解读:飞行模拟器行业发展背景、主要玩家及发展趋势
来源:米乐体育官方网站入口 发布时间:2024-12-22 13:38:47飞行模拟器是一种模仿航空器执行飞行任务时的飞机状态、飞行环境和飞行条件的高精度模拟装备,属于十分复杂、精密的高端装备。飞行模拟器能够给飞行员提供相似的操纵负荷、视觉、听觉、运动感觉的试验和训练装置。对于军事训练和民航领域,飞行模拟器作为飞行员训练的核心装备,应用于飞行驾驶技术训练、特情处置训练、战法模拟演练、战术技术指标论证等,能够支持全天候常态化训练、预演极端危险场景、特定任务演练等,能快速提升战斗力,具有无法替代的作用。此外,飞行模拟器能轻松实现装备研制和试验过程中的仿真验证和测试,辅助装备正向开发。
飞行模拟器模构成复杂,技术门槛较高,是一个综合了航空工程、机械设计、电气设计、仪表设计、机电设计、计算机仿真的复杂系统。飞行模拟器主要由 10 个分系统(运动平台、视景成像、操纵负荷、飞行仿真、综合环境模拟、航电仿真、教员控制台、声音仿真、座舱模拟、计算机网络)组成。
飞行模拟器是用来模拟各类飞行器全状态的设备,狭义上一般指飞机的模拟器,随着科学技术进步,高等级飞行模拟器能够 1:1 数字化还原真实飞机的性能和功能,及在任意气象环境、地理环境下的飞行特征,属于十分复杂、精密的高端装备,部分型号飞机的模拟器单台价值过亿元。飞行模拟器大多数都用在飞行训练,可为飞行员的基本驾驶、特情训练、联网对抗等提供逼真的训练环境,能大幅度提高训练质量、保障训练安全,并缩短训练周期、降低训练成本,因此模拟器训练是各国飞行员训练的必备方式,很大程度上决定了飞行员的实战能力。
在飞行模拟器领域,加拿大 CAE、法国泰雷兹等企业长期占有主体地位,基本垄断了全球民机模拟器市场,有较强的技术和市场优势。国内飞行模拟器行业起步较晚,主要面向军用市场,目前市场参与方相对较少,相比国外同行,大部分处于研发创新和技术积累阶段。
随着我国军事力量和航空事业的蓬勃发展,飞行模拟器由于其具备可重复性、经济性、安全性等诸多优点,为飞行员的基本驾驶、特情训练、联网对抗等特定作战场景提供逼真的训练体验,成为各国军事及民用航空领域飞行员必备的训练方式,也成为快速提高飞行员训练质量并形成战斗力、保障训练安全、缩短训练周期、降低训练成本的有效手段。因此,高等级飞行模拟器的发展,直接影响着我国军队训练效益的提升,以及“联战联训”等军事理念的切实落地与实践推行。
(1)飞行员培养对国防航空事业至关重要,高等级飞行模拟器是飞行员模拟训练的核心装备
现代空战的战场上,飞行员的综合素养是决定胜负的重要的条件,飞行员的培养必然的联系到国家的安全与发展。目前,各国对于飞行员的培养投入巨大,根据资料显示,美国空军训练一名基本合格战斗机飞行员的成本在 560 万美元至 1090 万美元,运输机飞行员的培训成本约 250 万美元,负责指挥、控制、情报、监视和侦察操作的特种飞机的飞行员培训成本约为550 万美元。
随着我国国防实力的不断攀升、慢慢的变多的先进军机投入服役,飞行器的操作复杂度也日益提升。飞行员的训练过程涵盖了理论学习、模拟飞行训练和实飞训练等阶段。其中,高等级飞行模拟器作为模拟训练的核心装备,其重要性不言而喻。
在空军的军事训练领域,由于国产军机的布局图、设计图、试飞数据对于空防安全意义重大,因此保密要求极高,无法对国外飞行模拟设备供应商公开,而现有的国内主要军用飞行模拟器制造商都已然浮现供不应求的局面,对于飞行模拟器自主可控的需求产生了强大的市场需求推动作用。
