装备模拟器范文1
关键词：模拟训练器；维修训练；设计
引言
随着我军高新装备的不断配发，模拟训练器的研制已经在各个兵种大范围的开展，但从实际效果来看，目前主要局限在对实装操作的模拟训练装置研制上，较少开展维修模拟训练装置的研究，归其原因主要为：经过装备操作训练，操作步骤较好掌握，便于进行操作模拟训练装置研制；但装备维修训练，局限于真实故障的产生和需要维修人员较高的理论水平，不便于实际模拟。“某型装备超短波通信网模拟训练器”综合运用多种技术，仿真度较高，可广泛用于院校、部队的教学与培训，可开展操作使用模拟训练[1]、通信组网操作训练、分解结合训练、维修模拟训练等科目。
1 系统组成
系统组成包含A站设备及B站设备，两个站体设备完全一致，分别包含主控计算机1台、通信控制设备模拟装置1台和超短波电台模拟装置1台，可实现两站体之间的操作及维修训练。
A站与B站通信时借助电台模拟装置采用无线方式实现，可进行话音和数据传输。在站体内部，模拟的单体设备通过RS-485总线与主控计算机连接，主控计算机作为RS-485总线主控设备，通信控制设备模拟装置和超短波电台模拟装置作为子设备，主控计算机可以通过RS-485总线实时在线主动查询和设置通信控制设备模拟装置和超短波电台模拟装置，更加逼近实装操作。通过主控计算机还可以设置超短波电台模拟装置工作状态，采集超短波电台模拟装置工作参数，并与通信控制设备模拟装置进行组网通信，用于代替实装进行模拟维修训练。
2 系统功能
超短波通信网模拟训练器具有以下功能：（1）单装操作训练：能进行通信控制设备的操作使用训练，操作使用方式、操作界面与实装一致；能通过主控计算机软件设置超短波电台模拟训练器的各种参数。（2）通信组网训练：能进行超短波通信网组网训练。（3）分解结合训练：能进行单装设备的分解结合训练，其内外部结构与实装一致。（4）故障设置及维修训练：能通过计算机软件自动、人工手动两种方式设置并模拟单装设备各电路板的故障，其故障现象与实装一致；维修训练可以定位至电路板级，对故障电路板进行换件或通过主控计算机清除故障，可排除单装设备故障。
3 硬件系统设计
3.1 通信控制设备模拟装置
通信控制设备模拟装置在内、外部结构上与实装相同，结构图如图2所示，由底板提供总线插槽，总线插槽上插接嵌入式MCU、人机操作界面、8块接口板、电源、键盘接口、外设接口等电路板，其中键盘控制板和LCD显示屏位于前面板内侧，与实装结构一致。采用RS485接口通信方式连接到主控计算机，主控计算机软件对通信控制设备进行设置，可设置参数和模拟故障，MCU根据主控计算机软件参数设置情况，做出相应处理。主控计算机软件设置故障时，MCU通过继电器的断开控制接口板的通断，模拟故障现象，学员根据故障现象，分析并定位故障位置，及时维修故障，完成故障维修模拟训练，并从中了解整个故障分析思路和故障排除过程，为以后在实装维修中打下牢固基础。
3.2 超短波电台模拟装置
超短波电台模拟装置结构图如图3所示，硬件结构包括嵌入式MCU、无线模块、RS485通信接口、话机接口和数据设备接口。其中嵌入式MCU通过RS485通信协议和主控计算机连接，通过数据设备接口和通信控制设备连接，主要接收来自主控计算机软件设置的频段参数和密钥，通过串行接口将数据写入无线模块，对无线模块参数设置完成后，如果通信双方电台频率设置在同一频段内，密钥相同，两部无线电台之间就可进行话音和数据通信。
4 软件系统设计
4.1 上位机软件
主控计算机软件部分主要包括系统通信组网操作设置、自动故障设置模块。其中系统通信组网操作包含站体身份选择模块、电台参数设置模块、链路监控状态模块、数据通信模块等；自动故障设置包含故障设置模块、故障恢复模块、考核模块等。
4.2 超短波电台模拟装置软件
软件由通信模块、话音通信传输控制模块、通信参数控制模块和数据传输模块组成。通信模块负责模拟电台的通信传输，一方面数据通信传输，另一方面进行通信参数的接收，接收到收发两方的通信参数后进行判别，是否为正确的通信参数，如若正确，则进行通信传输，否则不进行通信传输，即使有数据或话音信号进行传输，通信参数控制模块必须给出能够传输或不能传输的决策。话音通信传输控制模块主要负责控制话音传输，而数据传输模块则负责数据通信传输。
4.3 通信控制设备模拟装置软件
通信控制设备一方面进行通信监听，另一方面监测用户输入进行状态查询和参数设置，移植了VxWorks实时嵌入式操作系统，具有多任务调度功能，可同时运行多个进程并行工作。
5 结束语
文章提出并设计的模拟训练器，功能齐全，满足了使用部门对训练器可靠性和逼真度的多方面要求，较好地解决了院校和部队维修保障分队训练装备缺乏及实装训练成本高昂的问题，起到良好的教学和训练效果，具有较高的推广价值和军事经济前景。
装备模拟器范文2
关键词 飞行模拟器 组成 信息化 控制
中图分类号：V217.4 文献标识码：A
Flight Simulator Composition and Control Technology Application
YANG Su
（Civil Aviation Flight University of China Suining Sub-college， Suining， Sichuan 629000）
Abstract Flight simulator is a device commonly used in aviation technology， which gained popularity in real flight simulation， can be of various flight control platform automation and simulation scenarios to play out the effect of artificial intelligence control. Traditional flight simulator has been unable to adapt to the requirements of high-end technology， in terms of flight instruction showing the obvious defects， reducing the safety of flight equipment work. Development of new simulation equipment is a necessary requirement for technological innovation； technological innovation is one of the current transformations of the domestic main content. Analysis of the composition and function of the core Flight Simulator will simulate information technology into operations， the establishment of modern analog control systems.
