Flugsimulator

Eine Flugsimulation stellt den Flug in einem Flugzeug oder Raumschiff wirklichkeitsgetreu nach. Flugsimulationen wurden ursprünglich zur Ausbildung der Besatzungen entwickelt, mit Einführung der Heimcomputer und Personal-Computer wurden auch Programme erstellt, die primär Unterhaltungszwecken dienen und zu den Computerspielen zählen.

Flugsimulationen für Ausbildungszwecke

Die frühesten Flugsimulationen waren bewegliche Plattformen mit Pilotensitz, die bei Bewegung des Steuerknüppels ihre Lage in ähnlicher Weise wie ein echtes Flugzeug änderten. Eines der ersten dieser Geräte wurde in Deutschland um 1915/16 auf dem Flugplatz Döberitz gebaut. Um 1930 entwickelte der ehemalige Orgelbauer Edwin Albert Link einen vollbeweglichen Flugsimulator, den Link-Trainer, um die Kosten für die Ausbildung von Privatpiloten zu reduzieren. Nachdem er seinen Simulator um Blindflug-Instrumente ergänzt hatte, wurde dieser zunächst von der US-amerikanischen Luftwaffe, später von Luftwaffen und Fluglinien weltweit für die Instrumentenflug-Ausbildung eingesetzt.

Fortschrittlicher Link-Trainer

Die Link-Trainer waren typspezifische Simulatoren, die sich jeweils an den Leistungsdaten bestimmter Flugzeugtypen wie z. B. dem Verkehrsflugzeug Douglas DC-2 oder dem Schulflugzeug North American AT-6 orientierten. Um ihn für die Ausbildung von Torpedobomber-Piloten einsetzen zu können, erweiterte die britische Luftwaffe einen Link-Trainer sogar zum Waffensystem-Simulator.

Der Link Himmelsnavigations-Trainer von 1941 war ein Simulator für die Ausbildung von kompletten Bomber-Besatzungen für Nachtflug-Einsätze. Nach dem Zweiten Weltkrieg wurden ähnliche Simulatoren für die Ausbildung Besatzungen von Verkehrsflugzeugen eingesetzt. 1948 produzierte Curtiss-Wright den ersten solchen Simulator für die Boeing B-377 Stratocruiser.

Später wurde die Simulator-Technologie weiterentwickelt, um auch eine wirklichkeitsgetreue Sichtflug-Simulation zu ermöglichen. Die Sicht aus dem Cockpit konnte dabei z. B. durch eine über einem Geländemodell entlangfahrende Fernsehkamera erzeugt werden. Eine ähnliche Technologie ermöglichte die Simulation von Landeanflügen, indem eine Kamera Bilder von einer auf einem Fließband gezeichneten Start- und Landebahn in die Pilotenkanzel übertrug. Auch andere Techniken wurden eingesetzt: z. B. wurde in einem Luftkampf-Simulator die Silhouette eines um alle Achsen beweglich aufgehängten Flugzeugmodells mit einem Projektor eine das Simulator-Cockpit umgebende Kuppel projiziert, um das feindliche Flugzeug darzustellen, das von einem anderen Piloten in einem zweiten gleichartigen Simulator gesteuert wurde.

Ein aktueller, vollbeweglicher Flugsimulator

Mit der Entwicklung leistungsfähiger Computersysteme wurde schließlich auch die Bilderzeugung vom Computer übernommen, siehe CGIVS. Während im Zivilbereich von Hydraulikstempeln bewegte, vollbewegliche Simulatoren (Hexapode) üblich sind, benutzt das Militär bei Strahlflugzeugen teilweise feststehende Cockpits, simuliert die auf den Piloten einwirkenden Fliehkräfte aber durch Aufblasen seines Druckanzuges und der Sitzkissen.

Für die Ausbildung eingesetzte professionelle Simulationen sind oft für einen bestimmten Ausbildungszweck gebaut und zeichnen sich durch hohe Detailgenauigkeit für diesen Zweck aus. Dafür vernachlässigen diese Procedure Trainer bewusst Aspekte des Fluges, die nicht dem erklärten Ausbildungszweck entsprechen.

