本申请实施例中，投影显示子系统可以包括球幕显示器和至少一台激光投影器，激光投影器用于将舱外景象投影至球幕显示器。示例性地，球幕显示器的主要结构采用玻璃钢复合材料，球幕的直径为7米，多台激光投影器能够在球幕显示器上投影出水平视场角不小于200°、垂直视场角不小于120°的图像。

综上所述，在本申请实施例提供的飞行训练模拟方法中，主控计算机可以响应于当前时刻的操纵信号和飞行参数，实时解算出下一时刻的飞行状态信息，并将该飞行状态信息反馈至飞行模拟器的各个分系统，其中飞行状态信息包括与其他各个分系统有关的飞行状态参数；主控计算机将飞行状态信息发送给仪表显示面板、操纵机构、激光投影器等设备，使得仪表显示面板可以根据飞行状态信息显示相应的飞行参数，操纵机构可以根据飞行状态信息呈现相应的运动状态，激光投影器可以根据飞行状态信息在球幕显示器上投影舱外景象，从而为飞行员带来与驾驶真实飞机一致的沉浸式体验，满足飞行模拟训练需求，包括基本飞行驾驶训练、战术基础训练和失速尾旋专项训练，在保证安全的前提下提升飞行员的飞机驾驶技术和特情处置经验。

在本申请中，应该理解到，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的本申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (16)

1.一种飞行模拟器，其特征在于，所述飞行模拟器包括操纵负荷分系统和飞机性能仿真分系统；

所述操纵负荷分系统包括操纵计算机和操纵机构，所述操纵计算机与所述操纵机构信号连接，所述操纵计算机被配置为基于对所述操纵机构的操纵动作生成操纵信号；

所述飞机性能仿真分系统包括主控计算机，所述主控计算机中存储有飞机部件模型和非定常气动力数据库，所述主控计算机与所述操纵计算机信号连接，所述主控计算机被配置为获取所述操纵信号，基于所述飞机部件模型和所述非定常气动力数据库对所述操纵信号进行实时解算得到飞行状态信息，以及将所述飞行状态信息发送至所述操纵计算机，其中所述飞行状态信息包括用于驱动所述操纵机构的位移参数和杆力参数；

所述操纵计算机还被配置为基于所述位移参数和所述杆力参数，驱动所述操纵机构呈现对应的运动状态。

2.根据权利要求1所述的飞行模拟器，其特征在于，所述操纵计算机被配置为基于所述位移参数和所述杆力参数输出控制信号；

所述操纵负荷分系统还包括传动部件、伺服执行机构和伺服驱动器；

所述操纵机构、所述传动部件、所述伺服执行机构和所述伺服驱动器依次连接，所述伺服驱动器还与所述操纵计算机信号连接；

所述伺服驱动器被配置为基于所述操纵计算机发送的控制信号动作，从而驱动所述操纵机构呈现对应的运动状态。

3.根据权利要求1所述的飞行模拟器，其特征在于，所述操纵机构包括方向舵和驾驶杆；

所述方向舵上和所述驾驶杆上均设置有传感器组件，所述传感器组件用于采集所述方向舵和所述驾驶杆的位置信息和压力信息，所述传感器组件与所述操纵计算机信号连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述飞行模拟器，其特征在于，所述飞行状态信息还包括飞行参数和可视景象参数；

所述飞行模拟器还包括仿真座舱分系统和视景分系统，所述仿真座舱分系统和所述视景分系统均与所述主控计算机信号连接；

所述仿真座舱分系统被配置为显示所述飞行参数；

所述视景分系统被配置为基于所述可视景象参数显示舱外景象。

5.根据权利要求4所述的飞行模拟器，其特征在于，所述仿真座舱分系统包括仿真座舱结构和座舱配套设备；

所述仿真座舱结构包括座舱平台、座舱舱体和座椅，所述座舱平台与所述座舱舱体连接，所述座椅位于所述座舱舱体中；

所述座舱配套设备包括仪表显示面板和其它座舱内可见设备，所述仪表显示面板和其它座舱内可见设备根据飞机座舱布局安装在所述座舱舱体中相应的位置；

所述仪表显示面板和其它座舱内可见设备均与所述主控计算机信号连接，所述仿真座舱分系统通过所述仪表显示面板显示所述飞行参数。

6.根据权利要求5所述的飞行模拟器，其特征在于，所述飞行模拟器还包括接口分系统，所述接口分系统包括接口计算机、数据传输模块和通讯模块，所述数据传输模块和所述通讯模块均安装在所述接口计算机中；

所述数据传输模块与所述仪表显示面板信号连接；

所述通讯模块与所述主控计算机信号连接。

7.根据权利要求5所述的飞行模拟器，其特征在于，所述视景分系统包括视景生成子系统和投影显示子系统；

所述视景生成子系统与所述主控计算机信号连接，所述视景生成子系统被配置为基于所述可视景象参数实时生成舱外景象；

所述投影显示子系统与所述视景生成子系统连接，所述投影显示子系统被配置为接收和显示所述舱外景象。

8.根据权利要求7所述的飞行模拟器，其特征在于，所述投影显示子系统包括球幕显示器和至少一台激光投影器，所述球幕显示器和所述至少一台激光投影器均安装在所述座舱舱体上；

