航空電子系模擬器專題
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第一章
模擬器概述
第二章
模擬器簡史
第三章
模擬器系統架構
第四章
模擬器產業分析與認證
第五章
結論

   
影片區
參考資料

 

第二章 模擬器簡史

2.1   飛行模擬器的先驅-林克機

 

2.2   早期的飛行模擬器  

               

2.3   70年代的模擬器

                                                                                                         

2.4   80年代的模擬器

 

2.5   我國自製各型模擬器

 

 

 

2.1    飛行模擬器的先驅-林克機   <back>

   最早的飛行模擬器,是由Edwin Link在1928年完成原型機的設計並取得專利,稱之為「Blue Box」。但在當時,這項發明並不被美國陸軍航空隊重視,因此Link並未順利取得訂單;數年後,在航空隊執行郵件運送的任務時,由於飛行員在天氣狀況不好的飛行訓練不夠,不幸地損失了十幾名飛行員,所以航空隊又請Edwin Link針對「Blue Box」作解說與展示,當時Link竟能在天氣不好的狀況下順利起降,令在場的官員大吃一驚,於是Link拿到六台「Blue Box」的訂單,而第一家模擬器製造商----Link Aviation Devices Inc.也於當時成立。在第二次世界大戰期間,該公司生產超過一萬台的飛行模擬器,銷售世界各地,包括日本、蘇聯、英國、法國、德國等,且於1937年首次賣給民航業者--美國航空公司。

圖 2.1.1  林克機與教官台       圖 2.1.2  1928年生產的林克機Blue Box

     

 

2.2    早期的飛行模擬器   <back>

 1939年,英國要求Link設計一台航空導航訓練器,目的在於訓練機組人員執行夜間轟炸任務時,提高投彈的命中率。Link與航空導航專家P.Weems共同設計開發,在1941年完成第一台航空導航訓練器的製作,此訓練器是一棟45尺高的建築物,裡面可同時訓練飛行員、領航員、及投彈手,這可說是多功能訓練模擬器的先驅。之後,英國人Gordon Iles設計出一多功能飛行模擬器「Silloth Trainer」,功能包含飛行模擬、投彈模擬、逃生模擬、音效模擬、緊急操作步驟的模擬等,並可以透過教官檯面板設定引擎系統、液壓系統、電力系統等各式狀況,這多功能模擬器的誕生,似乎已把當時機械技術和氣壓技術發揮到極致。

圖 2.1.3 1941年第一台航空導航訓練器   圖 2.1.4 1943年類比電腦Z-1模擬器

              

在此之前的模擬器,訓練的基準係由有經驗的飛行員作適度的校正,使模擬器的反應大致上符合訓練的需求,而不是以氣動力模式計算而得的結果。直到1941年英國的F.C.Williams和Velodyne在Telecommunications Research Establishment(TRE)發展出電子式的模擬器,它可透過類比電路的計算,解出簡化的飛機運動方程式,主要是在訓練空中攔截雷達的操作。 在40年代,隨著類比電腦漸漸開始扮演模擬器中的計算角色,在1943年Dr. Dehmel 開始運用類比電腦推動儀表系統,之後發展而成Curtiss Wright 公司Z-1模擬器,為美國空軍AT-6機型的模擬器,如圖2.1.4所示。

 1943年美國貝爾實驗室也為海軍製造PBM飛機的電子式模擬器,號稱第一台專為特定飛機提供氣動力特性的訓練模擬器。1948年Curtiss-Wright公司為Pan American Airways製造波音377 Stratocruiser模擬器,雖然沒有動感及視效系統,但擁有與實機一模一樣的座艙,可容納所有機組員模擬緊急操作程序,透過導航裝置模擬飛行既定的航線,及各種程序性的模擬操作,其真實度已讓當時的機組員印象深刻。

在1950年代,隨著計算機技術的發展,類比式的計算系統已逐漸被數位系統取代,數位系統可提高解方程式的精確性,因此模擬器的功能並不單純的只是訓練飛行員的操作,還可透過計算提供飛機研發所需的資料,1960年美國海軍的 UDOFT (Universal Digital Operational Flight Trainer)計劃成功地展示數位模擬系統在解析飛機運動方程式的表現。

