气动模型第一部分：对原版Falcon4.0气动代码的回顾

本文翻译自 https://www.falcon-bms.com/articles/flight-model/explaining-the-original-falcon-4-0-fm-code/

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在原版游戏中MicroPose(MPS)所构建的气动代码在发行之初就受到了相当广泛的批评。现在是时候对此原版气动模型的质量进行一次公平公正的评测了。

首先，我们必须承认，在1997年的时候，在一众的飞行模拟游戏中，Falcon 4.0的模拟水平是独一无二的。游戏中的F-16如现实中的F-16战机那样，存在深度失速和CAT 1限制器，这无不说明真实飞行员也以某种方式参加了“Falcon 4”（简称为F4）的开发工作中。

其次，得益于一些独立的数据编码工作者，随着补丁的不断发布，F-16在二维（2D）平面上的性能（纵向加速/减速，转弯率于飞行包线）的准确性有了很大程度的提升，2004年10越发布的“HFFM”系列补丁就是一个经典例子。但是，即使随着补丁的持续发布，原版“F4”的源代码也几乎没有对气动模型有任何改进。

然而，尽管之前已经想尽办法提升游戏质量，但是F-16气动模型即使搭配了最优的数据，它也完全无法与真实飞机相媲美，与现代模拟飞行软件相比更是有很大的差距。以下是原版气动模型中存在的主要问题的例子：

虚拟飞行员没有任何体感反馈（译注：如飞行员视角振动的效果等）。“跑在铁轨上的飞机”（Aircraft on rails）是经常被拿来形容F4原版气动模型的词。虽然F-16有模拟FLCS，但凡是真的看过现实中F-16的HUD上的向量指示符（FPM）的运动轨迹的人，都能得出来“Falcon 4.0”的气动稳定性太过夸张。
有些机动动作在原版F4中无法实现。例如“刀刃穿越”（Knife-Edge Pass），“超低速筋斗”等
FLCS的许多功能模拟的非常差，甚至差过现实中的飞机：CAT 3、巡航增益（Cruise Gains）、起落架增益(Landing Gear(LG) Gains）。这导致模飞玩家在做出与现实飞机相同的操作输入时，模拟机有时会做出与现实战机完全相反的反馈。例如：为保持着陆时的下滑坡度，原版游戏中玩家必须要维持向前推杆，而现实中的飞机却是向后拉杆来保持下滑道坡度。
有一些FLCS的功能甚至完全没有模拟：副翼-方向舵联动（ARI），滚转率控制模块、维持1G过载等功能....
完全不存在空气动力学或惯性耦合，但这些恰恰是F-16的模拟要点，FLCS 80%的功能都是为了管理这些耦合。
失速行为与改出行为完全脚本化，这很难反映出真实F-16的偏离效果（如滚转偏离（roll departures))
舵效的建模很差，更笼统的说，偏航模拟的很差
基本的力学概念，如惯性，没有得到很好的实现
地面表现以及空气和地面之间的连续性完全是天马行空的，因此着陆部分的模拟完全脱离现实
与气团间的相互作用完全为0：如风和湍流效果

此外，游戏中其他飞机的气动也是基于F-16的气动模型，导致古董机（非电传(Non Fly-By-Wire)）的飞行轨迹也很假。但要注意的一点是：原版的F4中，玩家是不能驾驶除F-16以外的其他机型。

为了更深入地探讨这个问题的核心，让我们试着对初版的MicroProse版气动代码做一个总体的简化概述。

原版气动代码主要由四个主模块组成：

用于从气动相关文件中插值计算出给定速度、攻角（AOA）和高度下的整体升力/阻力和推力
用于输入局升力/阻力/推力来计算出重心（CG）的运动（轨迹）（欧拉微分法）
为一个纯计算模块，它基于FLCS的限制器数据文件，根据飞行员的输入和飞行状态来计算出俯仰/偏航/滚转率（攻角数据由此模块得出并代入到模块1中）
负责地面上的物理表现，通过给定地面上的转弯率/半径来模拟飞机在地面上的物理运动。此模块直接影响到飞机的物理运动表现，在地面上时它直接取代模块2来计算飞机物理运动（这意味着地面和空中的物理运动建模完全分立，不具有连续性）

原版代码的主要问题是俯仰/偏航/滚转与重心不存在直接的关联。综上所述，这代表飞机计算出的轨迹与飞机姿态完全无关。这个问题在低速飞行时特别明显，此时的俯仰角和飞行轨迹在物理学上完全不可能发生。