菲斯特航空模拟视景显示系统解决方案

来源：投影时代　更新日期：2006-03-22 作者：佚名

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飞行模拟器简介：

飞行模拟器是一种可以在地面模仿飞机的飞行状态、飞行条件和环境的特殊装置，它由计算机、模拟驾驶舱、运动系统、操纵负载系统和视景系统等组成，是现代航空科研、教学、试验等不能缺少的技术设备。

1930年，美国人埃德温·林克发明了第一个飞行模拟器，并且以自己命名为“林克练习器”。尽管它存在着技术上的缺陷，但它已经体现了不使用真实飞机就能安全、经济地反复进行紧急状态动作训练的优点。

随着高新技术在军事领域的广泛应用，现代化武器装备技术先进、价格昂贵的特点越来越突出。一架先进战斗机造价昂贵，如果全部实装训练，不仅耗资巨大，同时也大大缩短了战机的寿命。为了解决这一难题，许多发达国家采取花巨资研制模拟器的对策，并规定，凡装备新战机，必须装备相应的模拟器。

现代计算机技术和光、机、电技术的发展，基于离心机的飞行模拟器均集加速度模拟，视景、舱内环境控制及闭环控制于一身，使地面模拟效果达到了以假乱真的程度，特别是视觉、听觉和运动感觉等方面都已趋向逼真。

现代飞行模拟器都有一个与真飞机驾驶舱相似驾驶舱，舱内设有仪表、指示灯、开关按钮和操纵手柄。驾驶员根据仪表指示和外景显示操纵飞机。驾驶舱安装在运动基座上，在“飞行”过程中运动基座给座舱内的驾驶员以俯仰、滚转和偏航3个角运动的感觉。驾驶员在操纵飞机的驾驶杆、油门杆和方向舵等操纵机构时，操纵负载系统给驾驶员以操纵负载力的感觉。

现代飞行模拟器的视景系统，是由计算机仿真成像系统来完成。它是将经过遥感测绘得到的实际的地形地物的地理信息数据输入计算机，经过处理后生成包括地面和空中的活动目标的图像，使得飞行员有身临其境的感觉。

同时，利用网络技术可以将一台或多台飞行模拟器连入到多武器平台攻防对抗系统中，飞行模拟器的驾驶员可以和由计算机生成的航空兵进行编队和联合作战，也可以和其它武器平台的计算机行生成的兵力进行对抗。分布交互式的模拟器可以用来训练飞行员的协同作战能力和考核武器平台的作战性能。

飞行模拟器用途分类：

①.用于工程设计和研究。即用它协调、修正和优化飞行操纵、仪表显示、动力装置和武器系统的不同参数，以求得最佳分配的效果。它还可以对已有的系统进行分析和评价。

②.用于训练。用来训练飞行员，可以不受外界环境的影响，节省真实飞行时数，而使飞行人员熟悉新机种的驾驶技术，同时具有极高的安全性。

因此，飞行模拟器已与计算机、风洞和飞行试验并列，被认为是目前世界航空科研的四大重要手段。

飞行模拟器训练飞行员的优点：

①.安全：刚参加训练的飞行员只有理论知识，如果直接驾驶战斗机，危险很大。而且有的飞行机舱只有一个座，往往没有教练来指挥，危险更大。利用飞行模拟器训练以后，飞行员在驾驶真飞机之前已经经过反复训练以后对飞机的操作形成了条件反射，出现恶性事故的机率就极少了。

②.经济：使用真飞机训练，不但耗油，而且飞机的发动机有寿命限制，训练成本很大。利用飞行模拟器只耗费一些电，而且可以轮班使用，效率非常高。同时，在飞行训练当中，降落的难度是最大的。如果使用真飞机来训练，必须让飞机先不断起飞后才能反复做降落训练。而用飞行模拟器，只需要设定降落的程序就可以了。也不需要机场、跑道等相关设施。

③.功能齐全：有些训练在真飞机上是做不到的，比如“空中特情”训练。除非是空中试飞，一般在实装训练中很难有意设置特情进行训练，利用飞行模拟器就可以有针对性地进行空中特情模拟训练，包括假设发动机故障、供电系统故障、操作系统故障、各种告警等等的空中特情来模拟训练。而且在飞行模拟器上实施教员带飞的优点更是明显。实装带飞，飞得是前后舱，教员首先得拿出大部分精力保持飞机状态，等腾出精力后才能带飞。在飞行模拟器上训练，教员完全可以在飞行员背后直接进行帮飞，效果明显提高了许多。在美国，飞行员训练有80%是故障训练。

