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前言：大型水陆两栖飞机操作程序较常规CCAR25部运输类飞机更为复杂，机组工作量也更加繁重，机组分工及驾驶舱人机工程也更加精细化。为了有效开展飞机操纵性、稳定性和飞行品质的分析与评估，操纵、航电、任务系统的设计验证和仿真，试飞员/飞行员的培训和风险科目演练，MOC8等适航验证及AEG评审等，需要研制工程模拟机和全动模拟机。本文对大型水陆两栖飞机模拟机的技术特点及开发程序进行研究，为模拟机开发做好前期储备。
关键词：水陆两栖飞机；模拟机；开发
一、研制目的
大型水陆两栖飞机为我国自主研制的森林灭火、水上救援等特种多用途飞机，该机可以实现陆基机场起降和水面起降。因主要作业科目均在低空、低速状态实施，飞行员负荷较常规CCAR25部运输类飞机大幅增加。飞机水面起降过程中因受载情况发生明显变化，水面方向操纵也需在水舵、方向舵和发动机功率控制之间频繁切换，同时还受到水面镜面效应和喷溅等对视野的影响，以及波浪、涌浪对机身横侧向力作用等，导致外部干扰的多样性、操纵程序的复杂化，均对飞机设计和飞行员培训提出了更高的要求。飞行模拟器可以有效开展飞机操纵性、稳定性和飞行品质的分析与评估，对操纵、航电、任务系统的设计验证和仿真，对试飞员/飞行员的培训和风险科目演练，实施MOC8等适航验证及AEG评审等，是加快研制进度、解决技术问题、完善运营支持体系的有效载体，需尽快推动研制。
二、研制要求
大型水陆两栖飞机模拟机分阶段实施，先行研制工程模拟机，主要由座舱模拟系统、视景系统、声音模拟系统、计算机及网络系统、接口系统、飞机性能仿真系统、航电模拟系统、控制台系统和辅助系统等主要部分组成。后续不断开发研制形成C级以上全动模拟机。
模拟机研制，首先要满足逼真度要求，例如性能仿真需要能够有效模拟完成飞机飞行性能、动力装置性能、空气动力效应、飞机的操纵性、飞行品质等。而且要模拟飞机运动的动感，并通过视镜系统、座舱显示器和仪表等，为受训人员提供正确的瞬时或持续的运动感觉暗示。因大型水陆两栖飞机采用涡轮螺旋桨发动机，飞机降噪要求较高，模拟机还需模拟逼真的环境噪音，同时屏蔽来自模拟机设备和可能影响系统逼真度的平台运动噪声和电机声等其他声音，为受训人员提供真实的感受环境。
模拟机座舱需要与飞机尺寸、内部布局以及内部主体颜色等保持一致，并模拟飞机仪表、显示器、开关、按钮、照明和操纵器件等，这些关键系统部件应与被模拟飞机保持一致，包括外观、尺寸、安装位置、标识标牌、功能及工作极限条件以及工作模式、操作方式、操作特性等。模拟机内的驾驶杆、油门杆、和脚蹬等，需要严格符合飞机作动行程和杆力大小等，做到操作方法、操纵特性、运动方向、力感及操纵响应要与被模拟飞机一致。激励和显示系统，需要完全模拟飞机各系统信号，并与飞机显示完全一致。
模拟机视景系统，主要考虑视角、通道数、刷新率等，视景系统要能够模拟各种气象条件下，各种飞行状态时的视觉效果，要满足飞机作业使用环境的空、地景物及其相对运动动态效果。飞机起降为飞行员主要训练科目，视景系统需要满足受训人员正确判断滑跑距离、离地高度、下降速度及与跑道相对运动和距离变化等视觉效果要求。对于大型水陆两栖飞机特种作业及水上起降，由于前期数据较为匮乏，是视景系统研制开发的重点。
同时，模拟机航电系统要在真件柜内安装与被模拟飞机达到相同功能、性能的同一型号设备，并且要模拟正常状态、故障状态及各类作业过程中各种状态现象，并且要在多种工作模式间实现逻辑转换和操作响应，满足模拟机研制要求。