Key words flight simulator； composition； information； control
飞行模拟器可作为科研事业的模拟装置，对航空飞行活动进行“真实”的情景模拟，为飞行装备正式运行做好充分的模拟测试。随着信息科技的快速发展，飞行模拟器也采用了多种信息科技，计算机技术、无线传感技术、无线通讯技术等，为模拟器智能化控制创造了条件。根据现代信息科技的主要构成，以计算机技术、传感技术、通信技术为指导，演示为数字技术、遥控技术、无线技术等，对飞行模拟器自动化控制进行升级，保证飞行模拟器的智能化控制。
1 飞行模拟器研究意义
航空工程改造是国防系统建设的核心内容，为了不断优化现有军用武器装备，引用高端科技辅助军用设备操作是极为重要的。通过操作飞行模拟器，不仅减小了航空飞行装备的危险系数，且能在短时间内快速地完成各项飞行任务。本次首先研究了飞行模拟器的主要构成，涉及到模拟座舱、运动系统、视景系统、计算机系统等；其次研究了新型飞行模拟器的控制技术，注重信息科技的多项应用。①该项目完成后，不仅提高了模拟飞行器的工作性能，实现了人机一体化控制与无线传感控制；同时减小了航空营运事故的发生率，降低了航运设备的能耗系数；最终带动了收益额度的持续增长。
2 飞行模拟器的主要组成
（1）模拟座舱。座舱是飞行驾驶人员的“工作区”，执行飞行任务时对保持正确坐姿是很重要的。为了帮助飞行员找到最佳的位置，可选用训练用飞行模拟器的模拟座舱，其内部的各种操纵装置、仪表、信号显示设备等与实际飞机几乎完全一样，它们的工作、指示情况也与实际飞机相同。因此飞行员在模拟座舱内，就像在真飞机的座舱之中。
（2）运动系统。它是用来模拟飞机的姿态及速度的变化，以使飞行员的身体感觉到飞机的运动。飞行机器运动系统工作状况，决定了整个飞行操作的工作效率，必须要结合飞行机器结构组装运动系统。先进的飞行模拟器，其运动系统具有六个自由度，即在三维坐标中绕三个轴的转动及沿三个轴的线位移。
（3）视景系统。它是用来模拟飞行员所看到的座舱外部的景象，从而使飞行员判断出飞机的姿态、位置、高度、速度以及天气等情况。②先进的视景系统，是用计算机来产生座舱外部的景象，然后通过投影、显示装置显示出来。虽然飞行模拟器的视景范围属于虚拟状态，但其同样为飞行员提供了真实的操作场景。
（4）计算系统。飞行模拟器就是一个实时性要求很高、交流的信息量很大，精度要求较高的实时仿真控制系统。计算机系统承担着整个模拟器各个系统的数学模型的解算与控制任务，其可以由单一主控计算机作为数据处理平台，也可安装多台计算机作为并行处理系统，大大提升了飞行时相关数据的处理效率。
（5）教员控制台。它是飞行模拟器的监控中心，主要用来监视和控制飞行训练情况。它不但能及时显示飞机飞行的各种参数，飞机飞行的轨迹，而且还能设置各种飞行条件。航空飞行离不开地面指挥中心的全程调控，较远控制台也是飞行模拟器涉及的主要内容，重点按照飞行要求执行调控指令，保持空间飞行与地面控制的一致性。
3 新时期飞机模拟器控制技术应用
（1）传感技术。侧重传感信号的处理和识别技术、方法和装置同自校准、自诊断、自学习、自决策、自适应和自组织等人工智能技术结合，发展支持智能制造、智能机器和智能制造系统发展的智能传感技术系统。对行模拟器来说，其本身就是对人工操作的综合模拟，设置传感系统可感应人工动作信号，为飞行器调控提供正确的指导。③未来模拟器融入传感技术具有更便捷的操作性能，为驾驶人员创造更加真实的飞行场景。
（2）无线技术。飞行模拟器能够模拟的对象很多，主要集中于各类飞行装备，包括：飞机、卫星、导弹等，大部分集中于军事科技改造。地面指挥中心遥控飞行器，必须要由超远程的无线控制平台，这样才可准确地传递飞信信号。模拟器配备超远程无线技术是不可缺少的，无线图像监控系统工作频率高，相对波长短，其绕射能力差，传输时，必须满足视距条件，即接收和发射天线之间无遮挡，有遮挡时可加大功率绕射或设立中继站发站。
（3）数字技术。数字科技是一项与电子计算机相伴相生的科学技术，借助一定的设备将各种信息，包括图、文、声、像等转化为电子计算机能识别的二进制数字“0”和“1”，再进行运算、加工、存储、传送、传播、还原的技术。信息化是人类社会活动的必然趋势，计算机在推动信息化发展中占有重要作用，帮助用户解决了高速计算时遇到的种种问题。软件是计算机程序或指令硬件运行的数据集，其对于数字模拟器整体功能发挥有着很大的影响。
（4）人机技术。当前，飞行模拟已经成为航空科技研究必经的环节，任何一项航空飞行都必须事先经过模拟，确定无误后再正式进入飞行动态。模拟不仅减小了正式飞行的风险系数，也大大改善了飞行器的可调度功能。④航空器执行飞行任务中，所有操作都由驾驶人员参与操作，选定人机技术是飞行器控制技术的关键。例如，根据人机工程系统可灵活地调整飞机舱座椅，使驾驶人员出于最舒适的操控状态，有助于提高飞行机器的操作效率。
4 结论
飞行模拟器是现代军事工程信息化改良的重点对象，适用于高端航空飞行器装备的全面升级。为了保证各项飞行任务的有序进行，事先模拟飞行器空间运行状态是很有必要的，其能够及时发现飞行机器、飞行轨迹存在的问题，严格防范了实际飞行中各类事故的发生。
注释
① 许飞.我国航空飞行科技装备控制改造与升级研究[J].中国航空科技，2012.18（6）：12-14.
② 金子文.GPS定位系统应用行模拟器调试控制[J].科技创新导报，2011.32（17）：32-34.
