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1、虛擬試驗與仿真驗證技術在國外武器裝備研制中的應用張寶珍隨著武器系統采辦從基于平臺向基于能力的方向轉變，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的關鍵環(huán)節(jié)，日益獲得各國軍方和工業(yè)部門的重視。武器系統先進性和復雜性的大幅度提高，使得武器系統試驗的要求和難度也隨之增加，在一定程度上造成試驗費用的增加和試驗時間的延長，特別是隨著聯合作戰(zhàn)和網絡中心戰(zhàn)逐漸成為現代戰(zhàn)爭的主要模式，對信息技術（IT）密集的復雜多任務系統的評估與試驗的難度逐漸增加，許多跨平臺交互和相關性要求使得傳統武器試驗方式與戰(zhàn)場需求的矛盾日益突出。另一方面，隨著現代信息技術的飛速發(fā)展，
2、建模與仿真、虛擬現實、人工智能、計算機網絡等技術也有了巨大發(fā)展，促成了仿真、虛擬技術與試驗和評價的有效結合，正在形成一類在軍工試驗與評價領域有廣泛應用前景的新技術——虛擬試驗/測試與仿真驗證技術（以下簡稱虛擬試驗技術）。1.虛擬試驗技術的內涵及特點虛擬試驗是在長期積累的大量有關數據、有關的動力學模型以及各類三維模型的基礎上，利用高性能計算機、網絡環(huán)境、傳感器或各種虛擬現實設備，建立能方便地進行人機交互的虛擬環(huán)境或虛實結合的環(huán)境，在此環(huán)境中對實體、物理樣機或虛擬樣機進行試驗，用可視化的方法觀察被視物體的性能及其相互間的關系，并對試驗結果進行分析與研究。例如：虛擬風洞、虛擬發(fā)動機試車、虛擬試飛等。
3、從上述定義可以看出，虛擬試驗的內涵主要涉及三方面內容：第一是試驗手段即試驗所需儀器設備的虛擬；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。虛擬試驗是虛實結合的試驗技術。在產品研制的不同階段，構成虛擬試驗的三方面虛實程度會發(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。由于尚無任何實物，用戶和承包商根據軍事需求建立裝備模型，主要利用構造仿真手段在計算機上開展虛擬試驗，確定裝備的戰(zhàn)技指標和選擇最佳的保障方案，分析評估各種技術途徑和備選方案的可能性，演示和評估關鍵子系統和部件的能力，為決策提供輔助支持；當裝備采辦進入系統研制和演示驗證階段（過去稱工程
4、與制造研制階段）后，隨著數據的不斷積累，部件和分系統硬件的逐步增多，采用構造仿真和虛擬仿真（硬件在回路或人在回路仿真）相結合的方式開展虛擬試驗成為主要手段，特別是在不可能進行重復的實物試驗，卻需要得到某些具有統計特性的總體技術指標時；或系統復雜，參試設備數量有限而實際系統不可能參與試驗時，虛擬試驗成為解決真實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)境和系統性能響應的手段，幫助獲得足夠的性能統計和評價數據，加速型號的研制過程。虛擬試驗是相對于真實產品的物理試驗而言的。虛擬試驗技術屬于可控制1的、無破壞性的、耗費小并允許多次重復的試驗手段。在復雜產品的研制過程中，虛擬試驗不僅可以作為真實
5、試驗的前期準備工作，而且可以在一定程度上替代傳統的物理試驗，減少物理樣機制造試驗次數，使試驗不受場地、時間和次數的限制，并實現對試驗過程的記錄、重復與再現，實現設計者、產品用戶在設計階段信息的互反饋，使設計者盡早發(fā)現并解決設計過程中存在的潛在問題，從而達到縮短新產品試驗周期、降低試驗費用、提高產品質量的目的。但虛擬試驗不能完全代替真實試驗，二者具有互補性。真實試驗除了可以為虛擬試驗模型的確認提供必要的數據和信息外，還可以發(fā)現虛擬試驗不能涵蓋的問題，即便是該領域已經得到了充分的虛擬驗證。典型的例子如F-18E/F戰(zhàn)機的機翼下墜（“Wing-drop”）效應、在許多項目中的特定飛行條件下外掛物的振
6、動以及聯合空對地導彈JASSM目標穿透預計誤差問題等。2.虛擬試驗與仿真驗證技術在國外武器裝備研制中的應用及成效發(fā)達國家的實踐表明，虛擬試驗與仿真驗證技術適應于包括航空、航天、兵器、船舶、核等在內的國防工業(yè)各領域，是軍工產品試驗和測試技術發(fā)展的必然趨勢。信息技術進步使虛擬試驗和仿真驗證技術的研究有了更可靠的技術保障，使其不斷成熟，應用范圍不斷擴大。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、試驗與評價、使用與訓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，增強了決
7、策的合理性和科學性?，F在，在歐美發(fā)達國家,以建模仿真技術為基礎的虛擬試驗與仿真驗證已成為武器系統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，成為武器系統試驗與評價的新途徑。目前，虛擬試驗技術已廣泛用于國外武器裝備的采辦過程中，從系統方案論證到使用訓練的各個階段，在降低技術風險、縮短研制周期、降低費用等方面取得可觀的效益。例如，美國在研第四代攻擊機F-35項目提出“從設計到飛行
