物理樣機

物理樣機是飛機外觀展示、總體布置模擬、輔助適航驗證等的重要手段。工業工程套用中也通過物理樣機來模擬仿真，通過著重對物理樣機研製必要性進行分析和闡述，表明物理樣機在現代飛機研製中的重要作用。

基本介紹

• 中文名：物理樣機
• 套用領域：空天模擬，航空航天

簡介

飛機物理樣機是為了早期驗證飛機設計的適用性，表明飛機及其設備的裝卸、維修和使用的匹配性，特別是對總體布局、人機工程、駕駛員視野、結構安裝、設備的間隔（隙）、照明效果、工業設計等效果進行模擬和分析，避免以後在原型機的研製過程中出現設計反覆。物理樣機按功能可分為協調樣機和展示樣機兩類。
協調樣機是解決飛機設計中的靜態、動態協調問題，按全尺寸1∶1製造，根據協調的範圍和需要可全機製造或部分部件製造。一般著重解決運動部件與固定結構、成品、系統之間的伸縮協調，各類口蓋的開關，人員視野，維護通路，人機工程協調等問題。
展示樣機是在協調樣機的基礎上，除了可以展示飛機的先進布局、駕駛艙和客艙布置等特徵外，還模擬了飛機的外形、內裝飾等更為接近真實飛機的模型，可以更好的向顧客及公眾展示飛機的外觀及其主要特點。

工業中的物理樣機

在虛擬仿真技術套用過程中，需要搭建各種沉浸式顯示系統來可視化呈現產品模型或流程工藝，進行設計、研究、分析、審核、評估或修改，由於過去常用的工業設計軟體缺乏多通道同步功能且效能不佳，必須依靠其他VR軟體來實現，無論是轉換數據的流程，修補丟失的模型，或是學習VR編程技術，這些門檻都加大了導入的難度。

隨著全球化市場競爭的加劇，工業領域的企業一直在尋找可以減少產品設計時間和成本的方法。高性能的“數字樣機”取代昂貴的“物理樣機”將成為不可抵擋的趨勢。

國內外發展現狀

國內外的飛機設計研究機構，大多會在細節設計凍結之後製作物理樣機，用來檢查、驗證人機工程等項目，如國內某大型客運機，不僅協調了駕駛艙、客艙的設計，更在航展等重要場合向領導及公眾展示了其良好的形象。
計算機輔助設計技術的套用，已實現了飛機無圖樣設計，可以充分利用計算機三維圖像顯示、轉換，將各系統和各環節的安裝、拆卸、間隙進行協調，構成了一種“虛擬樣機”系統。但是，為了能夠直觀地驗證設計效果，尤其是人機關係的處理等方面，計算機輔助設計還不能完全替代物理樣機在飛機研製過程中的作用。在空客A380項目上，空客公司曾經過於依賴使用電子樣機進行可達性和維修性的驗證，結果發現根本無法完全模擬真實的安裝環境，迫使機身安裝通道重新設計，總裝工藝重新編排，直接導致整個項目進度的落後。有鑒於此，空客公司在進行A350XWB項目研製時，在漢堡工廠製造了全機身物理樣機，以驗證系統及部件的安裝特性。由此可以看出，在當今國內外飛機設計研究過程中，物理樣機仍是檢驗、協調設計最可靠的手段之一。

必要性分析

飛機在設計過程中有很多地方需要不斷的摸索和改進，這就需要物理樣機來提供這樣一個真實可見的平台來幫助設計者更好的、更合理的進行設計。其必要性主要體現在以下幾個方面：

不可替代性

物理樣機最大的特點是能給人以真實的印象和感受。在飛機的細節設計完成之後，飛機的布置情況已經接近真實，可利用物理樣機來驗證這些布置是否滿足人機工程、適航評審、設備的安裝維修、駕駛員操作習慣等要求。尤其是駕駛員對於駕駛艙布置的直觀感受和真實體驗的需求，作為AEG評審的重要組成部分，駕駛員對於開關可達性的操作，操作器件的布置位置、防誤動的設計，以及艙內燈光照明的布置是否合理等，均需要物理樣機來提供參考。這些都是數字樣機無法模擬和代替的。

人機工程的需求

人機工程是套用人體測量學、人體力學、勞動生理學、勞動心理學等學科的研究方法，對人體結構特徵和機能特徵進行研究，提供人體各部分的結構參數和機能特徵參數，分析人的視覺、聽覺、觸覺以及膚覺等感覺器官的機能特徵；分析人在各種勞動時的生理變化、能量消耗、疲勞機理以及人對各種勞動負荷的適應能力；探討人在工作中影響心理狀態的因素以及心理因素對工作效率的影響等。適航當局發布的ANM-99-2（《運輸類飛機駕駛艙人機工程驗證指南》）中有這樣的描述：“物理模型評估：這一種評估採用飛行駕駛艙及其組建的物理樣機。他們主要用於評估飛機的可達性和間隙，因此，他們需要很高的幾何準確性。”意思就是說：物理樣機作為主要的評估工具。如果可以使用飛行模擬器，將提供一個更強大的評估環境，因為它可以使評估在飛行的情景下進行，這樣可以更多的考慮進飛行的便利性以及可能出現疏忽造成的錯誤操作。飛行模擬器還可以減少飛行試驗的次數。因此可以認為，物理樣機是適航當局推薦的一種人機工程適航驗證方法。

後續利用

物理樣機主要模擬的是飛機的座艙環境和部分物理部件的運動，在物理樣機完成其協調、驗證、展示等使命之後，還具有後續使用的作用，主要為：

（1） 可在原物理樣機的基礎上進行更改，設計飛機的工程模擬器，用於為飛行員熟悉飛機的操作，培養飛行員。
（2） 物理樣機上許多產品使用的都是真實的成品件，價格高，可以將有用部件回收，用於真實飛機的安裝，可提高使用率，並節約成本。