试论模拟飞行训练与经济效益的因素研究

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  关键词:模拟飞行训练;经济效益;云计算;计算;仿真云;储存;缓存;数据;空间
  1模拟飞行训练分析
  结合下表1分析可知,随着我国模拟飞行训练的增加,飞行员操作技术和飞行效果都在日益提升,此时虽然控制了飞机的出行数量,但飞行员可以在模拟环境中不断克服因各种原因带来的技术性难题,并在科学利用资源的基础上,能完成实装条件下难以进行的各种训练情况。这对现如今的模拟飞行训练而言,既能达到经济效益最大化,又能保障训练质量最高化。
  2经济效益的因素分析
  利用现代化技术进行飞行模拟训练已经成为目前国际航空界最常见的一种教学方式。选择这种技术的原因有二,一方面是因为模拟机的仿真性和系统性都非常接近现实生活,其中设计的故障可以重复利用和调节,而且能真实模拟特殊科目的飞行训练场景和技术要求。运用这种模式进行技能训练,既能提升飞行员的应变处理意识和能力,又能确保训练过程和结果的质量与安全;另一方面,模拟飞行训练展现出了极强的经济性,不需要消耗现实的飞机运行资源,只需要结合现代科技技术进行仿真设计,这对各国经济发展而言,既能减少不必要的成本支出,又能与现实飞行训练相补。因此,本文结合我国国际航空公司近几十年的模拟飞行训练实践活动,对其中展现出的经济效益因素继续进行深入探讨:
  2.1飞行模拟机为取代实机训练提供了基础依据
  飞机模拟机的真实性和模拟性绝对是其他训练无法取代的原因之一。随着我国科技水平的提高,在提出仿真模拟技术理念后,由此进行的研究课题越来越多,并且随着经济技术的不断发展,开始综合利用机械、光学及电子等技术全面升级模拟机的技术等级和应用标准。现如今,我国拥有的飞行模拟机已经可以适用于多种教学要求。按照美国联邦航空局提出的标准分析可知,满足D等级的就是最高标准,也叫作全任务飞行模拟机。这类模拟机拥有六个自由度的运动系统,内部驾驶舱从本质上讲与所模拟飞机非常接近,是完善而精准的复制品,不管是飞行性能还是操作质量等都能达到一致。在不同气候变化中,飞行员所处的道面和模拟机的发动机等内容都和实际飞机相等,这样在操作期间不管是声音、视觉还是力度、加速度等都可以与现实条件相等。特别是以电子计算机成像技术为依据的模拟机,它拥有的视景系统可以从传统意义上的大沙盘模型和探头感应转变为计算机数据库,不仅能储备全球各地不同区域的地形地貌,而且可以根据不同训练需求进行科学设计,并将其展示到座舱的屏幕上,这非常便于国际或远程航线的飞行训练。这一技术优势也是现实飞机无法实现的。由此可知,全球各地航空公司在投入大量精力和时间的基础上,积极利用先进技术研发优质的模拟机,并由此提出相应的飞行训练活动,虽然前期投入非常多,但在后续发展中不仅能让飞行训练真正实现发展的规范化和程序化,还能促使训练期间飞行员不需要考虑现实条件,只需要根据模拟环境进行真实训练即可。同时,在这一期间还可以有效控制不必要成本的支出,保障整体飞行训练的质量安全,促使飞行员在热爱飞行的基础上,积极参与各种各样的模拟飞行训练。
  了解我国近些年来国际航空公司的训练构成变革情况可知,模拟飞行训练展现出了不可替代的优勢。在20世纪70年代之前,我国民航基本上都是在运用苏制运输机,模拟训练虽然已经得到了重视,但并没有融入实际训练中,飞行学校也只是利用初教机和单发螺旋桨飞机实施简单训练。因此,要想成为飞行员,第一飞行总队只能根据自身需求进行自主培养,并在不同区域的机场专门设计了训练大队,主选飞机型号为双发螺旋桨飞机。而在70年代之后,我国大量引入了美国和英国制造的三叉戟和B707型飞机,并将模拟训练融入实践发展中。通过购买两种不同机型的模拟机,构建与现实环境相等的训练课目,基本上后来所需飞行员都是由此人手进行的训练和改装。接下来,民航飞行学院提出了高教机训练,毕业生在具备改装上述两种飞行型号的能力的基础上,随着苏制运输机大量退役,原有训练大队宣布结束任务。在进入80年代后,民航事业发展非常迅猛,机群数量增加的同时,开始着重解决飞行员训练这一难题。因此,在后期三叉戟与B707两种飞机型号报废后,开始作为前提过渡训练的重要依据,并在培养飞行员的工作中展现出了积极作用。