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除以上要求外，模拟机还要满足环境指标、可靠性指标和系统时间延迟指标。环境指标重点是温、湿度，同时考虑霉菌、湿热、盐雾以及系统的电磁兼容等。一般室内需要恒温或温度变化较小，湿度要求至少不凝露。对于可靠性、维修性等方面， 主要考核模拟机的平均故障间隔时间(MTBF)和平均修复时间(MTTR)。模拟机应具有最小的系统延迟，参照标准，大型水陆两栖飞机应小于140ms。同时由于模拟机系统复杂、体积较大，需考虑模拟机的包装、装卸、贮存、运输、安装等要求。
大型水陆两栖飞机模拟机数据包采用真实试飞数据和同类飞机飞行数据，确保得到校核和验证。部分无法取得的数据暂时采用设计、计算数据和风洞吹风数据等，在后期获得试飞数据后，对模拟机使用的模型和数据再进一步修订。
三、模拟机重点数据
大型水陆两栖飞机模拟机研制，重点采集数据包括：
（1）飞机几何形状、尺寸和详细布局；
（2）以3个线性力和3个角力矩系数的形式提供定义轴的气动设计数据；
（3）水上起降的相关水动力数据；
（4）飞机质量特性数据；
（5）飞行控制系统的相关参数，例如：舵面行程和偏度限制位置，驾驶杆/盘的中立位置、杆力特性，舵面偏度与驾驶杆操纵行程的关系曲线等；
（6）增生装置(襟/缝翼、扰流板)的最大偏转角度，偏转角度与操纵机构的对应关系等；
（7）刹车起落架的位置、收放控制时间、不同条件下的刹车摩擦数据等；
（8）动力系统的控制逻辑，飞行包线内的参数，诸如推力、发动机排气温度、低压转子转速N1、高压转子转速N2、第三转子转速N3、发动机增压比、燃油流量等，以及次要参数，诸如滑油温度和压力等；
（9）螺旋桨系统叶片角度偏转相联系的限制、止动和增益的详细情况，所有手动或自动顺桨操作的详细情况，螺旋桨拉力与桨叶角、螺旋桨前进比、和螺旋桨转速的数据等；
（10）辅助动力系统起动、关机、和选择的使用负载下的所有指示参数和控制参数的飞行试验时间历程，状态，包括速度、高度和温度；
（11）燃油系统每一油箱的重心与燃油量的关系曲线，燃油系统的供用油控制逻辑、燃油温度、燃油压力、燃油油量的相关数据；
（12）液压系统所有主要元件和详细的压力及回油管路分布的液压系统原理图，液压压力蓄压、释压以及液压油量的相关数据；
（13）电源系统发电机、变压器／整流器装置和汇流条的框图，供电控制逻辑、电压、频率、负载以及电池充放电的相关数据；
（14）机上导航系统的配置说明，使用说明，性能指标等；
（15）自动飞行控制系统的配置说明，使用说明，操作说明，性能指标，系统原理图，接线图，模式切换逻辑以及各模式控制率等。
（16）指示记录系统的驾驶舱仪表、显示器、控制板的布局、使用说明，系统原理图、接线图，仪表、显示器上的符号、字符、线条的颜色、字体、大小、含义等。
四、结论
大型水陆两栖飞机模拟机的研制，较传统CCAR25部飞机复杂程度更高，特种作业和水面起降等数据采集需要做好项目研制整体策划，提前开展，才能确保模拟机软硬件均达到标准要求，实现技术和产品的突破。
参考文献：
1.CCAR-60《飞行模拟设备的鉴定和使用规则》
2.GJB1395A-2009《飞机模拟器通用规范》
3.Flight Simulator Design and Preformance Data Requirements 7 Edition 2009 IATA
论文作者:高越松 张成巍
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第08期
论文发表时间:2019/9/10
标签：飞机论文; 系统论文; 模拟机论文; 水陆论文; 数据论文; 螺旋桨论文; 燃油论文; 《科学与技术》2019年第08期论文;