为加速武器系统的交付和削减费用,美国军方的最新喷气式战斗机的大量试验将采用数字仿真方式进行。多年来,美国国防部一直依靠虚拟样机来试验先进的武器系统。作为该技术的先行者,波音公司率先于20世纪80年第后期在其B777飞机上采用了无纸设计。
美国工业界官员们认为,从理论上讲,仿真和建模技术现在复杂得多了,它可能为国防部节省数十亿美元的试验和训练费用。美国军用模拟器供应商CAE公司的总裁John Lenyo说,"数字仿真技术比5年前提升了好几个数量级……,我不认为它有多大风险。作为目前建造的最复杂的军用飞行器之一,航天飞机就是利用模拟器进行设计和试验的。在它们首次实际飞行之前,并没有做过太多的'实况试验'。工业界现已熟知如何用模拟器做此类事情。现今采购的每件产品也都是这样做的……,国防部也要求这样做。即使这样,永远也不可能完全取消实况试验 "。
在美国的军事项目中,对利用数字模型进行试验和训练推动最大的项目就是F-35联合攻击机(JSF),况且即使在2010年开始小批量生产后该项目仍将继续利用仿真进行试验。一些专家认为,这种同步进行试验和制造的尝试可能给复杂、昂贵的JSF项目带来风险。在JSF当前的研制过程中,工程师们仍在利用强大的模拟器来虚拟试飞该新型喷气机,因为先进的计算能力和复杂的三维成像技术使得战斗机的仿真飞行变得比以往都更逼真。
洛马公司副总裁Ralph Heath说,JSF完全采用了无纸设计,现在这种飞机研制方法已成为军事项目的标准做法。虽然该技术正在广泛应用于航空航天业,但是对于应当在JSF的设计和制造过程中依靠模拟器进行试验的主张仍引起人们的争议。美国国防信息中心高级顾问、国防部武器试验办公室前主任Philip Coyle指出,"问题在于,模拟器并不能逼真地俘获真实飞机发生的每件事情"。 为此,JSF制造商洛马公司已设计了更复杂的模型,专门用于测试飞机的性能。此外,将其他仿真工作的重点放在飞行员训练和任务预演方面。华盛顿特区的智囊团--列克星敦协会的首席执行官Loren Thompson评论,洛马公司正在"制造一种没有任何设计缺陷的完美无瑕的系统"。
Coyle认为,由于JSF仍在进行重大的设计更改,这意味着模拟器不能完全代表真实飞机。佐证之一就是JSF发动机。各军种继续排斥国会增加第二种发动机--通用电气公司的F-136作为普惠公司的F135发动机的备份的努力。 Coyle提出的问题是,"如果他们仍不能决定在实际的飞机上使用哪种发动机,那么模拟器又该使用什么发动机呢?"但洛马公司F-35项目总经理Dan Crowley认为,模拟器已达到非常逼真的程度,"对于战斗环境中的大量回路中硬件的所有方面我们都能够模仿。"
今年,为了显示其对仿真工作的信心,洛马已请国防部批准从采办计划中减少两架试验飞机,以便使更多的评价工作利用计算机建模完成,从而进一步降低费用。Crowley说,"撤销两架试验机节省下来的资金可以用于风险更高的项目领域。"根据F-35最新的采办计划,该项目将重新调整以消除某些领域(诸如实验室、飞行试验台和试验机)存在的冗余。Crowley指出,"由于成本降低了,现在仿真每项任务变得更容易了。"最近几年的技术进步已使仿真成为比传统的试验和训练方法更可行的备选方法。洛马公司公关部经理Warren Wright认为,过去几年中,仿真技术飞速发展,人们几乎感觉不到自己是在一架模拟器中。例如,洛马公司JSF训练部代理主任Matt Robinson指出,洛马公司的飞行员训练器材具有360度视场、头盔显示器和先进的图像生成器,它可以创建出一种逼真的环境。该系统还可重复使用飞机软件的250万行代码来增加仿真的逼真度。
专家认为,模拟器比真实飞机能提供更好的训练,因为使用模拟器可以控制环境,便于考验不同的想定。F-35训练系统主任JoAnn Puglisi说,虚拟训练的一个主要好处是,飞行员可以在模拟器中经历所有失败。然后通过在模拟器中对失败的详细分析,就能确定哪些任务可以在模拟器上完成,哪些必须在实际飞机上开展。目前,F-35尚未在实际飞机上开始飞行员的训练工作。至今,只有最熟练的飞行员在模拟器上做了一些训练尝试,以便洛马公司工程师搜寻设计缺陷并在可行时集成硬件。
F-35项目组已将一架波音737飞机改造为一个飞行试验台使用。在改装该波音飞机时,洛马公司增加了带雷达的F-35机头、一个瞄准吊舱和一个类似F-35的短机翼,还为该机配备了电力系统和驾驶舱模拟器。洛马还将制造18架F-35用于地面试验和飞行试验。这些飞机将在本月开始交付。如果项目按计划进展顺利的话,在试飞工作仍在进行时,首架小批量生产型飞机就会在2010年制造出来。试飞工作计划在2012年完成。Puglisi说,从2008至2010年间,飞行员训练工作会一直进行。与此同时,将完成飞行员和维修人员的训练课件并制造训练器材。到2009年末,所有产品将交付给艾格林空军基地,那里正在建设F-35 的一个新型训练中心。洛马官员称,F-35大量的国家伙伴正在利用一种基于网络的程序参与开发飞行员训练和维修课件。Coyle说,在首架生产型飞机下线前几年,洛马公司将不得不评估F-35仿真模型和仿真工作是否能在真实飞机上成功地执行的问题。
不过,如果一旦遇到麻烦,洛马也可能将更多的资金用于评价实际样机方面。他说,当涉及到费用时,各公司总是首先砍掉试验、训练和后勤费用。但是它们总是会后悔砍掉试验。仿真技术可以在早期阶段为飞行员提供在地面"飞行"的机会,但是这并不意味着它可以消除风险,因为很难预料项目中会出差错的所有事情。Thompson指出,尽管洛马公司称它已经仔细评价了哪些技术应到在飞机上试验,哪些可以在计算机上试验,但最佳方案并不容易确定。"很难知晓何时需要实机演练,因为F-35所针对的任务以往重未出现过。"
( 作者:中国航空工业发展研究中心航空技术所 张宝珍)(责编 洪山 )