装备模拟器范文3
航空兵已经成为现代战争中最为重要的作战力量，这一观点已为历史上和近年来诸多军事冲突所证实。随着航空兵在现代战争中地位的日益凸显，也对飞行人员的飞行乃至作战素质养成提出了近乎苛刻的要求。这种素质养成除了大量的理论学习外，飞行实践是必不可少的培训环节。在冷战之前，作战飞机的成本尚不算太高，飞行员可以通过增加实际飞行时间进行训练。但从冷战后期到现在，现代主战飞机的价格大幅度攀升至惊人的地步，现代化的教练机也同样造价不菲，这样就为实际飞行时间的增加设定了“成本限制”。现代飞行模拟器的出现较好地缓解了这一矛盾，一定程度上降低了飞行训练成本。然而，军用飞行模拟器并不是像某些人想象的那么简单，它本身就是航空模拟仿真技术的最高成果体现，要想拥有真正高仿真度的全任务飞行模拟系统，需要大量的基础研究，并将模拟仿真技术与现代军事训练的实际需求有机结合，才能收到实效。说到底，这是一项复杂的系统工程。
除了降低训练成本这个尽人皆知的优势，飞行模拟训练其实更重大的意义在于可能解决一个不可调和的矛盾，即可用于训练的飞行架次和飞行时间与飞行员训练需求之间的矛盾。美国空军公布的一项调查显示，在海湾战争爆发前，冷战环境下美国空军大部分实际飞行都是用于训练目的，而随着海湾战争的爆发和冷战结束，美国空军实际用于训练的飞行架次和时间都显著减少。产生这样的现象，一方面是冷战后削减军备的结果，另一方面则是局部战争中的部署/作战飞行，挤占了用于训练飞行的资源，而现代空军训练理论认为，部署/作战飞行是无法也不能代替训练飞行的。以F-15C部队为例，1990年时每架飞机每月用于训练飞行的小时数接近20，而到了2002年这一数字降至13左右。1991年每个F-15C飞行员每月飞行小时数为22，到2002年仅为17.5。用于训练的资源已经明显不足，影响了飞行员的飞行和作战素质养成。
另一个现实问题是，随着全球民航运输业的快速发展，许多资深飞行员会选择转入民航领域。这一现象在包括美国等西方国家空军经常发生，这种举动的直接后果是，空军资深飞行人员流失速度加快，而培养这样的飞行人员却费时费力，为了保持资深飞行人员的数量比例，必须设法改革训练方式，加快飞行人员素质和技能养成的速度，特别是加快培养出足够数量的资深飞行人员。
还有一些因素也可能制约实际飞行训练的进行，如德国是一个人口密度较高的国家，飞行训练的场地和空域受到限制。德国空军常常在其他国家训练飞行员，如加拿大和美国，但这样的训练活动耗资过大，难以经常进行。因此，德国陆军、海军和空军非常倚重飞行模拟训练。2010年德国就斥资5 400万美元，从加拿大CAE公司引进先进飞行模拟器，用于空军训练。CAE公司还为德国升级了原有的“狂风”全任务模拟器，更新其软件系统，以便让原有模拟器能够模拟更多的训练任务，如空对空雷达使用、雷达地形测绘、雷达地形跟踪等功能，成为全任务模拟器。
美军的解决之道
――DMO模拟
训练系统
早期的飞行模拟系统侧重于诸如仪表飞行、导航、程序掌握等飞行能力，这只能完成飞行员训练层级任务中最为基本的内容，这本身也限制了飞行模拟系统在现代空军训练中的地位。但随着计算机技术和系统仿真技术的发展，今天的飞行模拟器已经成为空军训练中不可或缺的装备，其使用规模和在总体训练中的应用比重正快速增加。美国现在采用的分布式任务作战系统（DMO）就是基于模拟技术和综合技术而成的高仿真度训练系统。这种模拟训练系统就能够提供飞行员训练任务层级中的高端内容，如空战战术训练和大规模作战训练等。而以往这些高端训练内容必须动用多架飞机进行实际飞行，除了增加飞机损耗和勤务保障费用，还需要动用大量人力物力来完成外部协同和指挥工作。虽然美军每年的预算巨大，但这种非作战训练行动的花费还是让他们十分头疼。
美国空军领导者将目前的DMO模拟训练系统称为“训练方式变革的基本要素”。在2006财年预算的参议院听证会上，当时的美国空军部长和空军参谋长联合出具的报告上有这样一段话：分布式任务作战系统（DMO）是美国空军训练转型的重要基石。出于战备水平建设的考虑，该系统能够通过应用高仿真的模拟技术让分布在多个地理区域的战斗机飞行员进行联合训练，将其训练成我们期望的飞行人员。DMO能够减少以往飞行员集中训练带来的旅行费用和无效的训练环节，提供高度模拟实战环境的任务训练，保持飞行员的战备能力。在提供高效训练环境的同时，DMO还能对受训者和各种武器系统做出评估。DMO将会极大促进现有和未来训练计划和技术，填补全员训练、演练和任务支持训练的空白。
DMO训练系统能够支持各个阶段的飞行训练，包括基本技能、任务能力、持续训练和飞行教官升级训练。DMO模拟器并没有现在一些大型模拟器采用的物理运动系统，美军的理由很简单，因为即使采用这样的系统，也无法逼真模拟战斗机的大过载环境。这种模拟器也有自己独特的优势。
“红旗演习”被誉为是世界上最为成功的空军演习，从空军训练理论分析，这种“成功”主要来自四个方面。首先，“红旗演习”是在广袤到几乎无限的空域进行的，飞行员可以自由地进行机动飞行。其次，演习中设置了许多苏联式样的防空武器系统作为威胁环境。第三，演习中动用了大量飞行人员，作战协同环境接近实战。最后，先进的报告系统可以准确测量所有飞行平台的信息数据，作为最后的评估依据。对于现代计算机系统而言，这四点优势很大程度上都可以通过高水平的模拟技术“复制”。为此美军于2010年10月利用DMO系统在新墨西哥州科特兰空军基地专门组织了一次大规模的虚拟空军演习，代号“沙漠转轴”（Desert Pivot），其实这就是在计算机上虚拟的“红旗演习”。受训飞行员的话最有说服力。接受过DMO模拟训练系统训练的飞行员表示，用这种模拟器进行训练和真正的飞机仍然不同，但这种高度仿真的训练环境却是他们在旧式模拟器上从未经历过的。