Sicherheitstraining für Seitenwindlandungen

Im Juli 2008 wurde am Verkehrslandeplatz EDHF „Hungriger Wolf“ in Itzehoe der europaweit erste Simulator für Seitenwindlandungen mit einmotorigen Flugzeugen installiert. Der Augenblick vor dem Aufsetzen auf der Landebahn wird dabei zeitlich bis ins unendliche gestreckt. So ist es möglich, bei variabel einstellbaren Parametern unterschiedliche Aspekte der Seitenwindlandung bewusst und wiederholt zu üben.

Für Ausbildungszwecke adaptierte Unterhaltungsprogramme

Als preisgünstige Trainingsverfahren für Privatflieger werden heute auch behördlich zertifizierte Simulatoren verwendet, die auf ursprünglich für Unterhaltungswecke entwickelten Simulatoren basieren.

Die Verwendung solcher Simulatoren zu Übungszwecken in IFR-Lehrgängen und für Musterlizenzen erfolgt derzeit noch ohne offiziellen Segen des Luftfahrtbundesamtes.

Flugsimulationen für Unterhaltungszwecke

Freizeit-Nutzung von vollwertigen Flugsimulatoren

Einige Betreiber von Flugsimulatoren zu Ausbildungszwecken bieten in Leerlaufzeiten, teilweise über Vermittlungsagenturen, auch Privatpersonen die Nutzung der Simulatoren zu Erlebniszwecken (Spaßflügen) an. Meist bieten diese 1- bis 3-stündigen Programme eine theoretische Einführung, eine Stundensitzung im Simulator in einer Gruppe von 1 bis 3 Personen, sowie eine Nachbesprechung und ggf. Videoauswertung. Aufgrund der hohen Betriebskosten eines Vollflugsimulators rangieren hierfür die Preise, je nach Leistung, zwischen 200 und 800 €.

Flugsimulatoren als Fahrgeschäft

Anfang der 1990er Jahre kamen auf Kirchweihen und in Freizeitparks Fahrgeschäfte in Mode, die auf Flugsimulator-Technik basieren (sog. Venturer). Die Hydraulik-Steuerung wird dabei von professionellen Simulatoren übernommen, und auf dem Bildschirm werden actionreiche Computeranimationen und real gedrehte Filme gezeigt.

Heute sind allein für Vergnügungszwecke errichtete Vollbewegungsflugsimulatoren selten. So bietet beispielsweise die Firma Tobit Software aus dem münsterländischem Ahaus einen Flugsimulator an, in dem jeweils vier mal zwei Personen Luftfahrzeuge - sogar über Kopf - steuern können. Nach einem Umbau des Areals ist der Simulator allerdings nicht mehr die Hauptattraktion sondern Teil eines Erlebnisprogramms. ^[1]

Computerprogramme

Cockpit aus Flight Gear

Landschaftsdarstellung bei Flight Gear

Instrumente einer MiG-29 im Flugsimulator Lock On

MiG beim Landen, Lock On

Mit Einführung der Heimcomputer stand Privatleuten erstmals genug Rechenleistung zur Verfügung, um eine in Grenzen realistische Flugsimulation zu erlauben. Die ersten Flugsimulatoren konzentrierten sich mangels Grafikfähigkeiten ähnlich wie der Link-Trainer auf den Instrumentenflug und beschränkten die Grafik typischerweise auf eine Horizontlinie.

Der für den Apple II entwickelte Flight Simulator von Sublogic war eine der ersten Heimcomputer-Flugsimulatoren mit Grafikfähigkeiten, die eine Simulation des Sichtfluges ermöglichten. In den frühen 1980ern wurde er auf viele Heimcomputer sowie auf den Personal-Computer (PC) portiert, später von Microsoft aufgekauft und unter dem Namen Microsoft Flight Simulator bis heute weiterentwickelt. Mittlerweile deckt er praktisch alle Bereiche der zivilen Luftfahrt ab. Neben dem FS erschienen zunächst nur wenige weitere zivile Simulationen, so etwa A320-fs oder Sierras Pro Pilot-Reihe.

