模擬駕駛艙在飛行教育中的應(yīng)用

許曉帆

摘 要：介紹了模擬駕駛艙這一新出現(xiàn)的模擬訓(xùn)練手段；對(duì)比分析了其與CBT、IPT、FFS等已有模擬訓(xùn)練手段之間的優(yōu)缺點(diǎn)；研究了模擬駕駛艙在飛行教育中的應(yīng)用方式。

關(guān)鍵詞：模擬駕駛艙 全動(dòng)模擬器 飛行訓(xùn)練

合格的飛行員除了應(yīng)自發(fā)地運(yùn)用飛行技能完成飛行，還應(yīng)當(dāng)自覺(jué)地運(yùn)用航空理論知識(shí)指導(dǎo)自己的飛行操作，這也是飛行教育所追求的人才培養(yǎng)目標(biāo)。如何促進(jìn)飛行學(xué)員將航空理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為飛行技能，是飛行教育機(jī)構(gòu)所關(guān)注的核心問(wèn)題。合理運(yùn)用模擬仿真手段，可以為飛行學(xué)員構(gòu)建逼真的練習(xí)環(huán)境，既能促進(jìn)理論知識(shí)的理解，也能提供及時(shí)的訓(xùn)練反饋。這種做法符合行為心理學(xué)以及控制論的相關(guān)原理[1]，有效地銜接了理論學(xué)習(xí)和實(shí)機(jī)飛行兩個(gè)階段。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前飛行模擬訓(xùn)練手段已經(jīng)由最初的飛行模擬器演化為從最高端的全動(dòng)模擬器（FFS，F(xiàn)ull Flight Simulators）到基于PC機(jī)的教學(xué)輔助軟件（CBT）的一系列解決方案。本文將介紹一種新出現(xiàn)的模擬飛行訓(xùn)練手段——模擬駕駛艙（simulation cockpits或simpits），在分析其特點(diǎn)的基礎(chǔ)上研究其應(yīng)用方法。

一、當(dāng)前的訓(xùn)練手段及體系

目前飛行教育領(lǐng)域主流的模擬訓(xùn)練體系為“CBT—IPT（程序練習(xí)器）—FFS”[2]。對(duì)于機(jī)載設(shè)備比較特殊的飛機(jī)，有時(shí)在IPT和FFS之間會(huì)加入基座固定式模擬機(jī)（FTD，F(xiàn)light Training Devices）這個(gè)訓(xùn)練階段來(lái)鞏固應(yīng)急程序或儀表程序。IPT、FTD、FFS的優(yōu)點(diǎn)是為學(xué)員提供了仿真的訓(xùn)練環(huán)境，缺點(diǎn)在于軟硬件均需要獨(dú)立開(kāi)發(fā)，研發(fā)周期長(zhǎng)。D級(jí)FFD的研發(fā)難度和研發(fā)成本越來(lái)越高[3]。如果標(biāo)的飛行器的技術(shù)狀態(tài)更改，模擬訓(xùn)練設(shè)備本身的二次開(kāi)發(fā)難度也很大。硬件設(shè)備需要有高標(biāo)準(zhǔn)的場(chǎng)地放置，并保持溫度等外部環(huán)境的穩(wěn)定，并且需要專(zhuān)門(mén)的保障團(tuán)隊(duì)對(duì)硬件設(shè)備和模擬軟件進(jìn)行維護(hù)，全壽命成本較高。對(duì)于學(xué)員來(lái)說(shuō)在整個(gè)飛行訓(xùn)練階段，模擬器并不能保證隨時(shí)可用，這導(dǎo)致部分訓(xùn)練內(nèi)容（主要是應(yīng)急程序和儀表程序）要么不能獲得充分的訓(xùn)練時(shí)間，要么拉長(zhǎng)了整個(gè)訓(xùn)練周期。與之相對(duì)，CBT基于網(wǎng)絡(luò)化的PC平臺(tái)，軟件基于通用的視窗操作系統(tǒng)，成本低廉，易于部署和維護(hù)，可以保證較高的完好率和可用性。其缺點(diǎn)在于人機(jī)界面仍然是鼠標(biāo)加鍵盤(pán)，學(xué)員在練習(xí)中的交互仍然與真實(shí)飛行存在較大不同，操作反饋不足，也同樣無(wú)法完全滿足前面所述的訓(xùn)練內(nèi)容的環(huán)境要求。CBT與練習(xí)器、模擬器之間出現(xiàn)了較大的鴻溝。