DMO是高度集成的综合模拟训练系统，美军目前将其应用目标完全放在空中作战上。DMO模拟器设定的训练任务不包括复杂的地面作业、起飞程序、进入作战地区等环节，也排除了空中管制问题，自然也不需要进近和着陆环节。这些偏基础的训练课目交给常规模拟器去完成。在DMO模拟器上，飞行员可以迅速地重启，重新执行一次训练任务或进入全新的训练环境，这比实际驾机飞行能够提供更大的训练强度。据估计，通过使用DMO系统，美军任务训练中心可以在单位时间内实现相当于真机训练4倍的训练量。DMO可以根据数据记录随时重现任务过程，这对于评估和场景重建意义重大。在传统的实际飞行训练中，效果评估是个大难题，参训人员常常为了是否发生了某种情况争论不休，而如今这些讨论会转移到这些情况是“怎样发生”和“为什么发生”等更有效率的问题上。通过情景重现，飞行员可以重新执行一次完全相同的模拟训练任务，这对于改进技术殊为重要。
美国空军如今把DMO模拟训练系统作为作战部队重要的高端补充训练手段，装备到各个任务训练中心。在模拟训练系统上，作战指挥人员和飞行员需要像真正飞行一样精心进行任务准备。美军认为，高水平模拟训练系统虽然不能增加飞行人员的训练时间，但却可以有效提高训练量，让训练时间变得更有效率。“红旗演习”虽然是一种逼真作战环境下的高水平实兵演练，但有些科目却是实兵难以训练的，特别是在一些特情处置训练方面。如战损、重大故障等紧急情况，实际装备都是无法模拟的，因为这样的训练带有极大的危险性。但高仿真度模拟器却可以补充这一空白，帮助飞行员掌握特情处置方法，提高应对成功率。曾有一名C-17“环球霸王”飞行员谈到自己的一次特情处置，当时他正从巴格达机场起飞，突然遭到武装分子袭击，两台发动机中弹起火，但最后他成功迫降了飞机。事后他说，自己和机组人员已经在模拟器上多次训练过发动机失效特情处置，“我已经非常熟悉模拟器上的处置程序，当时的情况和模拟器上没什么不同。”
DMO最大的优势，当然还是其合成化大规模作战模拟训练能力，像“红旗演习”这样的活动当然也能起到同样的效果，但除了耗资巨大，在演习前的准备阶段，为了熟悉任务，参训人员还要在各种飞行模拟器上进行预先训练，这就占用了大量原本可以用于日常训练的训练资源，而在DMO上则要简单得多，飞行员可以在DMO系统上熟悉任务，将一些基础训练资源解放出来。
必需但不是绝对
美国空军F-15C作战部队是最早装备全任务模拟器的部队，这样做的目的就是缩短培训时间，强化训练效果，同时力求节省银子。按照美军训练要求，F-15C飞行员的训练分为6个阶段，首先是先进操纵性能训练（AHC），这是最为基础的训练，在这一阶段，飞行员驾驶一架F-15C独自飞行，在没有对抗的环境下熟悉飞机的各种极限性能和性能包线，彻底熟悉这种飞机的飞行性能。据此培养出来的“装备熟悉度”将被应用到以后的各阶段训练。第二阶段是基本机动训练（BFM），这一阶段强调在设定环境下的单机对单机的对抗机动能力；第三阶段是空战机动训练（ACM），强调双机对单机环境下双机互相协同机动能力，充分掌握相对复杂环境中对威胁的判断和处置。第四阶段是战术截击训练（TI），强调4机协同，利用各种信息、提示以及地理关系，使用雷达和其他探测手段，发现、瞄准和攻击敌对飞机。第五阶段是空战战术训练（ACT），基本内容是使用4机在各种作战环境中对抗两架或更多敌机。最后是大规模作战训练（LFE），这项训练是使用多个4机编队联合完成各种预定任务，要求一名飞行员要始终掌握自己在机群中的位置和任务，在最为复杂的环境中协同队友，完成作战使命。经过这6个阶段的训练，一名F-15C飞行员才算真正满师，成为一名具有实战能力的空优战斗机飞行员。
如此复杂和漫长的训练过程，要求投入大量的训练资源，而模拟器完全可以完成其中某些训练环节。过去的飞行员训练理论认为，飞行时间达到500小时的飞行员在一个训练周期内所需要的训练量要少行时间更少的飞行员，因为经验不够丰富的飞行员更需要借助训练来保持其飞行技术。然而，现代空军训练需求几乎颠覆了这种观点，和经验欠缺的飞行员一样，那些经验丰富的飞行员，也不能减少训练时间――他们同样需要训练来保持其较高的战术和技术水平，而且还需要训练来积累完成更为复杂任务所需的技能和经验――他们需要晋级成为飞行长机和飞行教官。当然，这两类飞行员需要的训练内容是不同的，对于那些经验丰富的飞行员，晋级训练和高技能养成训练更必须借助高仿真度模拟训练器材。有效和科学地利用高仿真度飞行模拟器，从单纯的效果评估走向全面详细的过程评估，对于打造一支精英化的空军作战力量，具有特别重要的意义。
实际飞行训练要受到诸多条件的限制，训练飞机数量不足是一个无法回避的问题，在F-15C上这一问题尤为突出，由于F-15C用于训练的飞行小时极为有限，就要求训练人员更有效率地利用好实际飞行机会，这反过来也促使美国空军更加重视模拟飞行训练。2002年美国空军的一份报告提到了一个重要事实，美国空军武器训练学校通过任务训练中心的模拟训练教学，成功使得失速螺旋实际飞行任务的无效率降低了12%，显著提高了实际飞行的训练效果。
