自20世紀初發(fā)明飛行以來,個人、公司和政府一直都在致力于設(shè)計和開發(fā)安全、高效的飛行員訓(xùn)練手段,以便在他們獨自飛行之前進行培訓(xùn)。當(dāng)然,早期一些飛行員確實是在第一天就被直接放到駕駛艙里,在美國陸軍上校F.P. Lahm的1909年日記中對此有詳細記錄:
“10月5日,機械師為我們建了一個小屋,開始安裝設(shè)備,設(shè)置了起飛柱和賽道,Wilbur(指飛行之父威爾伯·萊特)對我們進行飛行培訓(xùn)。經(jīng)過三個小時的雙人培訓(xùn)后,我們就被允許試駕并進行了第一次獨立飛行。幾天后,我被認定有資格載客,并成功執(zhí)行此任務(wù)?!?/p>
但是,隨著飛行變得更加普遍,對于更好的訓(xùn)練飛行員在第一次世界大戰(zhàn)中的需求迅速增長,飛行模擬器的概念也隨之增加。
飛行模擬器是一種設(shè)備,它試圖復(fù)制飛行員在駕駛艙內(nèi)可能遇到的真實條件、環(huán)境和情況。自100多年前誕生以來,用于飛行模擬的實際設(shè)備有了極大的發(fā)展。
飛行模擬器在第一次和第二次世界大戰(zhàn)的推動下,從懸掛在繩索上的飛機發(fā)展到更像視頻游戲的虛擬飛機,如今被軍用飛行員、商業(yè)飛行員和游戲愛好者等廣泛使用。
20世紀50年代后期,電子技術(shù)和計算機技術(shù)的進步為飛行模擬帶來了革命性的變化。目前的飛行模擬器采用計算機圖形學(xué)技術(shù)和三維仿真軟件,提供高保真度的視景系統(tǒng)和各種環(huán)境反饋,幾乎完美地模擬了真實的飛行體驗。而現(xiàn)在的VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)更是將飛行模擬推向另一高峰。
其他設(shè)備專注于代表飛艇的俯仰和滾轉(zhuǎn)。還有一些是在第一次世界大戰(zhàn)需要飛行員訓(xùn)練時開發(fā)的,旨在測量訓(xùn)練飛行員的反應(yīng)時間。
最終,設(shè)備得到了提升,教練員能夠引入姿態(tài)干擾以模擬飛行員可能面臨的困難風(fēng)和天氣條件。其中被廣泛使用的是林克訓(xùn)練器(Link Trainer),由愛德溫·林克(Edwin Link)在1927-1929年間研發(fā),于1930年申請專利,并被宣傳為“高效的航空培訓(xùn)輔助工具和新穎、有益的娛樂設(shè)備”。林克因此被譽為“模擬之父”。
正當(dāng)這些設(shè)備變得越來越豐富時,“盲飛”或儀表訓(xùn)練被推動到了臺前。一些新型教練機是在現(xiàn)有的運動教練機上構(gòu)建而成的,例如Link Trainer,將其配備了假儀表。其他一些是為儀表飛行訓(xùn)練任務(wù)專門發(fā)明的無法拆卸的設(shè)備。
Link Trainer在20世紀30年代仍然是主導(dǎo)的飛行模擬器,被全球眾多國家所購買。美國航空公司在1937年購買了第一架Link Trainer,成為第一個采購該產(chǎn)品的商業(yè)航空公司。
20世紀30年代后的電氣和電子方法進一步發(fā)展。其中一種方法是在隨機信號的基礎(chǔ)上開發(fā)了白噪聲發(fā)生器,以便更準確地對系統(tǒng)進行測試。另外,研構(gòu)出小巧的計算機和查表伺服驅(qū)動系統(tǒng),以及數(shù)碼化和接口的引進等也都取得了發(fā)展。
Edwin Link還與P. Weems合作開發(fā)了天文導(dǎo)航訓(xùn)練器(CNT),以提高二戰(zhàn)期間英國飛行員的天文導(dǎo)航能力。該設(shè)備能夠容納多名機組人員,并允許基于天空或地面的參考進行導(dǎo)航,如上方合成夜空中所見,或下方在白色屏幕上投射而成。
軍事、商業(yè)航空公司甚至一些熱情洋溢的個人在飛行訓(xùn)練和處理飛行模擬器時面臨的兩個大問題也是如何有效和高效地培訓(xùn)飛行員。
有效的培訓(xùn)意味著設(shè)計和開發(fā)較高質(zhì)量、較少時間消耗的方法,讓新飛行員準備好進入駕駛艙獨自飛行。為了進行有效的培訓(xùn),飛行員必須在現(xiàn)實環(huán)境中接受培訓(xùn),體驗情況、條件和場景,這些情況幾乎與他們成為駕駛艙中的人所經(jīng)歷的相匹配。
這些利益相關(guān)者面臨的另一個問題是效率。雖然在飛行模擬的早期,設(shè)備相當(dāng)原始,因此成本相對較低,但對于后來的模型(包括CNT),情況并非如此。CNT高13.7米,底部寬7.9米,需要放置在一個有空調(diào)的八面墻的建筑中。
由于空間和預(yù)算限制,模擬器的數(shù)量遠遠不足需要每天進行培訓(xùn)的飛行員數(shù)量。這意味著軍隊和航空公司的培訓(xùn)能力不夠充分,只會延長他們完全培訓(xùn)一名飛行員所需的時間。
這是目前行業(yè)面臨的兩個重要的問題,也是有大增長和改進空間的地方。