二、模擬駕駛艙的技術(shù)特點(diǎn)

模擬駕駛艙是在上述模擬訓(xùn)練設(shè)備之外新發(fā)展出來(lái)的新型模擬訓(xùn)練設(shè)備。該訓(xùn)練設(shè)備采用通用桌面架構(gòu)PC機(jī)和基于Windows平臺(tái)的模擬飛行軟件作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，駕駛桿（盤(pán)）、油門(mén)、腳蹬等可采購(gòu)?fù)ㄓ玫腢SB接口電腦外設(shè)。對(duì)于機(jī)載設(shè)備操作面板的模擬有兩種方案：一種低成本的方案是采用模擬飛行軟件內(nèi)建的交互界面，使用鍵盤(pán)鼠標(biāo)進(jìn)行操作[4]；另一種成本稍高的方案是使用基于模擬飛行軟件提供的SDK開(kāi)發(fā)模擬座艙面板，模擬座艙面板的硬件電路采用單片機(jī)系統(tǒng)，外殼采用3D打印技術(shù)生產(chǎn)，作為PC機(jī)的USB外設(shè)接入系統(tǒng)，操作方式的仿真度與真機(jī)相差無(wú)幾。由于在軟硬件及外設(shè)方面均使用了通用架構(gòu)的成熟產(chǎn)品，采購(gòu)成本和后期維護(hù)成本進(jìn)一步降低，不需要配備專(zhuān)職人員進(jìn)行管理。

微軟模擬飛行、X-Plane等模擬飛行軟件在windows系統(tǒng)下均有良好的優(yōu)化，對(duì)硬件計(jì)算性能的要求也比IPT和FFS要低得多，整體設(shè)備的發(fā)熱量降低，對(duì)場(chǎng)所環(huán)境的溫度要求也不再苛刻。這樣一來(lái)，模擬駕駛艙設(shè)備可以較大規(guī)模部署，能夠?qū)崿F(xiàn)每名學(xué)員單獨(dú)使用一臺(tái)模擬駕駛艙，訓(xùn)練時(shí)間可以得到有效保證。而一臺(tái)模擬駕駛艙加載不同的機(jī)型插件即可實(shí)現(xiàn)多種模擬駕駛艙所使用的模擬飛行軟件的強(qiáng)大之處在于在互聯(lián)網(wǎng)上擁有活躍的社區(qū)，世界各地的愛(ài)好者在該軟件的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了地景、機(jī)型、導(dǎo)航數(shù)據(jù)等數(shù)量巨大的插件。在模擬飛行平臺(tái)開(kāi)發(fā)商和使用者的共同努力下，已經(jīng)形成了良好的軟件協(xié)作開(kāi)發(fā)生態(tài)，某些功能的仿真程度已經(jīng)超過(guò)了高檔全動(dòng)模擬機(jī)，在標(biāo)準(zhǔn)化和擴(kuò)展性方面更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了傳統(tǒng)的模擬訓(xùn)練設(shè)備[5]。

模擬駕駛艙的技術(shù)特點(diǎn)可以歸納為：利用了成熟的模擬飛行軟件，功能全面，擴(kuò)展性高；依托于成熟的PC平臺(tái)，成本低、維護(hù)性高；采用USB操縱外設(shè)和定制的仿真座艙設(shè)備面板，具備可以接受的仿真操作環(huán)境。

