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1、虛擬試驗與仿真驗證技術(shù)在國外武器裝備研制中的應(yīng)用張寶珍隨著武器系統(tǒng)采辦從基于平臺向基于能力的方向轉(zhuǎn)變，試驗與評價（T&E）作為確保軍方用戶獲得并維持具有作戰(zhàn)效能、作戰(zhàn)適用性且滿足用戶需要的武器系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，日益獲得各國軍方和工業(yè)部門的重視。武器系統(tǒng)先進(jìn)性和復(fù)雜性的大幅度提高，使得武器系統(tǒng)試驗的要求和難度也隨之增加，在一定程度上造成試驗費(fèi)用的增加和試驗時間的延長，特別是隨著聯(lián)合作戰(zhàn)和網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)逐漸成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭的主要模式，對信息技術(shù)（IT）密集的復(fù)雜多任務(wù)系統(tǒng)的評估與試驗的難度逐漸增加，許多跨平臺交互和相關(guān)性要求使得傳統(tǒng)武器試驗方式與戰(zhàn)場需求的矛盾日益突出。另一方面，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，
2、建模與仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)也有了巨大發(fā)展，促成了仿真、虛擬技術(shù)與試驗和評價的有效結(jié)合，正在形成一類在軍工試驗與評價領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景的新技術(shù)——虛擬試驗/測試與仿真驗證技術(shù)（以下簡稱虛擬試驗技術(shù)）。1.虛擬試驗技術(shù)的內(nèi)涵及特點(diǎn)虛擬試驗是在長期積累的大量有關(guān)數(shù)據(jù)、有關(guān)的動力學(xué)模型以及各類三維模型的基礎(chǔ)上，利用高性能計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、傳感器或各種虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，建立能方便地進(jìn)行人機(jī)交互的虛擬環(huán)境或虛實(shí)結(jié)合的環(huán)境，在此環(huán)境中對實(shí)體、物理樣機(jī)或虛擬樣機(jī)進(jìn)行試驗，用可視化的方法觀察被視物體的性能及其相互間的關(guān)系，并對試驗結(jié)果進(jìn)行分析與研究。例如：虛擬風(fēng)洞、虛擬發(fā)動機(jī)試車、虛擬試飛等。
3、從上述定義可以看出，虛擬試驗的內(nèi)涵主要涉及三方面內(nèi)容：第一是試驗手段即試驗所需儀器設(shè)備的虛擬；第二是試驗對象的虛擬和仿真；第三是試驗環(huán)境的虛擬和仿真。虛擬試驗是虛實(shí)結(jié)合的試驗技術(shù)。在產(chǎn)品研制的不同階段，構(gòu)成虛擬試驗的三方面虛實(shí)程度會發(fā)生變化。比如，在武器裝備最初的要求確定和方案論證階段，虛擬試驗是開展試驗的主要手段。由于尚無任何實(shí)物，用戶和承包商根據(jù)軍事需求建立裝備模型，主要利用構(gòu)造仿真手段在計算機(jī)上開展虛擬試驗，確定裝備的戰(zhàn)技指標(biāo)和選擇最佳的保障方案，分析評估各種技術(shù)途徑和備選方案的可能性，演示和評估關(guān)鍵子系統(tǒng)和部件的能力，為決策提供輔助支持；當(dāng)裝備采辦進(jìn)入系統(tǒng)研制和演示驗證階段（過去稱工程
4、與制造研制階段）后，隨著數(shù)據(jù)的不斷積累，部件和分系統(tǒng)硬件的逐步增多，采用構(gòu)造仿真和虛擬仿真（硬件在回路或人在回路仿真）相結(jié)合的方式開展虛擬試驗成為主要手段，特別是在不可能進(jìn)行重復(fù)的實(shí)物試驗，卻需要得到某些具有統(tǒng)計特性的總體技術(shù)指標(biāo)時；或系統(tǒng)復(fù)雜，參試設(shè)備數(shù)量有限而實(shí)際系統(tǒng)不可能參與試驗時，虛擬試驗成為解決真實(shí)試驗的這些瓶頸問題的重要工具，它可提供理想的仿真環(huán)境和系統(tǒng)性能響應(yīng)的手段，幫助獲得足夠的性能統(tǒng)計和評價數(shù)據(jù)，加速型號的研制過程。虛擬試驗是相對于真實(shí)產(chǎn)品的物理試驗而言的。虛擬試驗技術(shù)屬于可控制1的、無破壞性的、耗費(fèi)小并允許多次重復(fù)的試驗手段。在復(fù)雜產(chǎn)品的研制過程中，虛擬試驗不僅可以作為真實(shí)
5、試驗的前期準(zhǔn)備工作，而且可以在一定程度上替代傳統(tǒng)的物理試驗，減少物理樣機(jī)制造試驗次數(shù)，使試驗不受場地、時間和次數(shù)的限制，并實(shí)現(xiàn)對試驗過程的記錄、重復(fù)與再現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計者、產(chǎn)品用戶在設(shè)計階段信息的互反饋，使設(shè)計者盡早發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)計過程中存在的潛在問題，從而達(dá)到縮短新產(chǎn)品試驗周期、降低試驗費(fèi)用、提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。但虛擬試驗不能完全代替真實(shí)試驗，二者具有互補(bǔ)性。真實(shí)試驗除了可以為虛擬試驗?zāi)Ｐ偷拇_認(rèn)提供必要的數(shù)據(jù)和信息外，還可以發(fā)現(xiàn)虛擬試驗不能涵蓋的問題，即便是該領(lǐng)域已經(jīng)得到了充分的虛擬驗證。典型的例子如F-18E/F戰(zhàn)機(jī)的機(jī)翼下墜（“Wing-drop”）效應(yīng)、在許多項目中的特定飛行條件下外掛物的振
6、動以及聯(lián)合空對地導(dǎo)彈JASSM目標(biāo)穿透預(yù)計誤差問題等。2.虛擬試驗與仿真驗證技術(shù)在國外武器裝備研制中的應(yīng)用及成效發(fā)達(dá)國家的實(shí)踐表明，虛擬試驗與仿真驗證技術(shù)適應(yīng)于包括航空、航天、兵器、船舶、核等在內(nèi)的國防工業(yè)各領(lǐng)域，是軍工產(chǎn)品試驗和測試技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。信息技術(shù)進(jìn)步使虛擬試驗和仿真驗證技術(shù)的研究有了更可靠的技術(shù)保障，使其不斷成熟，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。虛擬試驗與仿真驗證適用于武器裝備壽命周期各個階段，包括可行性論證、方案論證、研制生產(chǎn)、試驗與評價、使用與訓(xùn)練等各個階段的試驗和測試。通過各個階段的虛擬試驗獲得充分可信的、與武器裝備性能的相關(guān)信息，減少了武器裝備采購過程中的盲目性和不確定因素，增強(qiáng)了決
7、策的合理性和科學(xué)性?，F(xiàn)在，在歐美發(fā)達(dá)國家,以建模仿真技術(shù)為基礎(chǔ)的虛擬試驗與仿真驗證已成為武器系統(tǒng)試驗與評價工作的重要組成部分，而且有些場合可以部分地取代物理試驗，成為武器系統(tǒng)試驗與評價的新途徑。目前，虛擬試驗技術(shù)已廣泛用于國外武器裝備的采辦過程中，從系統(tǒng)方案論證到使用訓(xùn)練的各個階段，在降低技術(shù)風(fēng)險、縮短研制周期、降低費(fèi)用等方面取得可觀的效益。例如，美國在研第四代攻擊機(jī)F-35項目提出“從設(shè)計到飛行
