eVTOL作为新兴的航空运输解决方案，具有垂直起降、电动环保、适用于城市空中交通（UAM）等众多优势。然而，eVTOL的飞行特性、操作方式以及所面临的复杂环境与传统的固定翼飞机和直升机有显著区别。eVTOL模拟器为eVTOL的研发、测试、飞行员培训等提供了一个安全、可重复且成本相对较低的虚拟环境。随着eVTOL从概念走向实际应用，其模拟器也呈现出一系列的发展趋势。
二、技术发展趋势
（一）高逼真度建模
- 1.飞行器动力学模型
- •越来越精确的eVTOL飞行器动力学模型是模拟器技术发展的重要方向。这包括对eVTOL独特的多旋翼布局、倾转旋翼（如果有）或升力 – 巡航螺旋桨布局下的空气动力学特性的精确模拟。例如，对于倾转旋翼eVTOL，在旋翼从垂直起降模式向水平巡航模式倾转过程中，其气动力的变化非常复杂，模拟器需要准确模拟这种变化对飞行性能的影响，如升力、阻力、力矩等参数的动态变化。
- •对eVTOL的电动推进系统的建模也在不断细化。考虑到电机的效率曲线、电池的放电特性（如不同放电率下的容量衰减、电压变化等）以及电力电子设备的控制特性，使得模拟器能够真实地反映eVTOL在飞行过程中的动力性能，如在满载、爬坡、高速飞行等不同工况下的动力响应。
- 2.环境模型
- •在环境建模方面，除了传统的气象条件（如风速、风向、温度、气压等）模拟外，eVTOL模拟器将更加注重城市环境的精确建模。城市中的高楼大厦、电磁干扰源（如无线电发射塔、变电站等）、地形起伏等都会对eVTOL的飞行产生影响。例如，高楼大厦之间形成的城市峡谷效应会改变局部的气流，模拟器需要准确地模拟这种气流对eVTOL飞行稳定性的影响，包括乱流、下沉气流等的模拟。
- •对于电磁环境的模拟也将成为重点。eVTOL依赖于多种电子系统进行导航、通信和控制，模拟器需要模拟城市环境中复杂的电磁环境，以测试eVTOL的电磁兼容性以及在电磁干扰下的飞行安全性。
（二）增强现实（AR）与虚拟现实（VR）技术的融合
- 1.沉浸式体验
- •AR和VR技术将使eVTOL模拟器的用户体验更加沉浸式。通过VR头盔，飞行员可以身临其境地感受eVTOL的驾驶舱环境，仿佛置身于真实的飞行场景中。例如，在起飞和降落阶段，飞行员可以通过VR看到机场（或起降场地）的周围环境，包括地面的设施、其他飞行器等，并且能够感受到高度和速度的真实变化。
- •AR技术则可以将虚拟的飞行信息（如飞行仪表数据、导航信息等）叠加到真实的驾驶舱视图上（如果模拟器采用部分真实驾驶舱硬件的情况）。这样飞行员可以在观察真实驾驶舱设备的同时，获取虚拟的补充信息，提高飞行的真实感和操作便利性。
- 2.交互性提升
- •基于AR和VR的交互技术将使飞行员与模拟器的交互更加自然和高效。例如，手势识别技术可以让飞行员通过手势来操作模拟器的一些功能，如调整飞行仪表的显示模式、切换飞行模式等。语音交互也将得到进一步发展，飞行员可以通过语音指令与模拟器中的飞行系统进行交互，如查询飞行状态、请求导航信息等，这种交互方式更加符合人类在真实飞行中的操作习惯，有助于提高飞行员的操作效率和反应速度。
三、功能发展趋势
（一）全面的飞行训练功能
- 1.基础飞行技能训练
- •eVTOL模拟器将提供更加全面的eVTOL基础飞行技能训练功能。包括垂直起降操作、悬停控制、低速飞行控制等。对于垂直起降操作，模拟器将精确模拟eVTOL在不同起降场地条件（如平坦地面、倾斜地面、有障碍物的地面等）下的起降过程，让飞行员熟练掌握起降的技巧，如油门控制、姿态调整等。