在真正执行作战任务之前，飞行员都需要进行预先训练，但利用真实装备无法做到完全逼真，因为预定作战地区的地貌、目标、防空兵器，是无法完全复制到现实中的，即便真的能够复制，这样大规模的建设行动也难逃对方侦察，可能会失去作战的隐蔽性。DMO为任务预演提供了良好的模拟训练条件，通过卫星照片、航空侦察以及其他情报手段采集到的作战地域地形地貌、建筑分布、兵力布置等所有信息，都能逼真地在虚拟世界里构建出来，飞行员可以在模拟器上熟悉他们将要奔赴的战场，执行他们将要执行的任务。美国空军已经在这方面尝到了甜头，在“伊拉克自由”行动中，一名资深F-16飞行员曾这样回忆：
“今夜我们开始行动，我飞赴巴格达郊外，准备发射第一枚‘哈姆’反辐射导弹……我的飞行路线和实际战术都与我们在F-16任务训练中心模拟器上熟悉的完全相同。”
外军研究表明，模拟飞行虽然不能完全代替现实飞行，但却可以成为后者的有力补充，显著提高训练效能，解放宝贵的现实飞行资源，降低装备的损耗，是飞行人员训练过程中不可或缺的辅助训练手段，而且其辅助色彩正日益增强。
模拟训练的装备趋势
模拟训练器材在空军训练中应用的扩大化趋势已势不可挡，西方空军强国已经在这方面积累了较为丰富的使用经验，有计划成系统地装备了相当数量的模拟训练器材。据统计，F-15战斗机的总产量约为900架，目前仍在服役的约700架。麦道公司、波音公司以及洛马等公司总计为美国制造了90台F-15模拟器，飞机与模拟器数量之比大约为8:1。F-16的总产量超过4 000架，目前仍有大约3 000架在役，而且生产仍在继续。L-3 Link、洛马、波音、法国泰利兹、以色列埃尔比特、法国SOGITEC以及新加坡电子公司等总共生产了190台F-16模拟器，飞机与模拟器数量之比为15.8。F-18总产量约为1 460架，目前服役数量约1 400架，模拟器制造数量为90台，飞机于模拟器之比为15.6。从这些数字分析，对于空军主战飞机而言，飞机装备数量与模拟训练器材装备数量之比，应控制在16～20较为合适。
美国F-35战斗机在开发之初，就已经开始同步研制配套的全任务模拟器。洛马公司表示，F-35战斗机配备的飞行模拟器被誉为有史以来最为复杂的模拟器之一。F-35试飞员埃里克・史密斯中尉说，这套模拟器可以模拟各种复杂的飞行任务，包括空中加油等科目。“这是我用过的性能最好的飞行模拟器，它能逼真地模拟KC-10和KC-135，帮助我们完美地训练空中加油技术。”在开发F-35全任务模拟器的过程中，研制人员详细考察了现有F-16、AV-8B和F/A-18模拟器的使用状况，从使用方那里总结了大量使用经验，收集了各类缺陷意见，而这些经验和意见都在F-35模拟器上得到了体现，其中一个重要改进便是集成了空中加油训练功能。让新飞行员能够在飞行模拟器上训练空中加油技术，是一项重大的技术突破。此前即使是F-22“猛禽”战斗机飞行员，大多时候也只能在F-16上进行空中加油科目训练。美国空军2012财年预算显示，一台F-35全任务模拟器（FMS）的造价大约为2 000万美元，美国空军已经订购了10台该模拟器，随着F-35服役数量的增加，采购的模拟器数量也会继续增加。美军正在考虑将削减现实装备节省出来的资金中相当部分，用于采购高仿真度模拟器，以便弥补装备削减对飞行员素质养成造成的不利影响。
在现实对抗性训练中，如果要作到完全逼真，最好使用假想敌方装备的飞机，但要获得假想敌的实际装备并不容易，但搜集到假想敌装备的主要技术数据和战术方法等信息却是可能的。这样，在虚拟平台上模拟出较为逼真的假想敌用于模拟对抗训练，无疑能收到较好的效果。这也是外军正在积极研究的方向。
模拟器的局限性
现代仿真技术已经十分先进，但飞行模拟器仍有一些固有的局限性难以立即解决。由于这些局限性的存在，在飞行训练中甚至可能对飞行员构成某些不良影响，这是各国空军正在深入研究的问题，试图通过改进模拟技术并借助实际飞行加以弥补和修正。这些局限性中，最为突出的便是，模拟器无法让受训者真正紧张起来，受训者不会因为在模拟器上出现战术或技术差错而大汗淋漓――而在现实飞行中，这样导致的后果将是灾难性的。所有的受训者都知道自己肯定能活着走下模拟器，还没有谁会在模拟器上被击落丧命。在真正的作战中，飞行员的精神会高度紧张，友机被击落或队友阵亡都会加剧这种情绪波动，这一切，目前的模拟技术是无法呈现的。
模拟器的另一个局限性在于受训者目视获取和识别空中和地面目标的能力培训。模拟器采用的计算机图形系统和显示系统虽然先进，但其解析度仍然无法匹敌实景。计算机必须在显示速度和显示精度之间做出权衡，这样显示的像素精度就变得有限，另外，二维显示方式也局限了显示效果。如果试着模拟在100米高度低空高速飞行，就会发现这种局限性体现得更加突出。虽然低空高速飞行并不是经常性使用的技术，但战场是多变的，飞行员永远都需要储备最多的技术。
最后一点局限性在于模拟器的运动能力，没有一种军用飞行模拟器能够模拟战斗机上可能高达9g的过载，这一点飞行员只能到真正的战斗机上加以弥补，在那里他们会知道，在大过载机动时，原本在模拟器上轻而易举完成的操纵动作都会变得异常艰难。
高仿真度模拟器的研制和装备投资不菲，即使对于美军，包括F-15C在内的各型作战飞机，还没有能够全面实现DMO模拟训练化。有一个F-15C中队还没有装备高端模拟训练器材，还有一个中队只有两台模拟器组成的任务训练中心，这样的训练设施无法满足四机编队才能实现的空优战术训练要求。F-16C Block 50是美国空军目前除F-15外唯一一个系统装备先进模拟器材的机型，而其余的F-16C，以及F-15E和A/OA-10等机型，都因为预算问题无法全面应用高端模拟器。F-22A的模拟器装备也受到预算问题的困扰，按照美国空军的研究结论，这种现象已经影响到作战部队的全面训练。