所述至少一台激光投影器被配置为在所述球幕显示器上投影出水平视场角不小于200°、垂直视场角不小于120°的图像。

9.根据权利要求4所述的飞行模拟器，其特征在于，所述飞行模拟器还包括航电仿真分系统；

所述航电仿真分系统包括航电计算机、视觉显示设备、定位导航设备、通信设备和外界感知设备，所述视觉显示设备、所述定位导航设备、所述通信设备和所述外界感知设备均与所述航电计算机信号连接；

所述航电计算机还与所述主控计算机信号连接，所述主控计算机通过所述航电计算机为所述视觉显示设备、所述定位导航设备、所述通信设备和所述外界感知设备提供数据驱动。

10.根据权利要求9所述的飞行模拟器，其特征在于，所述飞行模拟器还包括综合环境分系统、声音模拟分系统、辅助分系统、教员控制台分系统和简易训练分系统中的至少一个，其中，

所述综合环境分系统通过所述航电仿真分系统与所述主控计算机信号连接，所述综合环境分系统被配置为实现机场的无线电台站环境模拟、气象环境模拟以及活动目标模拟中的至少一项；

所述声音模拟分系统包括声音计算机、音频控制设备和音频输入/输出设备，所述声音计算机与所述主控计算机信号连接，所述音频控制设备与所述声音计算机连接，所述音频输入/输出设备与所述音频控制设备连接；

所述辅助分系统包括供电子系统、烟温报警子系统和空调子系统中的至少一项，所述辅助分系统的各个子系统根据飞机座舱布局安装在仿真座舱结构中相应的位置；

所述教员控制台分系统包括教员控制台计算机和教员控制台显示器，所述教员控制台显示器与所述教员控制台计算机连接，所述教员控制台显示器用于显示座舱内景象和所述飞行参数；

所述简易训练分系统被配置为对僚机的飞行过程进行实时仿真，所述简易训练分系统包括飞行摇杆和触摸屏显示器，其中所述飞行摇杆用于控制僚机的飞行状态，所述触摸屏显示器用于显示僚机的虚拟仪表控制界面。

11.一种飞行训练模拟方法，其特征在于，所述方法包括：

获取操纵信号，所述操纵信号由操作负荷分系统中的操纵计算机基于对操纵机构的操纵动作生成；

基于预先存储的飞机部件模型和非定常气动力数据库对所述操纵信号进行实时解算，得到飞行状态信息，其中，所述飞机部件模型由飞机部件根据飞行动力学方程构建，所述非定常气动力数据库中存储有飞机在各个飞行状态下的气动力参数，所述气动力参数与所述飞行状态信息有关，所述飞行状态信息包括用于驱动所述操纵机构的位移参数和杆力参数；

向所述操纵计算机发送所述飞行状态信息，以使所述操纵计算机驱动所述操纵机构基于所述位移参数和所述杆力参数呈现对应的运动状态。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述飞机部件包括发动机、起落架、燃油系统、电源系统、液压系统、刹车系统中的至少一项；

每个所述气动力参数通过飞机试飞获得，所述各个飞行状态包括左边界飞行、失速的进入和改出、尾旋的进入和改出中的至少一项。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述基于预先存储的飞机部件模型和非定常气动力数据库对所述操纵信号进行实时解算，得到飞行状态信息，包括：

将所述操纵信号代入所述飞机部件模型，得到飞行力参数；

基于所述飞行力参数和所述非定常气动力数据库中的所述气动力参数，得到所述飞行状态信息。

14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述操纵负荷分系统还包括传感器组件，所述传感器组件与所述操纵计算机信号连接，所述传感器组件被配置为采集所述操纵机构的位置信息和压力信息；

所述操纵信号包括位置信息和压力信息；

所述获取对操纵负荷分系统中操纵机构的操纵信号，包括：

基于所述操纵计算机，获取所述传感器组件采集的位置信息和压力信息。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述操纵负荷分系统还包括传动部件、伺服执行机构和伺服驱动器，所述操纵机构、所述传动部件、所述伺服执行机构和所述伺服驱动器依次连接，所述伺服驱动器还与所述操纵计算机信号连接；

所述向所述操纵计算机发送所述飞行状态信息，以使所述操纵计算机驱动所述操纵机构基于所述位移参数和所述杆力参数呈现对应的运动状态，包括：

向所述操纵计算机发送所述飞行状态信息，所述操纵计算机被配置为基于所述飞行状态信息中的位移参数和杆力参数生成控制信号，将所述控制信号发送给所述伺服驱动器，所述控制信号中携带有所述操纵机构的理论位移和理论杆力；所述伺服驱动器被配置为基于所述控制信号动作，通过所述伺服执行机构和所述传动部件驱动所述操纵机构移动至所述理论位移指示的位置，并对所述操纵机构加载所述理论杆力。

16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述飞行状态信息还包括飞行参数和可视景象参数；

所述方法还包括：

向仪表显示面板发送所述飞行参数，所述仪表显示面板被配置为显示所述飞行参数；

向视景分系统发送所述可视景象参数，所述视景分系统被配置为基于所述可视景象参数显示舱外景象，所述舱外景象用于反映飞行姿态和飞行速度。

Images