喬善勛/文
萬米高空，A330在操縱法則降級到「備用法則2」之後，飛機可用速度區間很小，稍微拉杆，駕駛艙就會在搖晃中傳來「stall（失速）」的聲音。筆者在顛簸中本就已經有些不適了，再加上閃爍的警告燈和蜂鳴器，此前沒有接受過高空失速的筆者已經開始慌神。還好這一切發生在A330的模擬機中，筆者身旁坐著經驗豐富的珠海翔翼教員宋國超，他給我講解演示了飛機從進入失速到改出失速的過程。此情景和2009年法國航空447號航班非常相似。
2009年6月1日，法航447號航班在從巴西里約熱內盧加利昂國際機場飛往法國巴黎戴高樂機場的途中，墜毀在大西洋中，事故導致228人遇難。
圖、A330模擬機傳來失速警報時的姿態和場景
事故調查報告指出事故原因是皮托管結冰導致A330發生空速不可靠事件，控制律降級為「備用法則2」，自動駕駛儀自動關閉，飛行包線保護消失，飛行員錯誤操縱導致飛機失速。而更深層次的因素一方面是飛行員駕駛技藝不精，缺乏情景意識、溝通決策意識和驚嚇情緒的管控意識，一方面則是法國航空僅提供模擬機低空失速訓練，沒有提供高空失速訓練。
圖、筆者和珠海翔翼A330模擬機教員宋國超
飛行員必須做好應對從惡劣天氣到空中交通管制，再到機載設備故障的一切準備。但在真實的飛機中進行此類情況的培訓既昂貴又危險，因此需要藉助飛行模擬機。筆者在模擬機中感受了空間迷向、飛機複雜狀態預防和改出訓練（UPRT）、飛行員技術訓練科目（單發+大側風+直接法則+邊緣天氣條件），充分感受到模擬機在飛行員培訓體系的重要性。
圖、林克和「藍色盒子」
發明模擬機的是美國發明家、企業家和航空先驅埃德溫·阿爾伯特·林克（Edwin Albert Link，1904年7月26日~1981年9月7日）。他發明了飛行模擬機，被稱為「Blue Box」（藍盒子）或「Link Trainer」 （林克模擬機），在1929年投入商業化，並開啟了價值數十億美元的產業。
1920年，林克第一次接觸飛行。1927年，林克買了一架塞斯納飛機，他通過巡迴表演、包機和授課維持生計。後來林克用18個月時間發明了「林克模擬機」，它擁有類似機身的設備，帶有駕駛艙和控制裝置，能產生飛行的動作和感覺。
圖、林克模擬機專利示意圖
1929年，林克成立林克航空公司來製造模擬機，它由電動泵驅動，能做俯仰和滾轉兩個動作。林克模擬機的早期客戶是遊樂場，而不是飛行培訓學校，其專利(US1825462 A)名稱就是「飛行學員和娛樂設備的組合訓練設備」。模擬機被塗上藍色漆，因此也被稱為「藍盒子」。
多起航空郵件事故成就了林克的第一筆軍事訂單。當時美國陸軍航空兵接管了美國航空郵件業務，但飛行員不熟悉儀表飛行規則，導致在78天內有12名飛行員遇難。大規模的飛行員犧牲讓美軍開始考慮多種解決方案，包括林克模擬機。
圖、印第安納州西摩弗里曼訓練基地的模擬機，這裡是二戰期間美國陸軍航空兵訓練基地
1934年，美國陸軍航空兵以單價3400美元的價格購買了六架模擬機。1937年，美國航空公司成為第一家購買林克模擬機的商業航空公司。在二戰前期，林可模擬機遠銷德國、日本、英國、俄羅斯等國家。
在二戰期間，林克公司生產超過10000台模擬機，每45分鐘生產1台，有超過50萬飛行員在林克模擬機上訓練。
圖、加拿大西部航空博物館的林克模擬機
1945年，林克因發明飛行模擬機而獲得霍華德N.波茨獎章，並在1947年獲得皇家航空學會韋克菲爾德金獎。1976年，他入選美國國家航空名人堂。
在二戰時期，高度複雜的新型波音運輸機需要大量的機組人員培訓。而標準的培訓程序需要花費大量時間，還要耗費大量資金。現代飛行訓練之父阿爾伯特·李·烏爾奇（Albert Lee Ueltschi）曾指出：
