空天战斗机 HUD 上把 ADI 和 HSI 集成的一种尝试思路

文摘   2024-07-15 18:25   河北  

完全虚构,无不良引导!

无现实原型,无参考对象!

纯计算机建模,无中文字符,无真实数据!

危险飞行机动姿态请勿模仿!

前几天,我的好友们可能在我的视频号上看到了这个很短的视频,我发现,在微信视频号上面,辛辛苦苦做视频就是默默无闻,而简简单单把几张网页的截图发出来,反倒是立刻获得推荐观看数量轻而易举就能上万,非常的奇怪

比如这个视频,就是使用 Vaps XT 辛辛苦苦画图设计编译出来 exe 跑出来的,什么是 Vaps XT?看我之前的推送图文介绍:


如何在VapsXT和SimplePlanes里放置底图来建模


那这个视频到底是什么意思呢?

其实在亲自开战斗机的时候,有时候做 split s 机动动作的时候,不仅仅是简单的英麦曼机动:

德国一战时候的王牌飞行员马克斯·英麦曼[1]的这个机动动作,上图只是最简单的形式,而现在的战斗机的推重比当年的高多了,可以不用转过来立刻改平,而是在拉起来近乎垂直爬升的时候,不再继续拉杆,在保持近乎垂直拉升的时候,左右横滚,爱滚几圈滚几圈,也不用滚整圈数,东南西北 360 度方向,看到哪个方向有敌人,我就在哪个方向拉杆改出后改平。在垂直爬升的时候横滚,我只需要抬起脑袋向座舱盖顶的方向看去,不用怎么转动自己的脑袋,随着飞机本身的横滚,我的视线就可以横扫东南西北整个空间方向,对于目视搜索敌人或者任何目标,都非常方便,治愈了我的颈椎病,但是有个问题,就是每时每刻我转到哪个方向了?在飞机水平飞行的时候横滚,飞行员可以清楚的看到自己左右两侧的天地分界线围绕自己的机身转圈,清楚的知道自己的机身每时每刻是座舱朝上还是飞机肚皮朝上。

在垂直爬升的时候横滚,抬头看到的天地线的位置基本上是不变的,只是天与地一起向右或者向左旋转,所以自己的脑袋不用转,就能跟着飞机的横滚,扫视横向 360 度的方向搜索飞机,那么问题来了,在这个时候,飞行员判断自己当前脑袋的朝向,其实是挺难的,飞机横滚半圈也好一圈也好,飞行员视野中都是上面是地下面是天,其实飞行员此时数清楚横滚半圈还是一圈还是两圈都是挺难的,在飞机上,下显的 HSI 仪表就是用来显示飞机正在向东南西北哪个方向飞的仪表:

但是,这仅仅是战斗机座舱里面平显下面众多玻璃显示屏里面的一块仪表的一种显示模式,是纯二维的,抽象的,从顶向下俯视的上帝视角,告诉飞行员当前你在向哪里飞,而在战斗机的平显上面,显示的 ADI 这种姿态仪表,是直观的,直接叠加到正前方舱外视野画面的显示仪表,最典型的就是开启火控雷达后对敌机的锁定状态的目标框,它时时刻刻套在目标上面,即使因为云彩遮挡住了飞行员目视敌机的视线,但是机载雷达穿透云彩锁定敌机,照样能把锁定框显示在平显上方,帮助飞行员飞向敌机交战,平显上的姿态俯仰 ADI 表也是如此,在平显上,零度俯仰线,也就是水平刻度线里面最长的那一根,也可以叫做平显海天线,在飞行员眼睛里看来,应该就是精准贴合在真实的海天线上,如果没有对准,那就是平显硬件光路没有调校好或者软件 bug,平显 ADI 的俯仰刻度线的两端,极大值和极小值,那就是仰角 90 度和俯角 90 度,分别对应着战机垂直爬升和垂直俯冲的飞行状态,飞行员才会在平显里面看到平显 ADI 的这两端,那么,在做筋斗动作翻越垂直状态的时候,平显的 ADI 刻度线就会迅速的旋转 180 度,刻度线还是从平显上面进入,下移,下侧滑出,但是,刻度值却是从 90 开始下降的,传统的 ADI 的刻度线,每一个仰角,都是一个直线段,但实际上,在接近 90 的垂直爬升或俯冲的时候,其实不应该是直线段,而应该是圆弧,属于一个圆心在天顶、地心的圆的圆弧,仰角 85 度的刻度线,其实是天顶圆心张角为 10 度的圆,那么,ADI 在复杂机动的战斗机的 HUD 上面,天顶方向和地心方向应该逐渐变形设计为 HSI 的样子,比如天顶方向绘制两三个同心圆,表示不同的仰角,单纯的圆那也太简单了,这个天顶圆更重要的作用就是解决上面所提出的定向的问题,在上面画上刻度线,标注东南西北 360 度的方向,但是这里要反转一下,在 MFD 里面的 HSI,顺时针方向分别是北、东、南、西的方向,也就是我们看地图画地图最常用的上北下南左西右东的方向,而在 HUD 平显的天顶圆的修改版本 HSI 里面,顺时针的方向则应该是北西南东,这样才能正好对正飞行员垂直爬升时候看到的真实方向次序,此时的这个 HSI 的方向,其实就是自古以来占星术士绘制星图的标准方式:上北下南左东右西,而在我这修改版 HUD 平显的地心方向的 HSI,才是地图的上北下南左西右东方向。这个平显天顶 HSI 和平显地心 HSI 也要符合精确叠加显示真实的天顶和地心位置,显示真实的方向。想象不出来上北下南左东右西的天相星图长什么样子的吗?放一个脏盆在这里:

这是Savi 软件[2]绘制的澳大利亚悉尼的某个时间段的铱星星座过顶图。认识我的好友不少知道我有装着鹰酱最顶级的卫星建模仿真软件 STK,但这毕竟不是正版而是盗版的,因此,我现在非常推荐使用 Savi 这个开源的卫星建模仿真软件,用 STK 的大部分都是高校、科研院所的科研人员,而对于我们科研人员,使用开源软件,就能有更自由更强大的可扩展性可二次开发的功能,更合适,广告插播完毕。注意看这个图里面几道淡淡的弯曲的圆弧掠过天顶,那就是卫星过顶预告显示线,这种图几乎在人造卫星被用作侦察卫星的时候就被人们发明出来了,当年的苏联和美国都用自己的太空监测力量解析对方的侦察卫星的轨道根数,然后计算预测己方的各个需要战略伪装隐藏的重要军事基地的卫星过顶图,到时候该躲掩体的躲掩体,该盖上伪装网的就盖上伪装网,或者再故意摆一些假目标木头房子之类的。这种这种顶视图有的地方也叫做 fish eye 鱼眼图,除了显示姿态,显示星图、卫星过顶图,其实也可以把卫星过顶实时信息送给战机平显的天顶 HSI 圆里面,比如,未来的空天战斗机,搭载了激光武器,就可以在 HUD 这种模式下方便的帮助飞行员瞄准猩猩射击,未来战斗机如果搭载了激光武器,取代空空导弹的可能性其实不大而是另有大用,比如在一万米的高空,战斗机载激光炮平射有效射程假设是 10 海里的话,那么战斗机激光炮垂直向上向太空发射的有效射程就可能达到一百公里以上,毕竟激光也是光,在大气层内使用就会衰减威力减小,而向太空发射,就会有很远的射程和威力,正好适合于空天战斗机向上拦截打击低轨、中轨卫星,那么,战斗机在向火箭那样接近垂直爬升的状态下,平显的仪表画面模式,就需要现在的飞机设计师们来好好设计创新了。

因此,我就在 Vaps XT 里面拿它自带的几个小表头,组合拼接了这个缝合怪,但是我懒,并没有自己做底层的数据,就只是缝合了这个 ADI+HSI,只是很粗略的表示了上面的动态效果,但是很多细节我都没做,好处就是,做的不逼真,就能避免与真实世界中的战斗机型号雷同,就好比很多计算机游戏里面的枪械不能太逼真了,战斗机不能太逼真了,得故意做一些违背现实的假的东西在里面,那些拿着真实数据的游戏比如 FIFA 足球游戏,那都是拿到了那些足球明星的法律授权才能把她们的真实外貌和数据做到游戏里面的。最后你们再看这个视频就能看懂了吧:

参考资料
[1]

马克斯·英麦曼: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%A6%AC%E5%85%8B%E6%96%AF%C2%B7%E8%8B%B1%E9%BA%A5%E6%9B%BC

[2]

Savi 软件: https://savi.sourceforge.io


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