背景

就像音乐家练习乐器时不会有意识地思考演奏动作,也不需要看着他们的乐器一样,飞行员在VR飞行模拟器中借助肌肉运动记忆来学习和认知新的技能,然后发展或完善他们的驾驶能力。利用VR飞行模拟器进行飞行训练有许多优势,其中之一是能够根据学员的学习需要,灵活轻松地定制和选择虚拟场景。高度逼真的虚拟环境对提高飞行员的驾驶水平有非常大的帮助。

AFormX是一家斯洛文尼亚公司,开发和制造先进的航空器以及VR飞行模拟器。公司技术团队由工程师和设计师组成,他们参与了众多富有挑战性的航空与VR项目。通过这些项目,他们提升了创新能力,并获得了广泛的行业知识与经验。他们的工作已得到公众认可并荣获奖励。他们获得了2017年度斯洛文尼亚国家创新金奖,不久后又获得2018-2019年度英国皇家航空学会“通用航空设计挑战赛”的冠军。

AFormX最畅销的两个模拟器是X-ALPHA 200和FlyZmaj,用于模拟悬挂式滑翔机。X-ALPHA 200可模拟Pipistrel Alpha Trainer和Virus飞机,它被世界各地的许多飞行教育和培训机构广泛采用。

挑战

虽然该公司以前曾制作过VR模拟器,但在一架真正的特技飞机内部打造模拟器,则是一个全新的挑战。飞机结构不能改变,而且模拟器也不能增加飞机重量。AFormX与特技飞行员兼飞行教官Jago Stemberger联手合作:他们决定拆卸一架Ultimate 20-300S特技飞机,然后在该飞机上加装一台模拟器。

在飞行模拟器中进行训练有很多优势,例如练习时间更多、成本更低、发生空中失误的几率更小等。Academy 4是一家由Sašo Knez创办的飞行学校,该学校的一项课程是为学员提供4小时的模拟器基础训练。Stemberger在描述模拟训练的效果时说:“让我感到惊喜的是,在模拟课程结束后,当学员们第一次去试飞时,那些以前从未开过飞机的学员都可以成功驾机升空。”飞行模拟器确实推动了学员飞行训练迈向更高的水平。

Ultimate 20-300S双翼飞机是由Gordon Price在二十世纪80年代设计的,初产于加拿大。Gordon Price喜欢双翼飞机,他使用Pitts Special双翼特技飞机作为其设计参考已经不是什么秘密了。尽管Pitts飞机已经成为行业标杆,但Gordon Price认为自己可以设计出一款更好的双翼飞机,不仅造型现代,还可与80年代中期主导特技飞行运动的单翼飞机一较高低。


“将模拟器与飞机相结合,面向21世纪打造真正令人着迷的飞行模拟器,这个想法来自于我们对VR原理的深刻理解。”AFormX的所有者兼首席执行官Sašo Knez说道

Ultimate 20-300S设计用于高级特技飞行。这款飞机很独特,因此驾驶它是一件了不起的事情,而对于飞行学员来说,能够驾驶这种特殊的飞机,也是一种非常有用的经验。

Stemberger说道:“这就是我们决定与AFormX公司和RLS公司联合开发混合模拟器的原因。AFormX已经为Pipistrel打造过飞行模拟器,而我们开发的模拟器则可为用户提供独特的体验,让他们坐在真正的特技飞机里,同时在模拟器上进行训练。在训练阶段结束后,他们能使用相同的指令和操纵杆,驾驶同一机型的飞机完成实际飞行。”他认为与AFormX和RLS的合作是一个提升学员学习效果的好机会。

解决方案

模拟器的关键是一个高度逼真的虚拟环境,让学员沉浸在训练场景中。此外,学员必须能够在这个虚拟环境中实时与飞机互动。操纵杆和踏板的动作必须充分精准,才能让飞行员有良好的体验。“模拟器中的飞行体验必须让学员相信他正在飞行。当他移动操纵杆和踩下踏板时,模拟器必须完全以飞机在虚拟环境中的准确动作来回应。”


特技飞行员兼飞行教官Jago Stemberger在组装阶段演示VR飞行模拟器


“模拟器的用户体验必须令人满意。VR头盔必须提供高分辨率的景观感知,从而实现逼真的飞行体验。”开发工程师Ines Repnik说道

模拟器中安装了RLS的磁编码器以报告位置信息。这些编码器用于控制轴的滚摆和俯仰角度,而这是实现高精度和重复性的关键。对于Ultimate 20-300S飞机,AFormX需要找到合适的传感器,以便控制扭摆、滚摆、俯仰角度和油门运动的位置。于是,他们求助于RLS。


RE22旋转轴磁编码器

AFormX的开发工程师Nino Razpotnik负责项目的电子部分:“传感器将操纵杆、踏板和油门的机械运动信号通过控制器传递给计算机,为飞机提供控制反馈。”过去,AFormX在其应用中曾使用电位计,这些电位计的缺点是它们的使用寿命很短。由于运动测量的工作量如此之大,电位计根本无法完成工作,并且经常出现故障。经过深入研究,AFormX团队决定在其飞行模拟器中使用RE22编码器

RE22是结构轻巧的高速编码器,可用于恶劣的环境。该编码器非常容易安装,因为已经有一块磁体附着在其外壳内的轴上,与传感器部件(即编码器IC)的距离非常合适。编码器芯片对接收到的信号进行处理,在高速运行时可实现高达13位的分辨率。编码器的直径仅为22 mm,并且具有防尘功能(防护等级达到IP68)。由于采用非接触式设计,编码器无磨损且工作极其可靠。

结果

在RLS的帮助下,AFormX成功地扩大了其模拟器产品组合,并打造出创新程度更高的产品,即特技飞机混合模拟器。借助Ultimate 20-300S双翼飞机模拟器,飞行学员在模拟环境中学到的飞机控制命令和操纵方法可同样用到现实飞行中。

Knez补充说:“AFormX和RLS将继续保持合作,因为我们会为新模拟器持续采购RLS传感器。这一点至关重要,因为我们的模拟器会销往全球,而只有RLS传感器才能保证我们需要的可靠性。”


“我们最为看重的传感器特性是可靠性、精确性和耐用性。”开发工程师Nino Razpotnik说道

 

AFormX简介

AFormX是一家充满活力的斯洛文尼亚高科技航空公司。该公司拥有一个原型产品生产车间,主要为航空业制造和组装超轻型飞机及复合材料部件。他们还开发和制造精密机械系统和虚拟现实飞行模拟器,并且运营有在线电子学习门户网站。

详细了解AFormX公司:www.aformx.si

 

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