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飞行模拟在 NTSB 事故调查中的作用
John O’Callaghan，NTSB 摘要 模拟是 NTSB 用于了解事故期间控制飞机运动的物理原理的工具之一。如今，NTSB 的工程桌面模拟程序基于 MATLAB，并包括一个“数学飞行员”，可以计算一组飞行控制和油门输入，以匹配给定的飞行轨迹（例如，由记录的雷达或 GNSS 数据确定）。描述飞机的数学模型必须从制造商处获得或以其他方式估算。此工具已用于重现和分析最近几起通用航空事故的记录飞行路径。但是，NTSB 也会在适当的情况下使用其他类型的模拟。本文将讨论美国国家运输安全委员会使用的三个不同级别的模拟：1) 全飞行飞行员训练模拟器，2) 没有飞行员界面的桌面工程模拟，以及 3) 用作事故数据“媒体播放器”的模拟器视觉效果和驾驶舱。这些不同层次将通过以下案例研究进一步说明：2009 年“哈德逊奇迹”在哈德逊河上迫降事件（US1549）、2001 年美国航空 587 号航班在纽约发生的事故（AA587）、2017 年皮拉图斯 PC-12 空间定向障碍事故以及 2015 年 F-16 战斗机与赛斯纳 150 空中相撞。在这些事件的调查中使用了以下模拟器：● 使用空客 A320 全飞行工程模拟器评估 US1549 飞行员可用的着陆选项，该航班在两台发动机因鸟击而失去推力后在哈德逊河迫降。此外，模拟器还用于评估实现规定的迫降着陆标准的操作可行性。● 将空客 A300 全飞行模拟器所基于的数学空气动力学和推进模型整合到桌面工程模拟器（无飞行员界面）中，以分析 AAL587 飞行数据记录器上记录的飞机运动。这项分析用于确定飞行员飞行控制输入和外部大气扰动（由尾流穿透引起）对飞机运动和载荷的相对重要性。此外，NASA Ames“垂直运动模拟器”（VMS）用于重现 AA587 场景，复制事件期间的视觉场景、驾驶舱控制运动、仪表显示、载荷系数（在限制范围内）和声音（包括驾驶舱语音记录器音频）。VMS 的这种“反向驱动”使调查人员能够评估飞机加速度可能如何影响副驾驶对方向舵踏板和其他飞行控制装置的反应。● 在桌面工程模拟器中使用 Pilatus PC-12 的仿真模型来计算一组飞行控制和油门输入，从而匹配记录的雷达数据。● 最后，对于空中相撞的情况，使用 Microsoft Flight Simulator X 描绘每架飞机驾驶舱的视觉场景，包括从每位飞行员的角度看到的冲突飞机的外观。该动画使调查人员能够确定每架飞机在碰撞前几分钟的可见性，并有助于说明“看见并避免”碰撞避免概念的局限性，以及驾驶舱显示交通信息的好处。
说明数字计算机的主要框图
计算机系统的框图是一个视觉表示，可展示其主要组件以及它们如何相互作用。此解释将深入到计算机的框图中，并探索其各个部分。计算机的主要元素包括CPU（中央处理单元），内存，输入设备，输出设备，所有这些都对其操作至关重要。框图提供了系统的简化视觉概述，突出显示了关键组件及其互连。计算机的基本框图将说明这些主要部分以及它们如何共同发挥作用。让我们在计算机框图的上下文中检查每个重要组件。从CPU或中央处理单元开始，它本质上是计算机的大脑，负责处理数据，执行程序和管理硬件组件。CPU的主要角色是运行程序，同时还控制输入/输出设备和内存。在较小的计算机中，微处理器芯片用作CPU。CPU的关键子组件包括控制单元（CU），算术和逻辑单元（ALU）和累加器寄存器。控制单元充当各种计算机操作的协调员，促进输入单元，输出单元，ALU和主内存之间的通信。它负责控制计算机内的所有活动，从内存中接收说明，将其转换为计算机不同部分的信号，并生成必要的时机和控制信号以执行这些说明。