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地面飞行训练模拟器:从“飞行员摇篮”到“虚拟空战场”

来源:解放军报
2022-06-17 08:42:04

  原标题:地面飞行训练模拟器(引题)

  从“飞行员摇篮”到“虚拟空战场”(主题)

  张 野 刘林芳 张国强 赵 楠

  钻出一个云团,眼前豁然开朗,屏幕上立即出现“敌机”的图标。还没来得及锁定,“敌机”已快速扎入另一个云团。机身两旁的薄云,被机头劈成两半,一绺绺疾驰而过。突然,导弹来袭警报声响起……

  放松,请放松紧绷的神经!如此激烈的空中对抗场景,不一定真是在高空中“上演”,也可能是在地面上发生——如今先进的地面飞行训练模拟器完全可以做到这一点。

  对大多数刚起步的飞行员来说,地面飞行训练模拟器有点像他们的“学步车”,帮着他们迈出飞行“第一步”。随着训练难度增加,地面飞行训练模拟器就有了点太上老君“八卦炉”的感觉,目的很明确——将飞行员“炼出铜头铁臂”。一一对抗、组队对抗……在这期间,地面飞行训练模拟器就成了飞行员眼中的“虚拟空战场”。

  那么,地面飞行训练模拟器何以拥有这种“能力”?它们的发展现状如何?未来又会向哪里发展?请看相关解读——

  “在人造空间里飞行”

  被称作飞行员“摇篮”“学步车”也好,“八卦炉”也好,地面飞行训练模拟器本身没那么多感情色彩,它只是一种用于训练飞行员的装备或装备组合。

  这类装备或装备组合,一般设置在地面上,能够模仿战机执行任务时的飞行环境、条件和状态,让飞行员和空勤人员获得与在空中相近的操纵负荷、视觉、听觉和运动感觉,并对它所给出的一连串“空情”作出反应。

  和教练机、变稳飞机等空中飞行训练模拟器不同,这种飞行训练模拟器无法飞离地面,它只能“在人造空间里飞行”。

  一般来讲,它由模拟座舱、运动系统、视景系统、计算机系统及教员控制台5大部分组成。如果把这些部分比作训练模拟器的躯体,那么依托计算机系统运行的飞行仿真软件就是模拟器的“灵魂”。

  “有趣的灵魂万里挑一。”对地面飞行训练模拟器来说,这句话同样适用。仿真软件作为飞行训练模拟器的核心,它的先进程度,直接决定着飞行训练模拟器功能的强弱。

  仿真软件主要包括两类,一类是负责向地面飞行训练模拟器发出指令、驱动其运动的软件架构,这一软件系统带有一定通用性;另一类则是由战机气动参数等多种要素构成的飞行仿真模型。这种软件系统基于具体型号的战机构建, 带有鲜明的“个性”特征。它易于被计算机系统辨识,能通过向诸多分系统提供相应的驱动信号,使地面飞行训练模拟器呈现出与所模拟战机类似的飞行特征。

  飞行仿真模型种类较多,除了气动模块、运动方程模块和力矩模块,还包括大气紊流、质量特性、毁坏状况、重新定位等功能模块。这些模块共同赋予地面飞行训练模拟器整体仿真特性。

  在地面模拟飞行训练中,飞行教员正是通过教员控制台有针对性地选择不同仿真模型,来构建特定的训练课目。

  当然,地面飞行训练模拟器并非刚问世时就如此“高大上”。第二次世界大战期间,训练了约50万名飞行员的林克机,只是一个机械式的地面飞行训练模拟器。直到20世纪50年代后,随着计算机技术日渐成熟,一些民航客机的地面飞行训练模拟器才初步具备数字化模拟功能。20世纪70年代以来,地面大型模拟器才普遍具备完整的座舱设备和模拟控制系统,除视景显示功能外,还加入了音响和烟雾模拟装置,实现六自由度运动,地面飞行训练模拟器的运行速度和仿真实时性大大提升。

俄罗斯新型人工智能地面飞行训练模拟器。资料图片

俄罗斯舰载机模拟训练飞行系统。资料图片

台风战机地面飞行训练模拟器。资料图片

F-35战机地面飞行训练模拟器。资料图片

  随时“开黑”不是梦

  当前,各国研发的地面飞行训练模拟器技术水平不等。从一些先进训练模拟器所具备的能力来看,随时“开黑”不是梦。

  “开黑”是大型网络游戏玩家所用的“术语”,意为“在沟通便捷的情况下组队打游戏”。地面飞行训练模拟器在这方面所提供的便捷性、实战性,与网游相比有过之而无不及。

  以前的地面飞行训练模拟器,囿于当时的条件限制,大多突出对单机驾驭能力的训练。现在,更多的国家开始运用计算机网络技术,将分散在不同地域的多个部队所属的地面训练模拟器联为一体,进行综合性、系统性模拟训练。

