Simulateur de vol - Définition

Introduction

Poste de pilotage expérimental d'un simulateur NASA

Un simulateur de vol est une application au domaine de l'aéronautique, du pilotage des aéronefs en particulier, des techniques de simulation de phénomènes physiques.

Les simulateurs de vol du XXI^e siècle sont numériques : les données en provenance de l'interface pilote-aéronef (les commandes de vol) sont transmises à un ordinateur qui calcule les sorties (indications des instruments de bord, environnement visuel, etc.) Les simulateurs de vol étaient analogiques jusqu'à la fin des années 1970-1980.

Un simulateur de vol peut être utilisé pour :

• le développement d'aéronefs nouveaux ;
• l'entraînement des équipages aux fonctions de bord : pilotage, navigation ;
• l'enquête suivant un accident ;
• être intégré dans un simulateur plus complexe tel qu'un simulateur de combat aérien, etc.

Les simulateurs de vol sont aussi devenus des jeux vidéo très prisés.

Un simulateur de vol est composé de trois parties principales : les dispositifs d'entrée des données, le modèle de vol et les dispositifs de restitution de l'environnement. Le modèle de vol représente les équations aérodynamiques et les paramètres de l'aéronef : les simulateurs professionnels utilisent des données réelles qui sont souvent protégées par le secret de défense ou le secret industriel et indisponibles pour les jeux vidéo. L'entrée des données est réalisée à partir des commandes réelles dans un simulateur professionnel ; les commandes sont remplacées par un joystick et le clavier dans les jeux. Enfin les simulateurs professionnels restituent l'environnement grâce à une planche de bord réelle et des écrans multiples alors que les jeux n'utilisent, le plus souvent, qu'un écran unique.

Histoire

Le tonneau Antoinette

Les pionniers

Compte-tenu de la difficulté du pilotage, on a eu recours assez rapidement à des « entraîneurs » qui étaient des simulateurs très simplifiés où l'apprenti pilote répétait sur des commandes fictives les manœuvres de base. Dès les débuts de l'aviation on a tenté de restituer les effets aérodynamiques des commandes sur un avion simplifié fixé au sol et placé dans le lit du vent. Un des premiers entraîneurs connu fut le « tonneau Antoinette » construit en France en plusieurs exemplaires par la société de Léon Levavasseur dès 1910. Il comportait un poste de pilotage monté sur rotule et actionné manuellement en lacet, roulis et tangage.

Le brevet d'Edwin Link

Le premier vrai simulateur de vol fut vraisemblablement le système mis au point par Edwin Link (fabricant d'orgues aux États-Unis) dès 1929 et connu sous le nom de Link Trainer. Il comportait une cabine posée sur un mouvement électro-pneumatique dont les positions répondaient aux commandes du pilote. Un chariot équipé d'un stylet reproduisait sur table traçante le trajet virtuel de l'avion et l'instructeur pouvait donner des ordres à l'élève à l'aide d'un micro. Ce simulateur, très utilisé lors de la Seconde Guerre mondiale essentiellement pour le vol aux instruments, connut diverses évolutions jusque dans les années 1960.

L'approche scientifique

La mise en œuvre de modèles de vol sur calculateurs, analogiques d'abord dès les années 1950 puis numériques, a donné aux simulateurs la possibilité de représenter plus fidèlement le comportement d'un aéronef en vol.

Le grand projet Whirlwind du Massachusetts Institute of Technology en 1946 fut de concevoir et mettre au point un calculateur numérique en temps réel nécessaire à un simulateur de vol militaire.

Outre la puissance de calcul souvent insuffisante, la restitution visuelle des premiers simulateurs, limitée aux phases de décollage et d'atterrissage, n'était rendue que par le déplacement d'une caméra vidéo survolant mécaniquement une maquette réelle de terrain de grande dimension. Ce n'est que plus tard, au milieu des années 1970, que commencèrent à apparaître des images de synthèse encore très schématiques (sur des moniteurs dits à « balayage cavalier ») mais qui permettaient un rendu ponctuel très précis des feux de piste, de nuit. Au début des années 1980, la représentation en trois dimensions de surfaces avec ombrage de Gouraud avait une allure plus réaliste mais il a fallu attendre les années 1990 pour voir dans les simulateurs des images de synthèse 3D texturées.