在1950年代中期之前的模擬器幾乎沒有動感系統和視效系統,因為當時模擬器的目的主要是訓練程序性的操作,然而無法感受到飛行的感覺,這是固定式模擬器讓人有異議的地方。

1958年Rediffusion公司生產了Comet IV模擬器,可提供飛行時俯仰角動感模擬功能,至於加速度感的模擬則是到六自由度動感系統發展出來後才實現。

在視效模擬方面,雖說自有模擬器開始人們就想做出逼真的景像,但是技術一直沒辦法突破,到1950年代中期發展出閉路電視系統,才有黑白的影像投影模擬畫面的應用。

1962年Rediffusion公司製造出第一台彩色的視效系統。之後,隨著微電子技術的發展,美國奇異公司製造了電腦影像產生系統,使得平面的影像演進至立體的物件。從此飛行模擬器進入一個嶄新的時代

 

2.3   70年代的模擬器   <back>

   表  七○年代美空軍F-16模擬機裝備系統定義與功能需求  

項次

裝備種類/名稱

系 統 定 義 / 功 能

   訓 練 目 標 / 用 途

1

IVD

PC與Laser Disc組成,所有各飛機次系統之圖解及文字說明均用光碟片製成,並顯示於終端機螢幕。

飛行員僅需抽取想要研讀之光碟片即可由終端機上看到相關資訊,採集中授課或單獨自我教學方式。

2

CMT

具真實尺寸之座艙實體,座艙內各廊板之電門可實際動作,但不具任何功能操作,儀表採用照像版顯示。

以熟悉座艙內各開關與儀表位置及功能定義。

3

AIT

簡易之半座艙,以終端機顯示簡易視效供飛行參考,另旁邊設置可顯示雷達掃瞄範圍之顯示幕。

主要目的為加強飛行員熟悉非目視搜索、雷達操作、目標鎖定等各種功能運用,並包括武器系統選擇與投射之時機及空中攔截之飛行路徑與作為之思考訓練。

4

AFT

簡易之半座艙,但有完整之空電裝備,抬頭顯示器與多功能顯示器之動態顯示功能,並可簡易操控飛行。

主要提供飛行員熟悉操作空電系統功能。

5

CPT

座艙裝備之駕駛桿與油門手柄採用飛機件,其餘皆為模擬元件,並以簡易視效系統提供飛行參考,但無空電操作功能。

提供飛行員演練正常與緊急座艙操作程序,基本飛行及簡易武器系統操作。

6

PTT

裝備設計依據某些特定課目需求而定。

目的乃提供某些特定飛行任務之應用(如雷達攔截、武器投放等)。

7

OFT

包括一完整之座艙,元件均為飛機實體裝備或仿真裝備,含各次系統功能及空電系統;視效系統以Channel Beam Spitter方式以大型終端機顯示約 135度×40度範圍視效景像,因此顯像十分清淅,有助於起降飛行及目標機追瞄;並有功能完整可設定初始值、武器掛載及目標機參數等資料以及監控座艙內飛行情況之教官台。

主要目的係使飛行員在完成有關學科及經過各級模擬機之訓練後,再藉此裝備,實際瞭解線控飛操之飛行特性,並熟練飛機空電、武器系統操作與空戰演練。

8

EPT

包括一簡易之座艙,具彈射座椅、逃生程序應用之操作裝置、束縛帶及穿刺用具。

座艙逃生訓練用。

 

2.4   80年代的飛行模擬器   <back>

 

   表  八○年代美空軍新增F-16模擬機裝備系統定義與功能需求

         

項次

裝備種類/名稱

系 統 定 義 / 功 能

   訓 練 目 標 / 用 途

1

ULT

包括一完整之座艙,各電門均可操作,主要飛行儀表、左右多功能顯示器係由一具終端機負責顯像,安裝於座艙前中央儀表板區;採用單頻道視效投視系統,視效顯像區為30度×40度之範圍,具抬頭顯示器畫面,具音效模擬系統;並由控制台直接設定初始值等模擬狀況,可聯接於WST系統執行組合訓練。