另一个麻烦的问题在于模拟器的软件平台。先进模拟器的软件平台必须时时保持与飞机的改进改型相一致。20世纪90年代，由于F-16战机软件改进，美国空军不得不撤装先前装备的老旧F-16C模拟器。如果模拟器的软件系统与实际作战飞机不一致，会产生诸多负面效应，对于新飞行员的素质养成不利。
装备模拟器范文4
关键词：网络教学 虚拟机 模拟器
一、传统计算机网络教学的困境
计算机网络技术的飞速发展深刻地影响了人们的工作、娱乐和交流等生活方式。网络技能成为新时代劳动者必须掌握的工具，网络相关岗位也是就业市场经久不衰的热门岗位之一。几乎所有大中专院校都开设有计算机网络相关专业或课程。
然而，计算机网络的教学却一直面临着相当大的困难，主要表现在：虽然学生对网络和网络技术本身普遍都比较感兴趣，传统的计算机网络教学却由于相当抽象和枯燥乏味而很难吸引学生；虽然社会上确实需要很多高水平的网络工程师和网络管理员，学校却很难培养出来，毕业生却多是似懂非懂的半瓶醋，在工作岗位上必须重新培训。
除去其它因素，如师资和学生基础，导致计算机网络教学困境的一个很重要的原因，是相对于一般课程，它对教学条件的要求特别高。
计算机网络是一门理论性和实践性要求都很高的学科，尤其强调实践操作，因为理论不是不重要，但由于课程特点，必须通过实践才能真正理解理论。
因此，计算机网络的课堂教学过程中仅仅拿着教科书照本宣科理论，简单放放PPT演示文稿是达不到理想的教学效果的，教师还需要能反映各种情景的完整真实网络环境进行操作技能的实际演示；学生上实验实训课程也绝不是普通计算机机房就能够满足的，必须有一个能对各种网络设备进行操作的专业实验室。此外，学生在课外也需要有网络实验环境，才可能通过大量练习将网络技能锻炼到工作实用水平。
通过耗费巨资创建网络专业实验室固然是最理想的解决方案，却不是大部分普通院校能够轻易承受的，而且即使有了这种实验室，复杂的管理工作和随着网络技术的发展面临的更新换代压力也是非常令人头痛的。
不过，随着计算机的广泛普及和软硬件技术的进步，计算机网络教与学的困难也出现了低成本的解决方案，根据笔者的经验，合理和充分利用虚拟机和模拟器工具软件能够在很大程度上改善教学效果。
二、虚拟机的应用
虚拟机软件能够在一台物理计算机上模拟出多台虚拟的计算机，因此，很早就在设备条件有限环境下的网络教学中得到了广泛应用。一方面，教师在普通多媒体教室上课的时候只有一台物理计算机可用，所有牵涉到对网络系统中多个计算机进行配置的操作只能借助于虚拟机进行演示；另一方面，学生到机房做网络实验的时候，因为很多练习都需要改动计算机操作系统的核心配置或安装特殊的软件，而现在学校的普通机房基本都由还原卡保护，管理制度也不允许在物理机上乱装软件，因此安装虚拟机软件基本是唯一的解决方案。
虚拟机的主要缺点是对物理机的资源消耗太大，需要高性能CPU，大容量内存和海量硬盘空间，不过随着计算机硬件技术的不断进步，问题得到了缓解，现在比较新的计算机都能够胜任模拟几台虚拟机的任务。
普通机房应用虚拟机对管理也有一定要求。因为虚拟机软件安装过程要修改操作系统底层驱动并重启生效，在某个虚拟机上安装操作系统也要消耗很多时间，所以虚拟机系统不能在做实验时现装，应该在还原卡保护系统之前就将虚拟机软件安装好，并事先在虚拟机上安装好几个典型的操作系统以备做实验室的时候用；此外，为方便实验时添加系统模块，还需要将操作系统的安装光盘镜像文件拷贝到本地硬盘。
目前，流行的虚拟机软件主要有微软的Virtual PC和VMware公司的VMware Workstation，VMware因为对非Windows操心系统的更好支持和更强大的网络设置功能更适合一般的计算机网络教学。
如上图所示，VMware虚拟机解决了在一台计算机上进行网络中多计算机配置的问题，另外，VMware虚拟机支持的snapshot快照功能，三种不同虚机联网方式（bridge、host-only和 NAT）都有利于进行复杂的网络实验。
三、模拟器的应用
一个完整的网络系统不仅包括各种计算机，还包括交换机和路由器等网络互联设备，在没有专业实验室的情况下，只能用软件模拟器模拟联网设备来进行教学。
1.初级模拟器
初级模拟器只模拟了联网设备的部分特征，所以一般只适用于比较基础的网络技术教学，但它们的优点是资源要求低，界面使用直观友好。
现在最流行的初级网络设备模拟器是Cisco公司出品的Packet Tracer：
从上图可以看出，Packet Tracer可以用简单的拖放+连线的方式模拟组建成逼真的网络系统，其中交换机路由器等设置都可以进入CLI命令控制界面进行配置，模拟的计算机虽然不能像虚拟机那样进行配置，但也支持基本的网络参数设置和网络命令。
Packet Tracer因为消耗主机资源少，可以模拟组建规模较大的完整的网络系统，有利于初学者尽快从总体结构上把握理解网络。
Packet Tracer还支持用非常形象的动画方式显示网络数据包传输的过程和详细结构，对于网络初学者理解网络原理非常有帮助。
2.高级模拟器
高级模拟器用虚拟化技术完全模拟联网设备，因此适合于初级模拟器不支持的一些高级网络配置技术的学习，例如广域网技术、IPv6技术、VPN技术等。缺点则类似于虚拟机软件，非常耗费物理计算机资源，所以模拟的网络规模往往很有限。
目前，可用的高级模拟器主要是用于模拟Cisco路由器设备的Dynamips，它是通过读取Cisco的IOS网络操作系统文件仿真Cisco路由器硬件，因此可以支持Cisco路由器的所有命令。
Dynamips的功能很强，但自己不带图形界面，需要用户自己写net配置文件。因此，在教学中最好配合一个优秀的图形前端GNS3使用。