  在我国模拟飞行训练模式随着经济技术发展越发完善的背景下,有关模拟机研制与开发工作也在稳步进行,20世纪90年代中期,在国际航空运输协会的第九次会议中正式提出了“零飞行时间训练”这一理念,并基于实践应用问题进行全方位分析。在这一理论中,飞行员不能利用所有非营利的飞行训练,从某个飞行机型转变到另一个机型的改装中。换句话说,飞行员的第一个起飞和招录都是在航线飞行当中完成的。现如今,各地航空公司在推广这一理念式,会要求飞行员在利用模拟机实施规定课目后,再进入实机进行8到10个起落训练,而后才能进入航线飞行。假设“零飞行时间训练”的目标可以实现,那么就需要在为所有机型改装设计外场训练,这将在模拟飞行训练发展中产生促进作用。
  了解我国现有硬件条件可知,与国际发展水平并没有太大差距,假设从战略指导中及时引入先进理念和训练模式,那么必然可以全面提升我国飞行训练的水平,并将积极展现出模拟机的应用价值和投资效益。原因在于,模拟机可以训练飞行员正确处理任何故障和特殊课目,这也是实际飞机无法达到的这项要求,不仅能锻炼飞行员的应急意识和处理能力,而且可以强化他们的安全意识和飞行技术。在现实条件下,对参与国际航线飞行的飞行员而言,在他飞行的上万个小时当中,很少甚至都不会遇见非常危险的事故,例如起落架无法正常下放、发动机出现失火等,但只要是遇到一次,没有形成安全危机意识,不具备正确的操作技术,就会造成无法控制的人员财产伤亡。这对公司和人民都会产生损失。因此,在提出模拟飞行训练后,各种机型训练都会将特殊情况列入必修课中,就算是已经成为机长的飞行员也必须要定期参与这类课目。一方面是为了训练他们在处理特殊故障时的应急能力和专业素养,另一方面是为了方便他们更快熟悉不同特殊情况的科学处理措施。因为现代模拟机展现出了极强的性能和模拟性,所以按照不同类型的飞行员,可以有针对性地进行课目训练,常见内容有进入尾流、大侧风或失去速度等,还有一些人为破坏的故障都需要他们逐一了解。   2.2模拟飞行训练为目前航空界提供了先进且节约的新模式
  在飞行期间,飞行机组对安全的关注度非常高。在飞行自动化技术水平持续上升的条件下,虽然减轻了飞行员的工作压力,但并没有降低他们的工作职责,相反加大了对他们飞行期间的能力和意识要求。因此,所有飞行航线都要将飞机组看作主导者,而他们的主要职责就是随机处理和操控飞机,这一职责绝不能交给先进的自动化技术。换句话说,随着现代化飞机设备和技术的不断提高,对飞行员技术能力的要求也就越发严谨。那么如何保障飞行员拥有所需的各项能力和素质也就成为现如今模拟飞行训练关注的焦点。以起飞和着陆这两个重点项目为例,飞行员所需技能包含:第一,驾驶技术;第二,空中交通经验;第三,应急处理能力。这些内容都需要经过多次训练和认真理解,才能在实践应用中全面展现自身的独特见解和能力。我国国际航空公司的第一飞行总队从建设开始现已有几十年的历史,目前拥有上百名飞行员,共经营了四十多条的国内干线与三十多条的国际航线,更是创造出持续飞行120万小时、40多年没有等级事故的罕见记錄。而他们成功的经验之一就是严格把控训练工作,不管是改机型还是放单飞、转成国际航线等,都要严格按照规定要求进行训练和考核。现如今,每年都拥有200多个机组在进行各种条件下的模拟实践训练。为了满足要求和人数日益提升的模拟训练,不仅要科学引入模拟机,而且要结合实际训练内容和飞行条件进行课目设计,从而保障飞行员可以在模拟机当中进行与现实条件相符的飞行训练。
  了解近年来我国国际航空飞行部队的发展情况可知,利用喷气客机的几十年内生产飞行的时间达到了100万左右,而改装和熟悉飞行的时间也有8万左右。结合模拟计算分析可知,某个模拟机的训练时间相当于实机训练小时的一半,按照这一条件继续计算,那么就能得出8万模拟机的训练小时在实机训练中需要消耗4万小时才能达成一致。以1990年的小时成本为例,B737-300的小时成本为19459.84元,B767-300的小时成本为31127.56,B747-400的小时成本为781.45元,那么这4万的实机就需要消耗成本大约为14亿元,而模拟机只需要它的十分之一到二十分之一之间。以中间数为例,假设每小时是2400元,那么8万模拟机只需要消耗2亿元。对比两者可以明显看到,模拟飞行训练的经济优势远远超过现实飞行训练。下表2为20世纪末期B737-300、B747-400、B757、B767的训练小时与费用预测分析表,能更加直观地看到模拟机为飞行训练发展创造的各项效益:
  结合上述表格内容分析可知,我国在21世纪之前的航空市场中的飞机组、机组数等就已经开始直线上升了,外场训练的小时费用更是从528万美元逐渐上升到了1477万美元。同时,每次去外训练都要自主携带教员和翻译员,差旅费用支出也是非常庞大的。另外,还要考虑训练消耗时间,因为每次训练时间都要达到4小时,再刨除必须训练时间和假期等待时间,所以每次成本支出都非常大。以B737-300为例,改装努力按需要在外面25天,熟练七天,而B747-400改装训练需要在外面20天,熟练七天。在这期间的往返路途还需要花费三到四天。只计算这一方面的经济损耗,我国从1993到2000年期间,已经从1000天上升到了2700天。如果可以将这些成本引用到生产飞行训练当中,那么将是一笔非常可观的收入。换句话说,我国民航在20世纪送往国外模拟训练的成本支出,都能用来购买一台非常优质的模拟机。因此不管是从直接经济还是从现代民航发展条件等角度分析,我国在训练飞行员时必须要根据自身条件优选购买多种模拟机,以此改变传统意义上送去国外训练的单一模式,这样不仅能增强我国在国际航空市场的地位,而且可以减少更多的成本消耗。
  3基于云计算的模拟飞行训练体系架构
  云计算作为目前多种计算机技术融合发展的新产物,将其引用到模拟飞行训练工作中符合时代发展需求和现代飞行目标。基于云计算的模拟飞行训练体系架构是指充分利用云计算与传统飞机仿真技术,并在超高网络技术的支持下,整合多种服务器和应用设备构建的“飞行仿真云”。因为这一体系架构运用了多种先进技术设备,所以在实际运行中具有数据储备、科学处理及动态配置等技能,不仅具备虚拟化的模拟资源,而且可以进行高效且智能的管理调度,最终可以让飞行员进行同异地或不同机型之间的战略对抗。结合下图1分析可知,这一体系架构主要分为三个层次:第一,资源;第二;云管理;第三,训练用户。
  4设计与实现
  4.1仿真云
  在资源这一层面上,分为硬件与软件两方面内容,前者是由模拟器所需高性能服务器构成的,而后者是由系统仿真应用软件和数据库为依据构成的。两者缺一不可,且彼此影响。以主控服务器为例,其在接受管理层命令的同时,会按照要求提供服务,从而保障工作流可以正常运行。另外,不管是哪一个服务器出现问题,资源层都将会启动备份服务,这样能保障模拟训练照常运行。针对软件资源实施管理调度的内容分为两点,一方面是利用高性能服务器模拟所有虚拟机,而每个虚拟机当中都拥有不同机型模拟器的数据信息和软件技术,训练中心可以将仿真计算机连接到专用网络中,得到最新的数据和软件技术,促使这一系统可以直接进行模拟训练;另一方面要做好模拟训练云端的保障工作,确保Server端可以持续工作,而Client端的模拟器与仿真计算机不需要安排高端配置,且不用为其设计专业保护人员。
  4.2计算
  这一内容属于系统设计和实现的核心内容,结合下图2分析可知,计算操作会由一台主控服务器与多台执行器共同返程。前者主要用来管控执行服务器的资源,实时监管任务周期执行情况,并严格遵守择优算法。而后者会根据训练用户提出的计算要求进行计算任务,并将结果传递给主控服务器,最终结束训练后会储存数据,关闭通信,同时还会回收资源,完成并行计算。
  4.3储存
  由于模拟飞行训练期间存在大量数据信息,所以在设计系统结构时要利用分布式文件系统加一储存,具体结构图如下图3所示:
  4.4缓存
  在构建训练系统后,因为需要计算的数据信息量非常大,所以为了保障访问和计算的科学性和完善性,必须要利用远程字典服务器的分布缓存技术,在支持单线程的同时,接受服务器CPU的限制。最终由此实现多台缓存服务器共同缓存训练数据。
  4.5同步
  因为这一体系结构具有分布、交互及异构、实时等特征,所以在设计实现的基础上,必须要将所有体系整合到一起形成一个虚拟化的战场环境,这样有助于保障飞行员在训练期间提高自身的综合战术。一般来讲,模拟器的数据误差不能高于30ms,而部分商性能的更是不能高于10ms,因此在设计分析时必须要优化服务和改善算法,只有这样才能达到同步要求。
  5结语
  综上所述,通过研究模拟飞行训练与经济效益因素之间的关系,在科研水平和经济建设水平日益提高的背景下,加强基于云计算的模拟飞行训练体系架构分析,不仅能充分展现模拟飞行训练的经济优势,而且可以进一步发展我国航空飞行事业。
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