④.环保：用真飞机训练，不但耗油，还污染环境。飞行模拟器用的是电，是无污染的。

飞行模拟器的视景系统：

在飞行模拟器中，视景系统为驾驶员提供实际飞行任务中的景物环境。在训练过程中，视觉为驾驶员提供70%以上的有用信息。视景系统内容的丰富状况、逼真度、清晰度和视场角的大小都会影响到飞行模拟器的质量和飞行训练效果。因此，飞行模拟器对视景系统性能要求非常高，不但要求其画面逼真、视场角大、延时不大于150ms，而且要求能够产生座舱外的景象，包括机场跑道、灯光、建筑物、田野、河流、道路、地形地貌等。在此之上，还应能模拟气象条件如能见度、雾、雨、雪等，以及白天、黄昏、夜间的景色和活动目标。总之，飞行模拟器的视景系统应给飞行员身临其境的感觉。

目前最常见的是安装在圆顶屋内的飞行模拟器就使用了基于投影的显示技术。这种飞行模拟器中由悬挂在机场比例模型上的摄影机提供图像，由模拟驾驶员舱内学员的动作控制运动。这类系统有宽阔的视野，能够利用人类的位置意识和空间意识。球面上的景像自然、有宽阔的角度。眼睛自然地聚焦在球幕的中心，而视角会保持宽阔的角度。所采用的大型平面或曲面屏幕可以是前投的，也可以是背投的。投影系统使用在直线屏幕上成像的前投或背投高分辨率三维图像显示器。一般配置两三个以上投影机，水平或俯视排列，产生连续的、宽阔的、无缝的高分辨率图像。使驾驶者产生完全身临其境的感受。使用这种飞行模拟器可节省50%的训练经费。

菲斯特研发的飞行模拟器简介：

飞行模拟器包括计算机、模拟驾驶舱、运动系统、操纵负载系统和视景显示系统等这些子系统组成，菲斯特目前主要是针对飞行模拟器中的视景显示系统而进行研制开发。

从世界飞行模拟器视景显示系统近年的发展趋势来看，由Link公司开发的SimuSphere系统走在了整个行业的最前列，这一显示系统采用了正十二面体结构，其现代化的设计涵盖了从制造技术到图像发生器技术的所有技术领域的最新进展。而菲斯特也正是以十二面体正五边形仿球体的单座战斗机飞行座舱视景显示系统为研发方向，目标是研制开发出世界一流水平的飞行模拟器视景显示系统，为中国航空事业。

由于在单座战斗机飞行模拟器众多的子系统中，最重要的两个子系统是视景系统和运动系统。而如图所示的由九个正五边形背投显示单元拼接而成的仿球面全视景系统则是比较先进的飞行模拟器视景显示系统。

仿球面全视景系统图

三枪投影机、驾驶员座舱、反射镜、投影机

产品描述：
菲斯特航空模拟视景显示系统主要由4个单元部分组成：
①.显示系统的结构部分：
A、支撑结构
B、屏幕单元结构
C、屏幕微调节机构
D、安装投影机的六自由度调节机构
E、安全门
②.投影屏幕：
A、屏幕材料物理指标
热变形温度：≥ 78℃
热膨胀系数：7.0E10-5 m/℃
材料吸湿性：≤0.2％
布氏硬度：≥18kg／mm2
屏幕厚度：5±0.1 mm
光学散射层厚度：≤0.15±0.01mm
光学散射材料：石英或者二氧化钛
散射材料粒径：≤ 0.03mm
B.屏幕材料光学指标
解析力：6~7线对／mm
半增益散射角：≥34°
对比度：150：1
光透过不均匀性：≤ 5％
增益：2～3
透过率：≥50％
下面为对应的参考指标：
表面绝对反射率：≤1%
雾度：≤ 5～10%
屏幕成品外观：
屏幕颜色：深暗色
屏幕表面特性：
表面铅笔硬度：≥ 5H
旋转钢丝绒165kpa抗磨损：≤1％
表面电阻：≤ 1010Ω