1、在飛機上訓練可能很危險；
2、當發生意外時，應及時採取適當的措施；
3、如果可能的話，祝你好運！
圖、德梅爾和寇蒂斯-萊特德梅爾模擬機
飛行訓練成為美國在二戰時期的當務之急，理察·德梅爾（Richard C. Dehmel，1904年~1992年） 博士曾是貝爾電話實驗室的一名工程師，他在1938年開始對飛行訓練產生興趣，並開始為林克模擬機製作自動信號控制器。這也是儀表飛行訓練的一大進步，該系統能讓模擬機更貼近實際導航設備環境。
1943年德梅爾加入寇蒂斯-萊特公司擔任總工程師，他在1946年升任電子部門的工程和製造總監。德梅爾改進了培訓泛美B-314飛行員的林克模擬機。
1950年1月10日，德梅爾獲得「飛機飛行訓練裝置」發明專利（專利號：2494508）。他的創新設計可以讓模擬機的操縱杆、方向舵和儀器的響應與飛機完全一樣。它能和無線電導航系統相結合，通過無線電信號精確模擬飛行。飛行員第一次真正學會「靠儀表飛行」而不是憑「感覺」！
圖、寇蒂斯-萊特德梅爾模擬機
1954年，美聯航以300萬美元的價格從寇蒂斯-萊特（Curtiss-Wright）公司購買了四台飛行模擬機。它相比早期的模擬機增加了視覺、聲音和動作，這也是商用飛機的第一台現代飛行模擬機。
德梅爾模擬機能大大降低培訓飛行員的成本、時間和風險。例如泛美航空在13000小時內培訓了125名飛行員、40名英國海外航空飛行員和85名空軍飛行員。模擬機讓泛美航空培訓飛行員的成本降低60%，並將飛行員的培訓時間從21小時減少到8小時。
1972年，勝家公司研發了一套直透鏡儀器，配備了曲面鏡和分光鏡，能將駕駛艙外的景色投射在一定距離的焦點上。這些直透鏡顯示器大大改善了飛行模擬機的真實性。1976年，採用廣角直透鏡解決了視角狹窄的問題。1982年，研發出的廣角無限顯示設備採用在橫向大幅度擴大的曲面鏡，可以讓多人透過顯示屏看到模擬影像。
早期的模擬機相對簡單，但今天使用的模擬機能非常準確地模仿飛機的聲音、動作和視覺效果。以至於一些飛行員在訓練時完全忘記他們從未離開過地面。當飛行員向前推模擬機的控制杆時，他們會感覺真的向地面俯衝。
圖、現代模擬機艙內示意圖
模擬機能提供在空中過於危險而無法嘗試的練習機會，例如無意間開啟的反推器等。飛行員能體驗飛機電氣故障，還能體驗自動化的飛機系統如何診斷和解決故障。此外還有針對特定機場的模擬機訓練，例如幫助飛行員練習以陡峭的下降飛行進入倫敦市金絲雀碼頭附近的短跑道。
2010年澳洲航空A380發生髮動機故障時，飛行員處理得很好，其中一個原因是他們在模擬機訓練中了解當發動機停車時，飛機會有什麼表現以及駕駛艙的指示。
圖、D級全動模擬機系統中使用的視景顯示系統
現在全動飛行模擬機中，從A到D一共分為四個級別，其中D為最高級別。該模擬機適用於商業航空運輸飛機的初始和復訓。其中初始訓練是為了轉換為新機型，復訓是所有商業飛行員必須定期進行的訓練。D級模擬機必須能在所有六個自由度(6-DoF)中產生加速度，身體可以在空間中自由移動。
圖、全動模擬器顯示原理示意圖
模擬機通常由模擬座艙、運動系統、視景系統、計算機系統和教員控制台組成。飛行員有70%以上的信息來自視覺，因此視景系統是任何飛行模擬器的關鍵系統。現在模擬機使用的是虛像顯示系統，它向飛行員顯示窗外圖像的顯示系統通常設計為讓圖像出現在遠處的焦點處，也被稱為準直顯示，這能讓兩名並排坐著的飛行員都能看到相同的圖像，不會出現角度誤差或失真。
現在模擬機市場中最大的製造商是加拿大CAE公司，他們擁有70年製造培訓設備歷史，占有70%的市場份額和28億美元年收入。現在CAE從培訓中獲得的收益甚至超過了生產模擬機的收益。