1984 brachte Fahsig den LAS 84 für Commodore 64 heraus, der als reiner Instrumentenflugtrainer unter Piloten weite Verbreitung fand. 1990 erschien die erste PC-Version. Das Programm wurde stetig weiterentwickelt, beschränkt sich jedoch bis heute auf den Einsatz als Lehrmittel für Instrumentenflugverfahren ein- und zweimotoriger Luftfahrtzeuge.

Eine der ersten militärischen Flugsimulationen auf dem PC, die viele-gegen-viele-Luftkämpfe erlaubte, war Their Finest Hour von LucasFilm Games, das die Einschränkungen der Rechenleistung durch die Darstellung aller Flugzeuge als Bitmaps überwand. Red Baron von Dynamix, eine Simulation von Jagdflugzeugen des Ersten Weltkrieges, war die erste Simulation, die auch alle anderen Flugzeuge in fließend dargestellter Vektorgrafik auf den Bildschirm brachte.

Gunship von Microprose, eine Simulation des Kampfhubschraubers AH-64 Apache, war eine der ersten Hubschraubersimulationen mit realistischem Flugmodell.

Air Warrior von Kesmai, eine Simulation von Flugzeugen des Zweiten Weltkrieges, war die erste Online-Flugsimulation und eines der ersten Online-Action-Spiele. Alle Flugzeuge in der Air Warrior Online-Arena wurden von menschlichen Spielern gesteuert, es gab mit wenigen Ausnahmen keine computergesteuerten Gegner. Air Warrior hat das Genre der Online-Flugsimulationen bis heute geprägt.

Flight Unlimited von Looking Glass, eine Simulation moderner Kunstflugzeuge, war die erste Flugsimulation mit einem Flugmodell, das sechs Freiheitsgrade zulässt. Diese Technik wird auch bei professionellen Simulationen eingesetzt. Der Name bezieht sich auf die Kombination der freien Beweglichkeit des Flugzeuges entlang der drei Hauptachsen, sowie der freien Drehbarkeit um die gleichen drei Achsen. Damit ist eine realistische Simulation in allen Situationen möglich, z. B. auch von Kunstflugmanövern mit asymmetrischem Strömungsabriss.

X-Plane von Austin Meyer, eine Simulation der zivilen Luftfahrt, zeichnet sich dadurch aus, dass die Flugeigenschaften der simulierten Flugzeuge in Echtzeit aus ihren physikalischen Eigenschaften wie Masse, Form, Profil und Schub errechnet werden. Damit ist es möglich, auch Flugzeugtypen zu simulieren, von denen keine präzisen Leistungsdaten bekannt sind oder die nie gebaut worden sind. X-Plane wird von Privatpersonen und kleineren Luftfahrtfirmen teils sogar zur Simulation von sich in der Entwicklung befindlichen Flugzeugprojekten verwendet. Ähnlich wie der Microsoft Flugsimulator deckt auch X-Plane weite Bereiche der zivilen Luftfahrt ab.

FlightGear ist der bekannteste freie Open-Source-Flugsimulator und steht unter der GNU General Public Licence.

Die Kamov Ka-50-Kampfhubschrauber-Simulation DCS: Black Shark wurde 2008 veröffentlicht (die deutsche Version erst März 2009) und zeichnet sich durch die Zusammenarbeit mit dem Hubschrauber-Hersteller Kamov aus. Das Cockpit wurde mit allen Details modelliert, alle Schalter sind interaktiv clickbar, die Startprozedur des Hubschraubers entspricht der tatsächlichen Prozedur ^[2].

Zur Simulation des Luftraums und der gemeinsamen Nutzung (mittels virtueller Fluglotsen) haben sich drei Non-Profit-Organisationen gebildet, die entsprechende Programme entwickelt haben und die nötige Serverinfrastruktur für eine Online-Flugsimulation betreiben.

Technik

Eingabegeräte für Flugsimulationen zu Unterhaltungszwecken, die meist am heimischen Rechner betrieben werden, ist an allererster Stelle der Steuerknüppel oder das Steuerhorn. Darüber hinaus gibt es neben Seitenruder-Pedalen auch Gashebel, Radio- und Navigation-Einheiten (Radio-Stacks), um die Frequenzen schneller und realitätsnaher einstellen zu können. Auch Bedienungseinheiten für den Autopiloten und professionell gestaltete Schubeinheiten (4 Gashebel mit Schubumkehr) mit Trimmrad, Landeklappenhebel und Fahrwerkshebel (also die komplette Mittelkonsole) werden auf dem Markt angeboten. Beliebt sind auch Überkopfpaneele (komplett oder ausbaubar in einzelnen Modulen). Die Übergänge zum Heim-Flugkanzelbau sind fließend.

