模拟飞行是怎么开始的（分享飞行模拟器的发展史）

航空人生

自从1903年莱特兄弟的“飞行者一号”拉开了人类动力航空史的帷幕，人们就要开始面对各种已知和未知的挑战，显然，在羽翼没有丰满之前还需要一个既安全又经济的成长“摇篮”。这就是飞行模拟器，与飞机几乎同时诞生，尽管从不离地，却托起了一代又一代蓝天骄子。
桶式飞行模拟器
1910年前后，在英国和意大利开始出现了固定在地面上的飞行训练器。在1910年桑德斯老师提出要发明一种地面装置用来训练飞行员，把自己设计的飞机机身通过万向支架安装在地面基座上。当有风吹来时，机身随之转动，机上人员操纵升降舵和方向舵等活动部件，就可以获得与真实飞行中相似的气动反应。一方面可以使飞行员掌握飞机的工作原理，同时还可以避免风险。之后桑德斯老师便开始按其设想进行构造。他按照实际飞机尺寸组装了一台飞行机器，通过连接点将其安装在一个暴露的位置，面朝风向。这样这台机器就可以能对副翼、升降机和方向舵控制做出反应，就像真正的那种飞机一样。不过由于风向及风速的不稳定，像许多早起的试验品一样，他还是失败了。
同年出现了一台专为“安托瓦内特”单翼飞机设计的训练器，其构造简单，外观如同一个剖成两半的木桶，附着于活动支架上，可以用来模拟飞机的俯仰和滚动。训练器由两个剖开的空木桶上下叠成，内部是活动的万向节，外部再装上支架和杠杆。使用时，两个教员通过杠杆上下左右地晃动支架以模拟气流的作用，坐在桶身上方的学员就要相应转动两边的操纵轮来克服外力的干扰，还可以用脚控制“舵面”来调整方向，而前头竖起的T型杆则是学员保持水平位置的参照物。这个“桶式训练器”勉强可以算得上是第一种专门设计的飞行模拟器了，但它不能对学员的动作产生准确的反应，实际效果并不理想，因此没有被广泛使用。

安托瓦内特“桶式”模拟器

机械气动式飞行模拟器
第一次世界大战的发生加速了航空各个领域的进步，有许多人开始尝试使用机电设备来制作模拟器。较有名的莫过于1929年美国艾德温·林克所发明的林克训练机，由于其全身颜色为蓝色，也被称为蓝盒子。林克训练机的固定基座上装有控制阀可以提供俯仰，滚转与偏航等飞行动作，其驾驶舱也提供了仪表飞行的教学环境。由于当时飞行训练器并不流行，林克训练器只能作为娱乐产品。直到1934年，由于一系列仪表飞行的意外，美军联系林克公司开展盲飞以及仪表训练，从这一时期开始，飞行模拟器也正式被人们所重视。在1939年至1945年的战争时期中，大约有一万套林克训练机被用来培训同盟国的新飞行员。二战的爆发进一步推动了飞行模拟器的发展。由于战争需要大量的飞行员，飞行员的培训的需求急剧增加，对飞行模拟器也产生的巨大的需求，因此飞行模拟器也进入了快速发展期。这一时期由于飞机设计的原因，例如增加了可变螺距螺旋桨，可伸缩起落架的引入，驾驶舱的声音训练也开始引入飞行训练器。

林克飞行模拟器

电子飞行模拟器
第二次世界大战导致电子技术和模拟计算机有了重大进步，许多模拟设备也被制造了出来。贝尔实验室的Dehmel博士积极投身到仪器飞行训练机的开发中，他在1943年说服了柯蒂斯-萊特公司制造他研发的飞行训练机并在之后与泛美航空合作，为波音377开发制造了一台飞行模拟器，这也是第一个由航空公司拥有的飞机模拟器。
1947年，英国海外航空（BOAC）也决定采购一款类似波音377模拟器的设备，并在1950年与雷迪丰公司和柯蒂斯-萊特公司达成开发协议，开发新的训练设备。这台设备采用了交流波，用电位器进行模拟计算，用400HZ同步飞机仪表驱动。控制单元使用了可变控制杆，根据空速计算出相应的值来控制伺服系统提供正确的力反馈。该设备在1951年完成，总共花费12万英镑。
同时林克公司也利用模拟计算开发电子的飞行模拟器，他们将交流变为直流，并进一步提高了精度。这一时期的飞行模拟器的主要问题还是缺乏相应的精确性数据，制造商只能各自采取各自方法去获取数据。

英国空军“哈利法克斯”机身模拟器

数字飞行模拟器
随着技术的发展，之前的模拟器已经渐渐无法满足可靠性的要求。而且由于不是实时系统，训练的仿真度也大打折扣。随着二代数字计算机的诞生，运行速度的提升和成本的下降，飞行模拟器也得以继续发展。20世纪60年代初，美国首先研制成功了晶体管数字电子计算机，使得模拟器具有运动系统和视景系统成为可能。
1958年雷迪丰Rediffusion公司为Comet Iv模拟器配置了俯仰运动系统；
1962年雷迪丰公司生产出第一台彩色视景系统
1972年，美国联邦航空局（FAA）批准了第一台比较经济又适用的商业模拟器的视景系统（VITAL Ⅱ），仅为夜间型。它能够实现简单但良好的光点模拟。
到了1970年代，飞行模拟器已经完全过渡到了数字化平台，但是计算能力的缺乏一直是飞行模拟器更进一步的瓶颈。直到21世纪，随着计算机计算能力的不断提升，计算机目前已经能毫无限制地完成飞行模拟器所需要的所有计算要求。1974年我国民航局引进了英国雷迪丰公司研制的以摄像机为辅助视景系统的飞机模拟机，能模拟波音707飞机和三叉戟飞机的起落、着陆、航线飞行和转场飞行，这是我国拥有的第一台现代化飞行模拟器。

数字飞行模拟器

沙盘视景系统

现代模拟机家族

二十一世纪末以来以高性能计算机为核心的新型模拟器开始进入各国的航空训练体系，并形成了系列化，主要的民用机型均配备了相应的模拟器。这些模拟器普遍具备完整的座舱设备及其模拟控制系统，除视景响应系统外可能还加入音响和烟雾发生模拟装置，整体座舱由六个自由度的运动系统支撑，不仅能反映正常的飞行姿态，还能模拟失速振颤和发动机喘振等效果。另外还设有飞行教员操纵台，供设置初始飞行条件，随时调整参数和插入故障等。

现代模拟机驾驶舱内

先进复杂的飞行模拟器造价高昂，有的成本已经接近或者超过了要模拟的真实机型，但在使用后带来的经济效益仍非常可观。在发展趋势上，一方面是将微电子、自动控制、人工智能、虚拟现实等领域的最新技术充分应用到飞行模拟器中，进一步增加其真实性；另一方面，改变以往先有实机再搞模拟机的做法，将飞行模拟器的研制和使用与相应机型的设计和生产同步进行，这样就会缩短飞行人员的培训时间，使新机型更快的投入运营。此外还注重将高级模拟器和普通模拟器进行合理的高低搭配，加上辅助教学建立完善的培训体系，从而提高设备的使用效率。