1920年代,自动控制技术和机电技术得到了一定程度的发展并运用到航空领域,使飞行员依靠仪表指示也能进行长距离飞行,在地面培训中则开始较为系统地讲授飞行理论,采用更加科学的训练大纲。1930年林克开办了自己的生产企业和飞行学校,利用气动模拟机以低廉的费用招收飞行爱好者。他敏锐地意识到仪表飞行将是大势所趋,于是着手改进最初的设计,安装了高度表、空速表、磁罗盘和侧倾指示器等仪表,还为座舱加上不透明的罩盖,可供盲目操作练习。不过,升级版的林克机仍不受专业人士的重视,在参加圣路易斯航空博览会时就被拒之门外,作为“玩具”反倒卖出了100多台。
转机发生在1934年,当时美国陆军飞行军团接管了国内的航空邮政运送业务,但在不良天气和夜间环境下的飞行中接连发生严重事故,人员和财产的损失招致公众的批评。为了改善飞行安全性,美国军方特意考察过林克的发明,以单价3500美元的价格订购了6台林克机,用于提高飞行员的仪表飞行技能。使用效果得到肯定后,林克公司的业务开始一飞冲天,不仅来自国内军方和民间航空公司的订单剧增,还吸引到日本、苏联和英国等国外用户,并在加拿大设立分厂扩大生产。由于粗短的机身通常被漆成明蓝色,林克机就获得了“蓝盒子”的绰号。

早期林克机外观很像一个大玩具,但却是第一种实用型飞行模拟器

“蓝盒子”的座舱内部还相当简单

苏联仿制的林克教练机
二战前夕,日趋紧张的国际局势促使各国加强军备建设,林克机的销量也搭上了顺风车。根据新式飞机的装备需要,林克陆续研制出能够水平旋转360度的Model C/D系列和功能更复杂的ANT-18等改进型模拟机,以及针对特定机型如AT-6/SNJ教练机的专用模拟机。这些林克机不仅可以帮助新学员掌握基本技能,学习当发生失速或自旋等紧急情况时应如何处理,也可以让有经验的飞行员进一步提高对不同机型的操作水平。林克后来还为模拟机配上了辅助监控台,利用航线标图器自动记录学员操作飞机时的运动轨迹,绘制成图表,使教员得以同步监视学员的训练情况,并便于进行评价和总结。

二战中美国采购大批林克机用于集中训练飞行员
除了飞机驾驶技术,远程飞行中的精确导航也需要经过模拟训练。1939年,英国就急需一种能提高空勤人员天文导航能力的训练器材,使他们能安全飞越大西洋接收美国援助的飞机,以及改善深入德国占领区进行夜间空袭时的轰炸精度。林克与美国海军的导航专家菲利普·威姆斯合作,研制出一种适合轰炸机机组成员使用的模拟器。这种天文导航模拟器的体积比一般林克机要大得多,高度约为13米,可容纳飞行员、领航员和投弹手。模拟器内的平台上不仅包含标准林克机的所有仪表和设备供飞行员进行操作训练,也装有轰炸瞄准器对准下方的活动目标地图。而穹顶上还布置了精细的天文图,标定有用于导航校准的常见星辰,并能够产生相对运动,让领航员在模拟飞行过程中练习测量经度和纬度上的位置变化。此外,林克机还有用于自动驾驶、无线电导航、雷达操作、机枪射击等不同训练目的的特别改型。

复杂的林克天文导航模拟器

可容纳整个飞行机组进行导航训练
在同一时期,德国的罗德尔发明了一种以液压运动平台为基础的飞行模拟器。英国中央飞行学校曾将废旧的Avro 504双翼机的机身改成双座练习器,让学员和教员使用的仪表和操纵机构产生联动。英国皇家空军后来还采用由“喷火”战斗机的机身改装的练习器进行空战训练,将“哈利法克斯”轰炸机的机身用于训练整个机组的基本操作和故障处置的能力,除了模拟飞行特性、动力、电气和液压系统外还能发出声响,教员通过控制台可以设置故障并监控学员的操作。苏联也研制过几种用小型飞机或教练机改装的地面模拟系统,不过因资源有限另外引进了100多台林克机。二战期间应用得最广泛的还是“蓝盒子”,共有上万台在35个国家投入使用,训练过50多万名飞行员,节省的费用估计达3亿美元,甚至到1970年代初期仍在一些国家发挥作用。

英国空军的“哈利法克斯”机身模拟器
从机械式飞向电子化
不难看出,在飞行训练中使用地面模拟器既可以确保受训人员的安全性,也大幅降低了器材、油料和勤务保障等方面的费用,还不用担心天气和场地的影响,在缩短训练周期和提高训练质量上的成效相当显著,因此引起各国航空部门越来越高的重视。然而,想贴近真实地模拟运动中的飞机,不仅要建立描述这架飞机的气动特性以及响应操作者和外部环境影响的数学模型,还需要能实时求解相关参数的计算方法,并具备让操作者用各种感官体会到同步变化的表现手段。以林克机为代表的早期模拟器虽然可以通过模型或原型重现真实飞机的气动特性,但还无法实时计算运动参数,只能依靠机械的方式去模拟,即根据经验调整控制系统中的部件,使操作者输入动作时模拟器的仪表读数和姿态变化与实际情况相仿。显然,这种方式主要适用于仪表飞行模拟,对实际飞行训练来说还只是一种辅助手段。
在二战期间,战争的需要刺激了电子技术的发展,催生出第一台采用模拟电路(即利用连续变化的电流模拟自然信号)的电子计算机,使实时计算运动参数成为可能。1941年,英国电信研究所设计了一种能解算飞机运动方程的模拟计算机,用在空中截击雷达练习器上,可模拟使用雷达进行引导截击的过程。有的练习器还能装在车上,成为流动训练平台。美国的贝尔实验室为海军的PBM-3水上飞机研制作战飞行训练器时,将PBM-3的前机身及其操纵装置、仪表等设备和电子计算装置结合起来。寇蒂斯-莱特公司生产的AT-6教练机练习器也装有电子自控部件,1948年还向泛美航空公司提供了波音377高空客机模拟器。这是专为民用航空公司设计的第一种综合飞行模拟器,采用与真实飞机一样的全套座舱设备,训练机组人员按程序进行飞行操作和意外故障的处理。而不甘人后的林克公司也开发出自己的模拟计算机,1949年起用于C-l1喷气式飞机练习器,将飞行程序、发动机控制、无线电导航等系统结合在一起,向美国空军售出了1000多台。

寇蒂斯-莱特公司在AT-6练习器上采用了模拟计算机