这些功能是：1。2。算术和逻辑单元（ALU）执行基本的算术操作，例如加法，减法，乘法和数据，以及逻辑操作，例如和或，或，或，或，或，不及排他性。它处理数据和指令，并可以执行其他功能，例如合并，分类和选择数据。从内存中接收数据后，Alu进行操作，然后将结果发送回存储器或输出单元。寄存器用于在处理过程中存储临时结果和数据。通过快速访问正在处理的数据，他们在计算机的有效操作中起着至关重要的作用。CPU及其子组件（例如控制单元，ALU和寄存器）与其他组件（例如内存，输入设备和输出设备）和谐相处，以确保计算机系统的平滑功能。了解这些元素及其相互作用是掌握计算机运行方式的基础。计算机中内存的主要目的是存储信息，具有两种主要类型：主内存/主内存和次要内存/辅助内存。前者是挥发性的，关闭时会丢失存储的信息，而后者保留了永久数据。其他记忆（例如缓存内存和虚拟内存）增强了性能。输入设备通过将原始数据转换为二进制形式，使用户能够将原始数据输入到计算机中。它们是用户和计算机之间的中介者，采用各种形式的数据，例如文本，图像，音频或视频。相比之下，输出设备以各种格式显示了来自计算机的处理数据。关键功能包括处理用户数据，将其转换为机器可读的二进制代码（0s和1s），将转换的数据传输到主内存中，并且通常使用标准输入设备（例如键盘）。输入设备的示例包括键盘，鼠标，扫描仪，麦克风/相机，操纵杆，轻笔和轨迹球。他们将处理的数据转换为可读形式（通常是十进制或字母数字），显示，打印，播放或投射给用户。输出设备的示例是监视器，打印机，扬声器和投影仪。此表示形式是计算机组件的一般概述，该概述可能会根据台式机，笔记本电脑，服务器等及其设计（例如台式机，笔记本电脑，服务器等）等计算机的类型而有所不同。数字计算机处理数字数据，该数据以二进制形式呈现。这与使用连续数据的模拟计算机不同。CPU或中央处理单元是进行所有计算和操作的数字计算机的主要组件。它从各种来源获取输入数据，根据程序说明对其进行处理，并产生数字输出。CPU具有两个主要功能：执行算术和逻辑操作，例如加法，减法，乘法和划分，以及执行逻辑操作，例如和或，或，或，不和排除。这些操作对于分析和评估数据至关重要，该数据通常与存储在程序或内存中的一组已知值相匹配。计算机中的内存是数据和程序的存储库，类似于笔记本以供将来参考。3。可以将其分类为两种主要类型：主要内存，用于在执行过程中暂时存储数据和程序，以及用于存储不需要直接CPU访问的操作系统，编译器和应用程序的辅助内存。输入单元接受来自外部来源的指令和数据，将它们转换为可读的计算机可读格式，并将其提供给系统以进行处理。输出单元接受计算机产生的结果，将其转换为人类可读格式，并将其提供给外界。计算机组件和操作计算机的功能基于四个主要组件：数据，图片，声音和图形。这些元素使计算机能够迅速，准确地解决复杂问题。如图所示，计算机系统执行五个基本功能，无论其尺寸或配置如何。数据输入：这涉及将信息和程序输入计算机系统。数据存储：此过程永久保存数据和指令。数据处理：中央处理单元（CPU）根据给定指令根据数据执行算术和逻辑操作。4。输出生成：计算机由处理的数据产生结果，然后将其存储以进行进一步处理。5。控制操作：控制单元执行指令并监督所有操作的分步性能。输入操作：输入过程涉及将原始数据馈送到计算机系统中。该数据是组织和处理以产生输出的。存储操作：数据存储在系统中永久保存信息。在处理开始之前，由于CPU的快速处理速度，必须将数据馈入系统。主存储单元在CPU处理它们时暂时存储数据和指令。计算机在其功能单元之间分配任务，以执行上一节中概述的操作。该系统包括三个主要组件：算术逻辑单元（ALU），逻辑单元，控制单元（CU）和中央处理单元（CPU）。