(3)飞行模拟器采用仿真模拟系统,是训练和经费效率的“倍增器”, 在军事训练中具有无法替代的作用
采用仿真模拟系统代替实兵实战训练可以极大地提高训练效率、降低训练费用。高等级飞行模拟器打造常态化、高效能飞行员训练新标杆,快速提升飞行员战斗力。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,只一定要通过仿真技术进行模拟。飞行员可以在模拟器上反复训练对极端天气、不同地理位置的磁场变化对飞行操作的影响等各种复杂情况的应对,熟悉不同机型的操控技巧,培养应对紧急状况的反应能力。从国外先进经验看,尽管研制开发一台先进模拟器的费用极高,但其一旦投入到正常的使用中,模拟训练费用将远低于实飞训练的费用。相比于实飞训练,高等级模拟器具有高安全性、低训练成本、全天候常态化训练以及多样化、复合化飞行环境模拟等重要特征。
(4)飞行模拟训练能保证训练的质量与安全,进行复杂、多样场景的飞行训练和实战演练
在国防航空领域,高等级飞行模拟器的作用无可替代。它能够模拟极端危险场景与极限故障,为空军备战能力建设提供强大后盾。高等级飞行模拟器允许飞行员在极端恶劣的气象环境、特殊地理环境和复杂电磁环境中反复训练,熟悉不同机型的操控技巧,培养应对紧急状况的反应能力。因此运用模拟机模式进行技能训练,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。
(5)高等级飞行模拟器核心为高精度飞行仿真技术,能够为装备研发提供有效参考。
在用于飞行训练的同时,高等级飞行模拟器可以为飞机设计师提供一个虚拟的测试或训练环境。飞机研发人能收集仿真环境下的飞机性能数据,发现可能存在的问题并优化设计,能够在研发设计环节提升飞机的气动性能、动力性能、自动控制系统可靠性等,快速缩短研发周期,降了研发成本,为航空器等装备研发提供有效参考。
我国飞行模拟器设备产业起步较晚,开始于上世纪 80 年代初,经过 30 多年的技术经验积累与发展,近年来逐渐形成成型的行业标准。我国飞行模拟技术的研究发展基本能分为三个阶段:我国飞行模拟技术探讨研究起步较晚,从 20 世纪 50 年代至今,历经从国外引进、自行研制、加快速度进行发展三个阶段。我国早期的飞行模拟器主要靠引进,如三自由度气动式训练器 TA-1 及固定式米格型训练器。长期的技术垄断迫使中国自行研制飞行模拟器。1969 年,由空军、科研院所联合研制成功 J6 飞机仪表飞行练习器,是我国自行设计的第一台实用的仪表飞行训练器,能够线 战机的仪表功能,具有较高的训练价值。1999 年,国内研制出第一台实像式飞行模拟器,取得了较大的技术进步。2016 年“军改”以后,我国飞行模拟技术获得了较为广泛的应用,人才储备增加,飞行模拟训练设备鉴定组织和鉴定法规逐渐健全,飞行模拟技术获得了极大的发展,先后成功研制了视景系统和六自由度运动系统等关键分系统、高等级全任务飞行模拟器,促进飞行模拟器的快速发展。
目前,我国军用飞行模拟器处于快速发展阶段,对于充分的发挥高等级飞行模拟器以仿真模拟训练代替部分实飞训练、大幅度降低训练军费、缩短训练周期的功能仍存在比较大差距。在民用领域,国内民用飞机飞行模拟器,特别是大型民用飞机飞行模拟器基本依赖进口,造成国内飞行员培养周期长,培训成本居高不下,严重限制了国内航空运输业的快速发展。
根据民航局 CCAR-60 部规定,模拟机分成 A、B、C 和 D 四个等级,C 级和 D 级系高等级飞行模拟器。其中,D 级是最高等级,也是仿真程度最为接近真实飞机的模拟机级别。D 级全动飞行模拟机是飞行员训练的必备装备,飞行员在 D 级模拟机上的训练时间在某些特定的程度上可以直接折算为飞行员的飞行小时数。
