民間機から戦闘機までシミュレータいろいろ(1)シミュレータの最高峰「FFS」

第212回で、ボーイング787の構造材を空輸している747LCFことドリームリフターの話を取り上げた。その時、最後に「中部国際空港の『FLIGHT OF DREAMS』に行くと、ドリームリフターのシミュレータがある」という話を書いた。

シミュレータといってもいろいろある

「FLIGHT OF DREAMS」に限らず、飛行機の操縦を模擬体験できる「シミュレータ」を備えた施設は、意外とたくさんある。飛行機だけでなく、鉄道車両の運転を模擬体験できるシミュレータもある。ただ、本連載は航空機がテーマだから、そちらに的を絞ると。

実は、航空分野で「シミュレータ」といっても、1種類ではない。用途や対象に合わせてさまざまな種類のシミュレータが作られている。そこで「こんなシミュレータがあるよ」という話を取り上げてみようと思い立った。

普通、シミュレータというと一般に想起されるのは、先にも書いたような、操縦を模擬体験するシミュレータだろう。いわゆる「フライト・シミュレータ」だ。ところがこれにも、いろいろなバリエーションがある。

シミュレータの最高峰はFFS

フライト・シミュレータの最高峰に位置するのは、モーション機能を備えていて、コックピットが実機と同様に動くもの。これをFFS(Full Flight Simulator)またはFMS(Full Motion Simulator)という。モーション機能は通常、6自由度、つまり6本の油圧アクチュエータでコックピットを支える仕組み。そして、外部の映像をコンピュータ・グラフィックで再現する、ビジュアル装置もついている。

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  マクディル空軍基地に設置されたKC-135用のシミュレータ。ビジュアル装置も組み込んだ模擬コックピットを6本のアクチュエータで支えて、動かす仕組み 写真 : USAF

民航機や軍用輸送機では、コックピットの窓は前面と側面にだけ付いている。だから、その部分の外側にだけビジュアル装置を備え付ければいい。そのため、アクチュエータで支えられた模擬コックピットでは、窓の外側にあたる部分にビジュアル装置も取り付いた構造になっている。

ところが、戦闘機は事情が違う。昔はそうでもなかったが、今の戦闘機は視界の良さが重視されているので、機首上部にキャノピーが突出しており、前方・側方だけでなく後方まで見通せるようになっている。すると、それを模擬するためのシミュレータも同様に、全周視界を確保しなければならない。

そこで戦闘機用のシミュレータは、アクチュエータで支えられた模擬コックピット全体が、ビジュアル装置の映像投影先になる球形ドームの中に収まった構造になっている。そして模擬コックピットは上半分が開け放たれた構造で、そこからドームに投影された映像を見る仕組み。

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  マウンテンホーム空軍基地に設置されたF-15Eのシミュレータ。戦闘機のシミュレータは上部が開け放たれた構造で、周囲を囲むドームに映像を表示する 写真 : USAF

実機と違い、横転操作を行ってもFFSのコックピットは横倒しにならないし、背面飛行になった時も同様。しかし、ビジュアル装置の映像はちゃんと実機と同じように動くし、横転や背面飛行の際にパイロットが感じる「動き」は再現される。エンジン推力を上げて滑走を始めるときの「ムズムズ」や、脚上げのときの軽い衝撃も再現している。

なお、機体の操縦よりも、機体が搭載するミッション・システムで仕事をする種類の軍用機、例えば、早期警戒機や哨戒機だと、シミュレータのことをWST(Weapon System Trainer)と呼ぶ場合もあるようだ。

FFSのソフトウェアは難しそう

当然、FFSには制御用のコンピュータが必要になるのだが、そのコンピュータでは何が必要だろうか。

まず、操縦操作に合わせて機体の動きを再現する仕組みが必要になる。実機と同じように動いてくれなければシミュレータとしての用をなさないから、まずは実機の動きをモデリングして、コンピュータが処理できる計算式に落とし込まなければならない。

機体の動きを再現するだけでなく、それをコックピット内にある各種の計器にも反映させなければならないのは、いうまでもない。極端な話、操縦桿を倒して横転操作を行ったときに、窓の外の風景が傾いていくのに、姿勢計の表示が水平状態のままだったら変だ。

しかもそれは機体だけの話では済まず、風向・風速・天候・気温・気圧といった外的要因も考慮に入れたものでなければならない。例えば、気温が低い時と気温が高い時のエンジン推力が同じ、という前提で計算式を作ったら、実情にそぐわないものができる。横風を受けた時と追い風を受けた時と無風の時とでは、当然ながら機体の挙動は違う。

そして先に書いたように、実機の動きとシミュレータの模擬コックピットの動きは、必ずしも同じではない。パイロットが実機を操縦した時に感じる「動き」をシミュレータで再現するためには、模擬コックピットをどう動かせば良いか。これも計算式の形に落とし込んで、ソフトウェアに組み込まなければならない。

さらに、ビジュアル装置に表示する映像。当然、実際に存在する場所をできるだけ忠実に再現することが求められる。すると、世界各地の地勢・地形・建物・ランドマークに関するデータベースが必要になる。そのデータベースに基づいて、眼下の地形をどの高度から見たらどういう風に映るかを計算して、表示しなければならない。

こうしてみると、FFSと、それを制御するソフトウェアは、機械技術と情報通信技術の精華である、といえそうだ。

細かい話になるが、模擬コックピットの内部に設置する各種の操作系、つまり操縦桿、スロットルレバー、ラダーペダル、スイッチ、ノブの類もすべて、実機と同じ形状、同じ配置、同じ動きをする。さらに細かい話をすると、シミュレータと実機で、レバーを動かすときの固さが違っていてはいけない。

もちろん、実機のコックピットがアップグレード改修によって変化したら、それに合わせて、対応するシミュレータの方も仕様をそろえるための改修を行う必要がある。実際、フライト・シミュレータを手掛けているメーカーのプレスリリースを見ていると、そうした案件の受注をときどき見かける。