三、模擬駕駛艙在訓(xùn)練中的應(yīng)用

模擬駕駛艙的出現(xiàn)并不旨在取代成熟的傳統(tǒng)模擬訓(xùn)練手段。FFS這類(lèi)模擬器所提供的視景和過(guò)載仿真效果目前來(lái)看還是難以替代的。應(yīng)該綜合分析多種模擬訓(xùn)練手段的優(yōu)缺點(diǎn)，合理搭配，組成科學(xué)高效的模擬訓(xùn)練體系。

CBT采用的是桌面電腦式的交互方式，更適用于理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。但是“鼠標(biāo)+鍵盤(pán)”式的模擬訓(xùn)練項(xiàng)目與實(shí)機(jī)上的操作方式存在著較大的差別，難以實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)向操作技能的躍遷。而IPT、FFS的使用開(kāi)始于模擬訓(xùn)練階段，此時(shí)學(xué)員已經(jīng)完成了全部的理論學(xué)習(xí)進(jìn)度，兩個(gè)環(huán)節(jié)相對(duì)分離。

如果在理論學(xué)習(xí)階段就引入模擬駕駛艙訓(xùn)練手段，則可以讓學(xué)員在該階段立即進(jìn)行理論知識(shí)的具體應(yīng)用。模擬駕駛艙可以承擔(dān)起CBT的全部模擬訓(xùn)練部分內(nèi)容，也可以承擔(dān)起IPT、FFS的一部分訓(xùn)練內(nèi)容，并按照理論學(xué)習(xí)的先后順序進(jìn)行組織，與每個(gè)知識(shí)點(diǎn)形成對(duì)照關(guān)系。模擬駕駛艙易于部署的特性可以使它在空間上更加貼近理論學(xué)習(xí)場(chǎng)所，訓(xùn)練的組織也可以更加靈活，學(xué)員可以自主地根據(jù)自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度，有針對(duì)性地選擇模擬科目進(jìn)行練習(xí)，而不必像模擬器練習(xí)那樣遵循固定的訓(xùn)練時(shí)間段。這樣一來(lái)理論學(xué)習(xí)和實(shí)際應(yīng)用形成更緊密的閉合回路，學(xué)員可以更加及時(shí)地收獲反饋，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效能。

模擬駕駛艙進(jìn)入理論訓(xùn)練階段對(duì)于后續(xù)的模擬訓(xùn)練階段的教學(xué)也具有促進(jìn)作用。模擬駕駛艙提供的模擬訓(xùn)練環(huán)境與IPT、FFS的相似度較高，學(xué)員的適應(yīng)性更強(qiáng)。而且此時(shí)的學(xué)員已經(jīng)在模擬駕駛艙中充分地練習(xí)了IPT、FFS的相關(guān)科目，可以進(jìn)一步提升模擬器的訓(xùn)練效果，避免在高級(jí)的模擬器上花費(fèi)時(shí)間解決低級(jí)的操作問(wèn)題。

四、結(jié)論

綜上所述，模擬駕駛艙是在PC機(jī)性能不斷提升、模擬訓(xùn)練軟件生態(tài)不斷演化、3D打印技術(shù)商業(yè)化等前提下出現(xiàn)的新的模擬訓(xùn)練手段。它具有類(lèi)似于IPT、FFS等傳統(tǒng)模擬器的逼真交互環(huán)境，又兼具CBT的經(jīng)濟(jì)性、維護(hù)性和易部署性。在理論訓(xùn)練階段引入模擬駕駛艙作為訓(xùn)練手段，既能增強(qiáng)航空理論學(xué)習(xí)的正向反饋效果，又能為后續(xù)的模擬訓(xùn)練打下良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]Vladimir Karnozov. Level D flight simulator for AN-148[J]. air fleet，2011，3（88）：2.

[3]張進(jìn). 中國(guó)進(jìn)軍高等級(jí)全動(dòng)模擬機(jī)領(lǐng)域[J]. 國(guó)際航空，2011，（10）：62-63.

[4]劉渡輝等. PCATD模擬飛行設(shè)備用于MPL的研究[J]. 中國(guó)民航飛行學(xué)院學(xué)報(bào)，2017，（5）：46.

[5]Lan Strachan.Military flight simulator census[J].MS&T magazine， 2012，4：47.