因此,D 级模拟机要求和真实飞机的训练场景弥合度极高,模拟机的运动系统、视景系统等和飞机驾驶舱仪表及旁边的环境的响应需要密切耦合,以提供相对真实的驾驶感受。由于真实飞机对飞行员操纵的反应来自于真实的物理环境,例如飞机在碰到阵风时,会产生颠簸反应;而在飞行模拟器上,这些反应都需要计算机来模拟生成,因此相对于真实物理环境存在一定延迟。而高等级飞行模拟机对这种响应滞后延迟是有严格要求的,目前,根据民航局 CCAR-60 部规定,A、B级模拟机延迟限制为 300 毫秒,C、D 级模拟机限制为仪表和运动系统 100 毫秒,视景系统 120 毫秒。在这样的条件下,飞行员在模拟机上训练时才不会有明显的“响应延迟”的感觉,训练也更逼真。此外,不一样的等级的飞行模拟器在运动系统及视景系统等关键领域的部分区别如下:
民航领域高级飞行模拟器市场目前被进口占据大量份额,加拿大 CAE 公司凭借拥有绝大多数飞机机型的数据包、产品技术的先进性、发达的市场销售网络,在全球飞行模拟器市场处于优势地位,其次还包括L3Harris、FSI等。
近年来,随着我们国家民航的迅速发展,涌现出普旭科技、北京蓝天、华翼蓝天、摩诘创新等一批能够自主研发生产民航领域高等级飞行模拟器及其关键分系统的飞行模拟器生产商,我国飞行模拟器进入快速发展阶段,市场潜力巨大。
在军用领域,合格飞行员的缺乏是大部分国家都面临的一个严峻问题,有效地利用模拟器训练资源是缩短培养飞行员所需时间、降低训练成本的关键。当前,军用飞行模拟器作为真实、虚拟和构造(LVC)技术的重要组成部分,在各国军事训练中都得到了更广泛的应用,其能节约大量训练成本,提高了地面训练效果,能够完全满足体系对抗所需要的更复杂、更真实的训练场景。军用市场由于涉及国防安全,壁垒相比来说较高。在国防军工、航空航天以及其他尖端核心技术等领域,受国防安全影响,国外企业和产品受到很大限制。因此,拥有相关军工资质、特别是具有一定自主创造新兴事物的能力、率先实现军用飞行模拟器及其分系统交付的国内厂商,具有相当的竞争优势。
在军用飞行模拟器领域,由于各国军机数据包保密性较高,全球军用领域市场集中度相对民用领域较低,CAE、L3Harris、波音公司、FSI、泰雷兹等前五大厂商合计市场占有率超过60%。相较于民用飞行模拟器市场集中度较低。目前,我国能够交付高等级军用全动模拟器的企业稀缺,由于军机数据保密要求比较高的特性,能够优先实现技术突破的厂商,更容易发展为行业龙头。
从飞行模拟器制造商来看,全球民用飞行模拟大多数来源于CAE、L3Harris和FSI三大厂商,市场集中度极高;而在军用飞行模拟器领域,由于各国军机数据包保密性较高,全球军用领域市场集中度相对民用领域较低,CAE、L3Harris、波音公司、FSI、泰雷兹等前五大厂商合计市场占有率超过60%。从飞行模拟器地区分布来看,全球飞行模拟器市场主要由美国、欧洲掌控,美国拥有高等级军用飞行模拟器数量约占全球军用飞行模拟器数量的半数以上。
在我国民用飞行模拟器领域占据了绝大多数市场;第二类为科研院所,代表性的如航空工业直属科研院所、中国人民空军哈尔滨飞行学院、中国人民空军航空大学等,承担了我国军用飞机领域部分型号飞机模拟器的科研生产任务;第三类为国内专注于飞行模拟器研发的企业,代表企业有北京蓝天、华翼蓝天、摩诘创新、普旭科技、安胜(天津)等,目前均处于聚力研发、快速起步阶段。