Flugkanzel-Simulatoren für Simulationen zu Unterhaltungswecken (Heimflugkanzeln) verbessern das Simulationserlebnis und erhöhen ähnlich wie bei Simulationen zu Ausbildungszwecken den Realismus bei der Bedienung des simulierten Flugzeuges. Anders als die Standard-Bedienelemente sind Heimflugkanzeln bisher nicht kommerziell erhältlich, sondern werden von engagierten Bastlern für die eigene Verwendung gebaut. Wie im professionellen Bereich, können Heimflugkanzeln typneutral sein oder bestimmten Flugzeugtypen so genau wie möglich nachgebildet werden.

Die Anzeige erfolgt oft auf mehreren Monitoren (über mehrere Grafikkarten; bzw. ein „Kästchen“, das einen Monitorausgang auf drei Monitore verteilt – TripleHead2Go; auch mehrere Rechner werden zur Darstellung auf mehreren Monitoren verwendet – das Programm „WideView“ ermöglicht die Darstellung). Noch nicht so weit verbreitet ist der Einsatz von Projektoren.

Vernetzung

Um den Grad der Realitätsnähe zu erhöhen, wurden weltweit zwei große Netzwerke gegründet (VATSIM und IVAO), bei denen Flugsimulation und die Simulation von Luftverkehrskontrolle gemeinsam betrieben wird. Es wird dabei nach realen Navigationsdaten mit realem Wetter und realen Flugrouten folgend geflogen.

Militärische Luftfahrsimulationen gehörten zu den Pionieren der Echtzeit-Multiplayer-Internet-Spiele. Air Warrior begründete dieses Genre und definierte bis heute verwendete Spielstrukturen.

Segelflugsimulatoren

Sogar für die Segelfliegerei gibt es eigene Flugsimulatoren, die zur Ausbildung, zur Nachwuchswerbung und auch zur Unterhaltung genutzt werden.

Flugsimulationen für Modellflugzeuge

Hallenflugtraining im Modellflug-Simulator

Eine besondere Stellung nehmen Flugsimulationen für Modellflugzeuge ein. Sie bieten oft zahlreiche Programmfunktionen, die den Unterhaltungscharakter betonen und zum Spaß des Benutzers implementiert sind. Andererseits sind die höherwertigen Produkte, an die unter anderem der Sender der Funkfernsteuerung als Eingabegerät angeschlossen werden kann, sehr gut geeignet, risikolos Flugmanöver mit Modellflugzeugen zu üben. Hinsichtlich des Modellflugs haben diese Produkte deutlichen Ausbildungscharakter.

Simulation und Wirklichkeit

Anders als bei professionellen Simulationen sind die Benutzer von Flugsimulationen für Unterhaltungszwecke meist nur vordergründig an der Wirklichkeitstreue der Simulationsprogramme interessiert. Während es für echte Flugzeugbesatzungen wichtig ist, sich die Unterschiede zwischen Simulation und Wirklichkeit bewusst zu machen, ist die Illusion größter Wirklichkeitstreue für Computerspieler oft ein wesentlicher Teil des Simulationserlebnisses.

Weblinks

• Im Wiederaufbau befindlicher Flugsimulator der Iljuschin IL-18 im Technikmuseum "Hugo Junkers" in Dessau
• Motorflugunion Klosterneuburg: Anforderungen an synthetische Flugtrainer FNPT II nach JAR-STD 3A
• Beschreibungen aller Full Flight Simulatoren der Lufthansa Flight Training GmbH

Einzelnachweise

1. ↑ Webseite von "Tobit.Elements"
2. ↑ http://www.game-tv.com/videos/mode/4/chID/81/vID/5121/hl/Black+shark/Teaser-Startseite/Black-Shark-1/7.html