圖、CAE模擬機
CAE的產品線包括基礎款模擬機：CAE 400XR和CAE 500XR，全動模擬機：CAE 3000、CAE 5000和CAE 7000XR。2001年CAE收購了BAE系統的飛行模擬和訓練部門。2021年CAE收購美國L3Harris的軍事培訓業務，其中還包括林克模擬和培訓項目。
圖、珠海翔翼鳥瞰圖
2022年民航行業發展統計公報顯示，我國運輸航空公司有超過5.7萬名飛行員。成為一名合格的飛行員需要長期大量的訓練，飛行員從進入航校開始，就要學習諸多的航空理論課，再經過1年多的飛行訓練才能進入航空公司。在初始改裝階段（獲取第一個航空運輸類機型，如A320或B737）需要進行約2個月的理論學習和模擬機訓練。然後，每半年還需開展5天的模擬機復訓和理論考試。
南方航空是亞洲機隊規模最大的航空公司，目前在職專業飛行員逾萬人，旗下珠海翔翼模擬機訓練中心是亞洲規模最大、機型最全、國內歷史最悠久的訓練中心之一。1992年11月18日，南航珠海飛行訓練中心開業。2003年CAE和中國南方航空股份有限公司合資組建了珠海翔翼航空技術有限公司。2017年，珠海翔翼成為南航全資子公司。
翔翼公司除了飛行培訓外，還提供簽派、管制及機務等人員的專業和管理培訓；研發和提供安全運行及訓練解決方案；同時提供模擬機維護技術及航材支持、訓練中心管理諮詢等服務。目前珠海翔翼擁有31台全動模擬機，每年有超過7000名南航飛行員在此訓練。包括B737NG、B777、B787、B737MAX , A320、A330、A350, E190及S76/S92，涵蓋了國內運行主流機型，是亞洲規模最大、機型最全、國內歷史最悠久的訓練中心之一。累計為國航、東航、空客、波音、安博威、中商飛、河北航、川航、多彩貴州、順豐、春秋、澳門、華信、JAL、大韓、Bristow等國內外300多家客戶提供訓練，致力於打造世界一流的飛行安全研究和訓練機構。
翔翼公司還頗具創新精神，例如在2021年8月翔翼攻克技術難題，完成國內首家自主完成模擬機拆裝。翔翼航空首台自主完成拆裝的B737NG#1模擬機順利通過CAAC初始鑑定，標誌著珠海翔翼成功攻克模擬機拆裝技術難題，成為國內首家自主完成模擬機拆裝的飛行訓練機構。
未來，科技創新將是翔翼發展的關鍵詞。珠海翔翼總經理周易之表示：「正在加強飛行數據和訓練數據的應用研究，將業務領域向全面航空安全管理拓展，並加強訓練設備產業鏈的技術攻關。」
圖、翔翼公司研發的國產A320模擬機
在筆者走訪的過程中，看到幾名工程師在一台模擬機中進行調試，他們正在對國產A320模擬機進行科技攻關。工程師忙碌的身影和不斷溝通交流讓小小的模擬機艙顯得熱火朝天。隨著國產模擬機的研發成功和未來投入運營，我國模擬機行業也逐步從培訓延伸到研發製造的上游產業鏈。
2020年8月27日，南航飛行安全研究院暨飛行產教融合實訓基地在珠海翔翼航空技術有限公司正式揭牌成立。南航飛行安全研究院致力於研發適應南航和中國國情的飛行訓練及安全管理方案，打造飛行訓練及安全領域的「產學研」綜合平台，成為「亞洲第一，世界一流」的航空飛行訓練及安全研發機構。目前該機構正重點推進飛行員全生命周期訓練管理和評估體系（CBTA）、機組資源管理(CRM）訓練體系、教員和檢查員培訓體系和安全管理培訓體系四大訓練體系建設。已通過飛機運行品質監控系統（QAR）、航線運行安全審計(LOSA)、不安全事件根源庫等項目的飛行大數據研究和應用，打造出如機型類、標準訓練指南(STP)類、通用類、安全類等一系列高端訓練產品。為旅客安全出行保駕護航，為國際民航輸出飛行訓練及安全管理的「中國智慧」和「中國標準」，助力新時代民航強國。