● 摘要
直升机应急救援是航空应急救援体系的重要组成部分，具有迅速、准确、灵活、有效、受空间条件约束少等特点，在抗击自然灾害和处理突发事件时发挥着无可比拟的作用。由于其作业环境难以复现，通过实际飞行开展装备评估与训练的作业演练危险性高且成本高昂，因此发展能够模拟应急救援任务、实现机组人员协同作业的任务仿真系统已成为对直升机进行论证评估和对机组人员进行协同训练的迫切需求。本文通过对直升机应急救援任务特点的分析，选定了直升机吊桶灭火作业这一代表性的应急救援任务作为主要研究对象，研究了面向效能评估与程序训练的协同仿真方法与技术，重点在开展了如下方面工作：
分析了协同仿真系统系统的组成、特点与通信协议需求，并据此进行系统框架的研究与实现。通过模块化和面向对象的方式，使系统具备良好的可修改性、扩展性与通用性。
提出了基于参数中心的分布式数据通信方法，对仿真参数进行集中管理，实现协同仿真系统各模块间的交互，并将参数分为了实时同步的对象类参数与触发时同步的交互类参数。
为了便于机型扩展、提高软硬件布局的灵活性与通用性，将视景模块分为飞行视景、机内其它视景与机外监视视景三种类型，提出飞行视景应对不同硬件形式的自适应拼接与调整方法，机内其它视景的模块化模拟方法，机外监视视景的参数化方法，使视景模块具备通用性与模块化组合的能力。
针对飞行仿真，建立了机体与吊桶的六自由度动力学联立方程，基于对任务仿真影响程度较高的关键性能数据进行了简化与参数化，使飞行仿真模型可根据直升机的实际特性进行方便的调节，并通过典型飞行剖面的操纵响应校验了模型的运动趋势以及参数的调整效果。
针对直升机与仪表的仿真，研究了工业CAD模型到仿真用三维模型的轻量化方法，提出了基于单元数据量的三维模型逐级轻量化方法与基于失真度判据的层级化管理方法，避免了模型重建的工作量；针对仪表显控系统提出了模板化的建模方法，通过基础模板的组合快速形成各类仪表的仿真模型，并且通过仿真模型与三维模型逻辑上的分离实现了良好的重用性。
针对任务环境仿真提出了大地形数据的建模及动态显示方法，以及简化的林火蔓延速度模型，实现了具有自动行为的林火仿真。通过LOD、Billboard、纹理动画、场景烘焙等场景优化技术，有效降低了场景的渲染量并提升了可视化的视觉效果。
最后，从作业效能评估和机组人员程序训练两方面对系统进行了验证：针对效能评估提出了火场面积增长率、灭火作业的效费比、灭火的作业效率三个综合效能评估指标。通过对案例的仿真，分析了灭火策略、吊桶容积与飞行路线等因素对效能指标的影响，以及效能指标对任务成败的影响；经过有经验的飞行机组的多轮使用，进一步验证了该仿真系统具有正确的视景显示与操作反馈，可用于机组人员的作业程序训练。