四、完整的虚拟网络环境的构建
如果有需要，在实际网络教学中还可以将前面所述的虚拟机和模拟器
工具结合起来，达到高度仿真一个实际的完整网络环境的效果。
如上图所示，通过配置Cloud，GNS3模拟器可以桥接到VMware虚拟机生成的虚拟网卡上，从而模拟出来的网络系统中不仅交换机和模拟器，包括客户机和服务器都获得完全的仿真，从而能够支持一些对真实程度要求很高的网络实验。学生熟悉掌握这些工具后，在课外即使只有一台电脑的情况下，仍然能够进行复杂的网络操作练习。
五、总结与展望
虚拟机和模拟器都是功能强大的计算机网络教学辅助工具，虽然它们并不能完全代替真实网络设备和网络环境下的教学，但实践已证明它们能够用很低的成本显著提高教学质量。
虽然这些工具出现的时间都不算很短了，但由于要用好这些工具需要一些使用和管理上的细节技巧，很多学校在实际教学过程中还没有能够充分整合利用。因此，有必要呼吁给予更多关注。随着虚拟化技术的发展和更广泛的受到重视，虚拟机和模拟器在未来的网络教学中还会扮演更重要的角色。
参考文献：
装备模拟器范文5
教学中，每组的设备可以分成两类，一类是PC机，一类是网络设备，如路由器、交换机等。为了能够还原由真实网络设备所开设的实验，对这两类设备都需要进行用虚拟机模拟。目前网络工程教学中，使用的较多的虚拟机手段，主要是从软方面来进行的，即模拟的是交互过程。比如输入配置命令后，虚拟机将模拟在真实设备上的输出内容。这种模拟的缺点是无法使用虚拟机规定之外的命令，并且对规定内的命令在参数选择上也受限制。最终无法真正的实现真实设备的还原。因此并不适合实际的教学，一般适用于专项培训。而较好的虚拟方式，应该是硬件的虚拟，并在虚拟的硬件上直接安装现有的操作系统。
这种方式的缺点是需要耗费的资源——如内存——较高，但是相比一台网络设备，这个成本是可以忽略的。而且随着计算机的发展，哪怕是目前流行的一台笔记本电脑，也可以轻松同时虚拟5、6台设备。而这种方式的优点就是可以在现有任何机器上进行虚拟，而且由于安装的是正式的操作系统(包括PC和网络设备)，虚拟机对真实设备的还原度几乎达到100%。考虑到前面所说的两类设备和基于硬件的虚拟，作者找到针对这两种设备的虚拟方法。
首先，对PC机而言，可以采用VMWareWorkstation进行虚拟。在虚拟的硬件上安装Window操作系统，完整的还原PC机的作用。其次，对于网络设备而言，可以采用Dynamips进行虚拟。在虚拟机的硬件上直接加载Cisco的IOS系统，实现对网络设备的完整还原(在作者所授课程中，所有配置实训都能完成)。VMWare是一个“虚拟PC”软件公司。其产品可以在一台机器上同时运行二个或更多Windows、DOS、LINUX系统。Dynamips是一个基于虚拟化技术的模拟器，用于模拟Cisco的路由器。发展到现在，该模拟器已经能够支持Cisco的3600系列，3700系列和2600系列等路由器平台。
作者在将这两种虚拟机技术应用在课程教学中的步骤简述如下：
(一)安装VMWareWorkstation，当前版本为7.0版。根据帮助文档，建立虚拟机，并在其上安装Windows操作系统。考虑到应尽可能少的占用资源，实际情况下只需安装Windows2000系统即可。
(二)安装免费的WinPcap软件，当前版本为4.1.2。这个软件可以使得Dynamips虚拟机抓取底层数据完成虚拟网络设备的功能。
(三)安装Dynamips软件，当前版本为Dynagen-0.11.0_Dynamips-0.2.8-RC2_win_setup。这个软件用来虚拟路由器、交换机以及防火墙。
(四)根据Dynamips的帮助文件，建立要进行实验的网络拓扑图。这一步是作者在进行教学改革中完成的主要工作，即将现有实训所涉及的全部真实网络拓扑，用Dynamips规定的方法转换为其所支持的描述格式。
(五)最后启动Dynamips的服务器程序，再执行第(4)步创建的拓扑图，按照手册启动每个网络设备，然后根据课堂教学的内容进行管理配置。Dynamips本身支持多台PC机共同作为宿主机同时支持一个虚拟环境，并且可以与宿主机直接建立通信通道，使得宿主机直接与虚拟机中的系统进行数据通信，功能非常强大。在经过几次优化后，Dynamips本身对系统资源的占用已经非常小。
由于使用了VMWareWorkstation和Dynamips软件进行网络环境的虚拟，使得网络工程教学所用的实验室的网络设备可以继续服役，降低了教学成本。同时，也将课堂带到了实验室外，使得学生可以利用自己的电脑虚拟出完整的网络环境，从而增加了练习的时间，提高了自己的动手能力。鉴于虚拟机技术在很多其他领域也有应用，通过学习本门课程，学生在教学目的之外还同时掌握了另一个流行技术。
装备模拟器范文6
关键词：虚拟制造技术；仿真建模；飞行器设计；运用
前言
面对新形势下给航空行业、飞行器制造企业自身所带来的诸多新挑战，为了赢得竞争，迎合时展，企业不断尝试研发新的产品，改造生产技术。在这一过程中，不可避免的会遇到各种各样的问题，在一定程度上造成人力、物力和财力等资源的不必要浪费。将虚拟制造技术应用到飞行器设计当中，将能够有效解决上述问题，对提高飞行器设计水准，提高飞行器生产质量具有重要价值。
1 虚拟制造技术
1.1 虚拟制造技术群