- •在悬停控制方面，模拟器将通过精确的动力学模型，让飞行员感受到eVTOL在悬停时受到外界干扰（如风扰）时的姿态变化，并学会通过操纵杆、脚蹬等控制设备来保持稳定的悬停状态。低速飞行控制训练则有助于飞行员掌握eVTOL在城市环境中低速飞行（如在建筑物之间穿梭、接近起降场地等）时的操作要点，如转向控制、速度微调等。
- 2.高级飞行任务训练
- •随着eVTOL应用场景的拓展，模拟器将具备高级飞行任务训练功能。例如，针对城市空中交通（UAM）中的空中出租车服务，模拟器将训练飞行员在繁忙的城市空域中进行乘客接送任务的飞行操作。这包括在多个起降点之间的高效航线规划、与其他空中交通（如其他eVTOL、无人机等）的避让和协调飞行等。
- •对于eVTOL在紧急救援、货物运输等特殊任务中的训练功能也将不断完善。在紧急救援任务中，模拟器将训练飞行员如何在复杂的环境（如山区、灾区等）下快速到达救援地点，并且安全地降落和起飞。在货物运输任务中，模拟器将模拟不同重量和分布的货物对eVTOL飞行性能的影响，以及飞行员如何进行货物的装载、固定和运输过程中的飞行操作。
（二）系统测试与验证功能
- 1.硬件 – 软件集成测试
- •eVTOL模拟器将成为eVTOL硬件 – 软件集成测试的重要平台。在eVTOL的研发过程中，其飞行控制系统、动力系统、导航系统等各个子系统需要进行集成测试。模拟器可以提供一个虚拟的飞行环境，在这个环境中，研发人员可以将各个子系统的软件模型与实际的硬件组件（如传感器、控制器等）进行连接测试。例如，通过模拟器可以测试飞行控制系统中的飞控计算机与传感器（如加速度计、陀螺仪等）之间的数据传输和交互是否正常，以及在不同飞行状态下，整个硬件 – 软件系统的协同工作能力。
- 2.新功能与算法验证
- •对于eVTOL研发中的新功能和新算法，模拟器是理想的验证工具。例如，当研发新的飞行控制算法（如自适应飞行控制算法、基于人工智能的飞行决策算法等）时，模拟器可以提供大量的不同飞行场景和工况，以验证这些算法的有效性和安全性。在新功能方面，如eVTOL的自动起降功能、编队飞行功能等，模拟器可以模拟各种可能的情况，包括正常情况和异常情况（如部分系统故障、外界干扰等），以确保这些新功能在实际应用中的可靠性。
四、应用场景发展趋势
（一）飞行员培训的主流工具
- 1.初始培训
- •随着eVTOL的商业化运营逐渐展开，eVTOL模拟器将成为eVTOL飞行员初始培训的主流工具。与传统的飞行培训方式相比，eVTOL模拟器可以提供更加安全、高效的培训环境。在初始培训中，学员可以在模拟器中学习eVTOL的基本操作原理、飞行控制系统、飞行规则等知识，而无需担心真实飞行中的风险。例如，学员可以在模拟器中反复练习垂直起降和悬停操作，直到熟练掌握这些基本技能，然后再进入实际飞行训练阶段，这样可以大大缩短实际飞行培训的时间和成本。
- 2.复训与进阶培训
- •对于已经取得eVTOL飞行资格的飞行员，模拟器将是复训和进阶培训的重要手段。定期在模拟器中进行复训可以保持飞行员的技术水平，应对可能出现的各种飞行情况。进阶培训方面，例如当eVTOL升级了新的飞行系统或进入了新的应用场景（如从城市内短途运输扩展到城市间的中短途运输）时，飞行员可以通过模拟器学习新的操作技能、飞行策略和安全注意事项，而无需在实际飞行中进行高风险的新功能测试和训练。
（二）系统研发与优化的平台
- 1.研发过程中的测试
- •在eVTOL的系统研发过程中，模拟器将扮演不可或缺的角色。研发人员可以利用模拟器对eVTOL的各个系统进行早期的测试和优化。例如，在飞行控制系统的研发中，通过在模拟器中设置不同的飞行场景和故障模式，可以测试飞行控制系统的鲁棒性和可靠性，及时发现系统设计中的问题并进行改进。对于动力系统，模拟器可以模拟不同的负载条件、电池状态等，以优化动力系统的性能，如提高电池的续航能力、优化电机的功率输出等。