  以美空军为例,其阿姆斯特朗实验室的“虚拟21中队”,任务就是通过网络联接多台不同机型的飞行训练模拟器,组织实施带战术背景的机群攻击模拟训练。

  在2019年莫斯科航展中,俄罗斯展示的与苏-35战机配套的地面飞行训练模拟器,同样展现出这方面的一些特征。

  不仅如此,随着地面飞行训练模拟器被赋予一些新能力,空中训练的战机也被纳入地面飞行训练模拟的大体系中。

  2018年,美军曾在内利斯空军基地组织过一次相关演示。演示对象包括8架F-15战机和8架F/A-18战机的联网模拟器,合计20个空中节点和地面系统,还有数百个由数字构建的空中和地面兵力模型。

  美军准备列装的T-7A教练机,一个最大特点就是能借助机上内置的仿真系统接入地面飞行训练模拟系统,与后者一起构成逼真的大对抗环境。

  这种趋势与战机、教练机的能力同步提升有关。随着人工智能、虚拟现实、大数据、云计算等技术的发展运用,以及相关模拟训练套件或软件集成到战机上,空中真实飞行平台与地面飞行训练模拟器的互联互通已成为可能。

  F-35战机的模拟训练管理系统使用的就是实际作战飞行程序,这使它的模拟器能与实装任务系统同步升级,进一步增强地面训练的有效性。

  从各国研发地面飞行训练模拟系统的定位来看,在增强模拟训练成效的同时,对飞行员操作水平进行评估,提供个性化意见与建议,正成为该系统能力拓展方向。而采用开放式体系结构,显然有助于今后对地面飞行训练模拟器继续“赋能”。

  无限“逼近”实战是其未来“打开方式”

  业界有这么一个断语——地面飞行训练模拟器永远无法替代驾驶真机飞行。但这一断语显然并未影响到地面飞行训练模拟器的迅猛发展。原因何在?

  简而言之,地面飞行训练模拟器的好处足有“一箩筐”。

  第一,利用地面飞行训练模拟器,可以针对操作短板反复进行练习,帮助飞行员在不断“昨日重现”中感受、积累、掌握正确的飞行技巧;可以借此对飞机失速、雨雪天气等复杂环境、危险状况中的飞行操作进行“预习”“温习”,在不断“淬火”中提升飞行员应急处突能力。显然,真机不可能反复提供这种训练场景。

  第二,通过地面飞行训练模拟器进行“新飞”培训和“老飞”复训,成本较低,效率较高,还没有太多污染。

  第三,地面飞行训练模拟器安装地点灵活,使用环境条件相对宽松,寿命较长,维修也比较方便。

  第四,也是更重要的一点,随着科技的发展,飞行训练模拟器所具有的功能,正在无限“逼近”实战。

  简要地讲,这种“逼近”主要包括以下几个方面:

  模拟能力更加全面、逼真。随着战斗机性能的提升,尤其是联合作战、体系作战成为主要形态,研制高性能的地面飞行训练模拟器几乎势在必行。因为唯有更全面、逼真地模拟先进战机或机群作战环境,才能为飞行员提供与真实飞行几乎相同的运动感受,以及更加复杂、现实的训练内容,加快飞行员培养进程,提高培训效率。

  具备智能评估、建议功能。随着人工智能和大数据等技术的发展,在飞行训练中随机收集飞行员个性化数据,对其操作能力进行精准评估仍然必不可少。同时,根据每位飞行员的优势和短板提供意见与建议,为其订制个性化训练内容,正在成为今后地面飞行训练模拟器的新职能。有些国家的飞行院校已开始着手对模拟器功能进行完善,以便让其发挥“裁判员”的作用——评判学员是否适合飞行以及是否具有成为作战飞行员的潜质。

  更多地兼顾体系对抗模拟任务。战机集群作战是今后空战的主要方式之一。地面飞行训练模拟系统必须顺应这一特点,承担起“组网互联、提供舞台”的作用。今后的地面飞行训练模拟系统或能根据目标战斗机性能、对方飞行员机动和攻防决策特点,生成虚拟目标,为进行模拟训练的飞行员提供“个性化”对手。同时,随着分布式模拟交互技术的运用,将战机、模拟训练平台和兵力模型等众多要素联成一个整体,为部队构设包含敌我双方兵力在内的完整战场环境,在更高层面进行数字化演习训练、战法研究,必将成为地面飞行训练模拟器的新本领。

  供图:张国强、赵 楠

责任编辑:王沥慷

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