提供飛行員熟練座艙實習、地面程序操作、起降/進場、正常操作、緊急程序操作、抬頭顯示器及多功能顯示器之操作、武器雷達攔截、空對空、空對地及電子戰顯示操作等課目。

2

WST

包括一完整之座艙,元件均為飛機實體裝備或仿真裝備,含各次系統功能及空電系統;視效景像顯示於360度範圍之24呎球屏幕上;並有功能完整可設定初始值、武器掛載及目標機參數等資料以及監控座艙內飛行情況之教官台;可聯接於UTD系統執行組合訓練。

提供飛行員一個高真實度、互動的訓練環境,以演練所有的正常操作程序、重要的緊急操作程序、空對空武器應用、空對地武器應用及戰術任務課目等。

     : 訓練裝備縮寫名稱 -

  CBT = COMPUTER BASED TRAINER

  IVD = INTERACTIVE VIDEO DISC

  CMT = COCKPIT MOCKUP TRAINER

  CFT = COCKPIT FAMILIARIZATION TRAINER

  EPT = EMERGENCY PROCEDURES TRAINER

  AFT = AVIONIC FAMILIARIZATION TRAINER

  AIT = AIR INTERCEPTION TRAINER

  PTT = PARTIAL TASKS TRAINER

  CPT = COCKPIT PROCEDURES TRAINER

  OFT = OPERATIONAL FLIGHT TRAINER

  AFS = AIRCRAFT FLIGHT SIMULATOR

  ACMI = AIR COMBAT MANEUVER INSTRUMENTATION

  UTD = UNIT TRAINING DEVICE

  ULT = UNIT LEVEL TRAINER

  WST = WEAPON SYSTEM TRAINER

  FMTS = FULL MISSION TRAINING SYSTEM

2.5   我國自製的模擬器   <back>

我國模擬器的發展始於民國73年底於中山科學院航發中心航空研究所數控飛操組成立模擬小組,正式展開我國模擬工業之先期發展。因應工作與業務上之需要,民國78年4月1日模擬小組擴編為中山科學研究院第一研究所飛機模擬組,簡稱飛模組或模擬組。同年7月7日,飛機飛行模擬器第一階段(Aircraft Flight Simulator Phase I, AFS I)正式啟用。民國78年至80年間,飛機模擬組同仁先後開發完成可程式目標機、試飛重現等模擬功能設計,並因應經國號戰機之構型更新,執行模擬版本更新工作。民國80年3月,空軍考量模擬飛訓及戰術戰法研析需求,委託飛模組繼續籌建飛機飛行模擬器第二階段(AFS II),民國82年中完成第二球安裝及雙球連線,同年7月7日正式啟用。民國82年底,飛模組完成可重組座艙(Re-Configuration Cockpit)飛行模擬器,分別參加82年資訊展及自強會議成果展,頗受各級長官之嘉許,空軍更因此於84年決定委託研製六套經國號戰機基礎級飛行模擬器, (Unit Training Device, UTD)。民國86年中,模擬組完成六套空軍委製之模擬器,並將此國人第一次自製即成功之模擬器於86年台北航太展及87年新加坡航空展中展出。87年完成油輪級操船訓練模擬器雛型研製,89年完成兩套空軍經國號戰機逃生訓練模擬器生產,以及空軍F-5E基礎飛行模擬器生產,91年完成岡山醫院空間迷向機、彈射座椅訓練器、夜視力夜視鏡訓練器等三項裝備承製。92年完成的計劃計有:勁武計畫天劍二型人機界面模擬器一套,國軍整體電子戰測試案之載具模擬器二套。93年完成的計劃計有:陸軍TH-67直昇機全功能飛行模擬器二套,陸軍M48H/M60A3組合型戰車模擬器二十四套,以及空軍F-5E全功能飛行模擬機一套。由此可知,我國的模擬工業技術能量不斷地在累積中,由於品質優異價格亦比國外同級產品低廉,未來擠身於世界模擬工業之林,是指日可待的

 

 圖 2.1.4 空軍F-5E飛行模擬器機                圖 2.1.4 經國號戰機基礎級飛行模擬器