随着虚拟技术的高速发展，其开始向更多的领域渗透、延伸拓展，开始得到越来越广泛的应用，并衍生出了许多新型虚拟技术，如虚拟制造技术、虚拟装配技术、虚拟可视化技术等等。其中，虚拟制造技术作为一种新型仿真建模技术，在飞行器设计中有着良好的应用，它的软件设计部分相当复杂，且对虚拟现实技术有着较强的依赖性。虚拟制造技术的技术群主要包括控制技术群、仿真技术群和建模技术群三类，控制技术群主要负责对仿真与建模过程进行组织和管理，提供仿真与建模所需技术方法[1]。同时，其还能够对产品设计成本进行估算，对仿真信息与流程进行监控。仿真技术群以虚拟技术核心部分为基础，对产品的生产规划、制作过程及产品性能进行仿真处理，并为产品生产制造提供相应技术条件。建模技术群按照层级划分可以分为产品级、车间级和企业级三个级别，产品级建模主要是对产品及其生产工艺进行建模；车间级建模主要用于对设备、车间布局、车间监控和调度进行模型建立；企业级建模主要包括成本分析模型、生产决策模型、风险评估模型、市场预测模型和效益评估模型等多个部分。
1.2 虚拟制造技术的主体功能
虚拟制造技术的功能多种多样，它不但可以对产品的性能、可制造性、可装配性进行数字化分析，而且能够将制造信息融入到产品设计与工艺之中，通过计算机的相应处理后，模拟出多种不同产品及制造方案，生成产品制造模型，从而便于生产人员对产品的进一步了解，优化产品设计方案与制造方案。作为一种仿真建模技术，虚拟制造技术的主体功能自然是仿真和建模。它通过对产品生产过程的仿真处理，对产品工艺、风险效益、市场预测、设备、调度等的建模，可以实现对产品加工过程的有效评估，对风险和效益的有效评估，从而改进产品加工方式，提高生产效率[2]。除此之外，这一主体功能还有助于生产人员对产品各个方面的更为详尽全面的了解，如工艺流程、性能、可制造性等，有助行器生产制造方案的优化处理。虚拟制造技术主体功能的实现主要依赖于两个关键技术，即虚拟现实技术和嵌入式仿真技术，这两种技术一个主要负责仿真一个主要负责模拟，共同实现虚拟制造技术功能的正常发挥。
2 基于虚拟制造技术的飞行器设计
2.1 生产加工过程的了解
了解飞行器产品的生产加工过程是实现飞行器有效设计的前提基础，而了解则需要通过细致深入的分析来实现。由行器设计过程中存在的许多问题都需要通过分析、仿真建模处理，而要想取得有效的分析成果，单纯的依靠人脑是不够的，还必须要借助先进的科学技术与设备仪器。利用虚拟制造技术对飞行器设计过程进行仿真分析与模拟，包括使用嵌入式仿真技术以动态的形式将飞行器零部件的加工流程、组装顺序、装配标准、设计参数、连接件等表现出来，使用虚拟现实技术将飞行器的生产工艺、零部件、设备、调度等进行建模[3]。经仿真分析与模型建立，从而找出飞行器在当前工艺、加工方式等条件下存在的各种问题，并加以及时有效的处理，补充其中不足，完善设计缺陷，优化设计制造方案，从整体上提升飞行器生产效率。更重要的是，在虚拟制造技术的使用下，生产人员可以对飞行器设计内容及过程相对容易的了解和掌握，了解飞行器加工的具体流程，这就为飞行器的良好设计与改进创新提供了有利条件。
2.2 部件装配与产品设计布局
飞行器作为一种结构复杂的产品，需要由多种零部件和附件组装而成，而只有所有构件、附件全部安装精确到位，飞行器的质量才能得到可靠保证。但在实际装配中，这是一项精细活，不仅配件、部件数量多且种类复杂，很容易出现安装错误情况，而一旦安装错误便会导致零件报废，造成资源浪费，生产效率的下降。采用虚拟制造技术对飞行器零配件进行装配，可以有效减少错误情况发生，减少资源浪费，节约成本[4]。该技术建模精确度非常高，通过对产品进行三维立体图样建模，可以真实准确掌握产品的性能、质量等特性，为部件的合理正确装配提供有利条件。不仅如此，它还提供有装配模拟软件，能够对部件的装配过程进行模拟，对飞行器设计过程进行监控，找出其中干扰因素并排除。
以往飞行器设计的外形布局都是采用塑料模型，不仅耗时费力，而且难以测评和修改。现采用虚拟制造技术对飞行器产品的设计布局进行优化调整，提高其合理性，克服传统缺陷。通过对飞行器外形进行仿真建模，生成相应数据报告，将其布局以三维立体动态的形式呈现出来，并对布局过程进行相应的简化处理。
2.3 产品性能的调节
产品性能是使用者对产品最为关注的一个方面，而良好的性能可以有效增强企业竞争力，赢得客户青睐。将虚拟制造技术引入到飞行器的设计制造过程中，对飞行器的性能进行了解与改进。鉴于运动协调关系、运动设计范围、产品强度与刚度、动力学特性等是影响飞行器性能的主要因素，通过对这几个因素进行明确与合理控制，从而实现对飞行器性能，尤其是动力学性能的有效调节。使用虚拟制造技术，通过计算机软件对飞行器设计进行仿真模拟，对其强度与刚度进行合理设计，提高运动关系协调性，明确运动设计范围，分析动力学性能[5]。
3 结束语
虚拟制造技术在飞行器设计中的应用是该技术的一个典型应用，相比于其他多种技术而言都具有明显的优越性。它可以加强产品设计过程的了解，提高部件装配与产品设计布局的合理性，有效调节产品性能，可以对飞行器进行有效的仿真分析与建模。总之，虚拟制造技术在飞行器设计中具有十分巨大的应用价值，具有良好的发展前景。
参考文献
[1]吴维江.基于DELMIA的飞行器虚拟装配技术研究与应用[D].南京航空航天大学，2009.
[2]吴玲.面向飞行器总体设计的虚拟装配约束管理研究[D].南京航空航天大学，2010.
[3]甘春闰.面向飞行器设计的虚拟集成平台（IVPAD）关键技术的研究与实现[D].南京航空航天大学，2008.
[4]娄依志，周永平，申亮，等.虚拟装配技术在飞行器结构设计中应用研究[J].机械研究与应用，2014，04：125-127.