- 2.运营优化
- •当eVTOL投入运营后，模拟器可以用于运营优化。通过模拟不同的运营场景（如高峰时段的乘客运输、恶劣天气下的运营等），运营方可以优化eVTOL的航线规划、飞行调度等。例如，模拟器可以分析在不同的城市空域管制条件下，如何安排eVTOL的航线以避免拥堵，提高运营效率。同时，模拟器还可以用于评估运营中的风险因素，如不同天气条件下的飞行风险，从而制定相应的风险管理策略。
五、用户体验发展趋势
（一）个性化定制
- 1.飞行员适应
- •eVTOL模拟器将提供个性化的定制功能，以满足不同飞行员的需求。不同的飞行员可能有不同的飞行经验、操作习惯和身体条件。模拟器可以根据飞行员的个人资料，如身高、手臂长度等，调整驾驶舱的布局和操纵设备的位置，以提高飞行员的操作舒适度。对于有不同飞行经验的飞行员，模拟器可以定制训练课程的难度和进度。例如，对于有一定直升机飞行经验的飞行员，在eVTOL模拟器的基础飞行技能训练中，可以适当跳过一些与直升机相似的基础操作内容，直接进入eVTOL特有的操作训练，如倾转旋翼操作（如果适用）等。
- 2.用户界面定制
- •模拟器的用户界面也将实现个性化定制。飞行员可以根据自己的喜好和操作习惯，调整飞行仪表的显示布局、颜色主题等。例如，一些飞行员可能更喜欢传统的指针式仪表显示，而另一些飞行员可能更倾向于数字化的液晶仪表显示，模拟器可以提供多种显示模式供飞行员选择。同时，用户界面的语言也可以根据飞行员的需求进行定制，以满足全球不同地区飞行员的使用要求。
（二）易用性提升
- 1.操作简化
- •为了提高用户体验，eVTOL模拟器的操作将不断简化。随着eVTOL技术的发展，其操作逻辑也将更加趋于人性化，模拟器将反映这一趋势。例如，在飞行模式的切换方面，模拟器将采用更加直观的操作方式，如通过简单的按钮或触摸屏操作即可实现垂直起降模式与水平巡航模式的切换，而不需要复杂的操作流程。对于飞行仪表的读取，模拟器将采用更加清晰的显示方式，如采用图形化的仪表显示，使飞行员能够更快速、准确地获取飞行信息。
- 2.培训引导
- •模拟器将提供更加完善的培训引导功能，以提高用户（尤其是新手飞行员）的易用性。在培训过程中，模拟器将提供智能的引导提示，如当飞行员进行错误的操作时，模拟器会及时给出正确的操作建议。在飞行任务训练中，模拟器将提供任务步骤的详细引导，包括航线规划、起降操作等各个环节的指导，使新手飞行员能够更快地熟悉eVTOL的飞行操作流程。
六、安全性发展趋势
（一）故障模拟与应急训练
- 1.全面故障模拟
- •eVTOL模拟器将能够更加全面地模拟各种故障情况。这包括飞行控制系统故障（如传感器故障、飞控计算机故障等）、动力系统故障（如电机故障、电池故障等）、结构故障（如旋翼损坏、机身结构受损等）。通过全面模拟这些故障情况，飞行员可以在模拟器中接受针对不同故障的应急训练。例如，当模拟飞行控制系统中的传感器故障时，飞行员将面临飞行姿态和飞行参数不准确的情况，需要通过其他手段（如备用仪表、手动操作经验等）来保持飞行安全。
- 2.应急程序训练
- •模拟器将强化应急程序的训练功能。针对不同的故障情况，eVTOL有相应的应急程序，如紧急降落程序、系统重启程序等。模拟器将精确地模拟这些应急程序的执行过程，让飞行员熟练掌握在各种紧急情况下的正确操作。例如，在模拟电池故障导致动力不足的情况下，飞行员需要按照应急程序，寻找合适的降落场地，调整eVTOL的姿态，以确保安全降落。