(1)以 LVC 训练方式为代表的虚实结合训练将成为军事训练变革的新方向
虚实结合训练,即通过虚拟力量与实兵力量的结合,完善训练条件,使训练更逼真,美军提出的 LVC(Live-Virtual-Constructive Training)训练模式即是一类有代表性的虚实结合训练模式,也是我军目前集中精力研究的虚实结合训练模式。
其中,L(Live)指的是实况仿真,对应实兵训练,或真实的人操作真实的系统,表现为传统的实兵演习;V(Virtual)是指虚拟仿真,即真实的人操作虚拟的系统,表现为决策指挥训练以及模拟器训练等;C(Constructive)是指结构仿真,即虚拟的人操纵虚拟的系统,表现为仿真推演等;LVC 训练模式是结合了如上 3 种不同训练模式的新型训练模式。
在 LVC 训练体系中,L 是真实的,V 和 C 均为虚拟的。这种训练有效综合了实兵训练、仿真模拟训练设备训练和作战推演三者的优点,是一种既贴近实战又节约经费的训练模式。更重要的是,这种训练方式能逼真的复现真实战场联合作战背景,使各军种的效能反映出来,摆脱单军种训练所带来的局限性。
美军作为 LVC 训练领域的领头羊,经过 20 多年发展,在 LVC 研发技术上已取得较大突破,训练体系建设相对较为完善。其建设发展经验对我军 LVC 训练体系建设具备极其重大参考意义。近年来,我军也在积极地推进 LVC 训练体系建设,未来 LVC 训练将作为软硬件协同整合的重要环节,是军用仿真模拟训练需要实现的重大目标。
进入 21 世纪以来,国家格外的重视战略性核心技术的自主可控,出台多项政策支持包括飞行模拟器在内的多个军工领域的自主化进程,包括加大战略性新兴起的产业扶持力度, 强化军工科研和国产化,加大新型军事训练体系建设等。这为业内企业自主掌握核心技术提供了有力保障,以争取在重要领域实现突破性进展。这将推动整个行业的技术水平获取重大提升,促进飞行模拟器领域的自主创造新兴事物的能力和国际竞争力的提高,国产军用模拟器通过考核的种类和数量都将不断增加。
随着本土企业技术实力和品牌影响力的增强,本土飞行模拟器企业将在全球市场范围内争取更大份额。目前中国企业在全球军民两用模拟器出口市场的占比较小,但随着国内飞行模拟器行业的加快速度进行发展,我国本土企业在全球市场中的份额将不断的提高。在飞行模拟器出口方面,中国企业未来将聚焦对于新兴国家提供高性价比、标准化的产品,打开发展新空间。随着国际市场格局变化,这将给国内公司能够带来重要机遇。
各国均把发展国防科技能力看作国家战略的重要组成部分。军用飞行模拟器作为评估战备和训练作战人员的重要平台,其需求会伴随国防科技发展而持续增长。当前,各国正推进新一轮国防和军队现代化建设。中国“十四五”规划提出要“加快武器装备现代化,加速战略性先进的技术发展”。在这一背景下,先进的军用飞行模拟器将发挥关键作用。一方面,大量新一代战斗机、运输机的服役,需要配套新型高等级飞行模拟器进行飞行员的模拟训练。另一方面,随着实战化军事训练理念的强调,各国也在增加模拟器的采购量,以提高训练逼真度。能预见,在各国快速推进国防科技发展的推动下,军用飞行模拟器市场将保持比较高增速。
新型作战装备的运营对操作训练提出更高要求,这直接带动对相关军用模拟器增长的需求。例如美国的第五代战斗机 F-35,由于其部分特殊任务类型无法在真实环境下开展充分验证,且实装训练成本极高,因此,美军在训练基地部署了大量 F-35 全任务飞行模拟器,用以提升训练和实战水平。未来,国内许多新型装备的陆续投入到正常的使用中,也会持续带来军用飞行模拟器的新增市场。