（二）安全标准与认证
- 1.符合航空安全标准
- •eVTOL模拟器将越来越严格地符合航空安全标准。随着eVTOL的商业化发展，航空监管机构将对eVTOL模拟器的安全性提出更高的要求。模拟器将在硬件设计、软件编程、数据准确性等方面遵循航空安全标准，以确保模拟器提供的训练和测试结果可靠。例如，在硬件方面，模拟器的操纵设备、显示设备等将符合相关的机械和电气安全标准，以防止在操作过程中对用户造成伤害。
- 2.模拟器认证
- •eVTOL模拟器将需要进行专门的认证。类似于传统的飞行模拟器，eVTOL模拟器将经过航空监管机构的认证过程，以证明其能够有效地用于eVTOL的飞行员培训、系统测试等功能。认证过程将包括对模拟器的性能（如逼真度、可靠性等）、功能（如训练功能、测试功能等）以及安全性（如故障模拟、应急训练等）的全面评估，只有通过认证的模拟器才能够被广泛应用于eVTOL的相关领域。
七、与行业协同发展趋势
（一）与eVTOL制造商的协同
- 1.定制化模拟器开发
- •eVTOL模拟器制造商将与eVTOL制造商密切协同，进行定制化的模拟器开发。eVTOL制造商根据其eVTOL的设计特点、性能参数和预期的应用场景，向模拟器制造商提出定制化需求。例如，如果eVTOL制造商研发的是一种新型的倾转旋翼eVTOL，模拟器制造商将根据其倾转旋翼的独特设计、动力系统的配置以及飞行性能的特点，开发出能够精确模拟该eVTOL飞行特性的模拟器。这种定制化的模拟器将有助于eVTOL制造商在研发过程中更好地测试和优化其产品，同时也为后续的飞行员培训和运营维护提供更加贴合实际的模拟环境。
- 2.技术共享与反馈
- •双方将进行技术共享和反馈。eVTOL制造商将向模拟器制造商分享其最新的eVTOL技术成果，如新的飞行控制算法、动力系统技术等，以便模拟器制造商能够将这些新技术融入到模拟器中。同时，模拟器制造商将在模拟器的使用过程中，向eVTOL制造商反馈在模拟飞行中发现的eVTOL设计和性能方面的问题，如某些飞行状态下eVTOL的不稳定现象、操作不便之处等，这有助于eVTOL制造商进一步改进其产品。
（二）与航空监管机构的协同
- 1.标准制定参与
- •eVTOL模拟器制造商和相关企业将积极参与航空监管机构关于eVTOL模拟器的标准制定。随着eVTOL作为一种新型航空器的发展，航空监管机构需要制定相应的关于eVTOL模拟器的标准，包括模拟器的性能标准、功能标准、安全标准等。eVTOL模拟器制造商凭借其在模拟器技术和应用方面的经验，将参与到这些标准的制定过程中，提供专业的技术建议和行业实践经验，以确保制定的标准既能够保障eVTOL的安全运营和有效培训，又能够促进eVTOL模拟器行业的健康发展。
- 2.监管合规与认证协助
- •在eVTOL模拟器的监管合规和认证过程中，eVTOL模拟器制造商将与航空监管机构密切协作。制造商将按照航空监管机构的要求，提供模拟器的相关技术资料、测试数据等，以证明模拟器符合相关的标准和规定。航空监管机构将在这个过程中，对模拟器进行严格的审查和认证，而制造商将积极配合，及时解决在认证过程中出现的问题，确保模拟器能够顺利通过认证并应用于eVTOL的相关领域。
八、结论
eVTOL模拟器在技术、功能、应用场景、用户体验、安全性和与行业协同等方面呈现出多种发展趋势。这些趋势将共同推动eVTOL模拟器不断发展完善，使其在eVTOL的研发、测试、飞行员培训以及商业运营等各个环节发挥更加重要的作用。随着eVTOL技术的不断进步和市场的逐步扩大，eVTOL模拟器也将不断创新和升级，为城市空中交通等新兴航空领域的安全、高效发展奠定坚实的基础。