飞行模拟器模构成复杂,技术门槛较高,是一个综合了航空工程、机械设计、电气设计、仪表设计、机电设计、计算机仿真的复杂系统。未来,随着传感技术、视景系统、模型算法等关键技术的提升,将持续推进飞行模拟器的仿真计算精度和交互体验真实度,为行业的持续进步奠定坚实的技术基础。
虚拟现实、增强现实和混合现实技术未来将在军用仿真和高等级飞行模拟器领域的重要技术之一。未来,飞行模拟器可以与 VR、AR 等新型数字技术融合,构建更加完备的仿真培训体系。VR 等技术与飞行模拟器的深层次地融合是未来飞行模拟器的主要发展趋势。飞行模拟器平台可以与更多新兴技术相结合,开拓联合指挥对抗演练等应用新领域,推动模拟器实现更广泛的应用。
我国军改之后,部队对于军用飞行模拟器的采购形式总体是军方作为发包单位,由飞机主机厂作为承研承制单位组织生产工作,军工科研院所和非公有制企业承担模拟器分系统生产和整机集成工作。因此,与主机厂的业务合作是参与军用飞行模拟器行业竞争的必要前提,开展上述业务需要获取相关军工资质。同时,能够率先实现技术突破、实现核心技术自研的厂商,如能轻松的获得主机厂客户的认可,更加有助于取得军品配套的先发优势,在飞行数据处理、算法优化等方面提升市场竞争力。
飞行模拟器的研发需要航空工程、机械、机电、计算机仿真等多领域的高端复合型人才。上述复合型人才在国内较为稀缺,且多集聚于少数行业领军企业之中,高筑人才壁垒。国内开发飞行模拟器的企业要较强的人才整合能力,引进多个学科领域的复合型人才,构建技术非常精湛、经验比较丰富的核心技术团队,并经过长时间的项目实践经验的积累和技术能力的不断打磨,人才的稀缺性成为进入行业的重要壁垒。
飞行模拟器模构成复杂,技术门槛较高,是一个综合了航空工程、机械设计、电气设计、仪表设计、机电设计、计算机仿真的复杂系统,属于极其复杂、精密的高端装备。飞行模拟器的研发对参与企业的技术深度和学科覆盖领域提出了很高的要求。飞行模拟器行业的核心在于构建精细的飞行仿真模型和环境模型,需要长期的算法和仿真模型的积累,并且对底层软件与硬件的协同与控制要求极高,属于知识密集型行业,形成了较高的技术壁垒。
由于军用模拟器行业的特殊性,针对不一样的种类军机机型的飞行模拟器都存在一定的差异,定制化程度较高。在军用领域,高等级飞行模拟器的交付在国内属于突破性进步,未来有巨大的增长空间。由于军用飞机模拟器对保密性、安全性、可靠性的要求,第一批获得订单的厂商在通过军方校验和供货后,率先实现模拟器交付的企业,且在产品的质量和性能上率先得到军工客户的认可,从而更易和客户建立深层次的合作研发,在军工客户认可度方面获取先发优势,来提升企业后续获得新订单的可能性,提升其在军用市场的领先优势。
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第三章 《国民经济行业分类与代码》中飞行模拟器所属行业2024-2030年规划概述
第五节 2019-2023年飞行模拟器行业财务能力分析与2024-2030年预测
第六章 POLICY对2024-2030年我国飞行模拟器市场供需形势分析
第九章 普●华●有●策对2024-2030年飞行模拟器行业产业体系调整分析
第十三章 普●华●有●策对2024-2030年飞行模拟器行业投资前景展望
第十四章 普●华●有●策对 2024-2030年飞行模拟器行业发展的新趋势及投资风险分析
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