【技術文章】天空光環境模擬系統實驗室，模擬光環境的前沿應用!

天空光環境模擬系統實驗室

要想重新建設一個天空，我們首先要對天空展開研究。有人會說，天空有什么好研究的，不都一樣嗎？當然不一樣。我們頭頂的天空，講究可多了呢！

根據國際照明委員會公布的技術標準，天空根據其亮度分布的不同，足足有15種類型，這些類型包括了晴天、微云、多云、陰天等等類型。

天空光的亮度分布，本質上是與兩種因素有關：一是天空本身的性質，即晴天和陰天本身基礎亮度就是不一樣的；二是太陽的位置，即靠近太陽的區域亮、遠離太陽的區域更暗。

除了亮度分布外，色溫分布也是天空光分布的模擬的重點。一天之中不同時間的天空色溫是不同的，最直觀的感受就是，在中午人會覺得天空發白，在傍晚覺得天空泛紅。

在仿真的時候，設計人員分別對不同時間的太陽色溫和天空基礎色溫進行了仿真，綜合起來就是天空光色溫分布的仿真結果。

國際照明委員會給出的天空光亮度分布模擬算法是相對分布，而要對真實的光環境進行模擬，還需要測算天空光亮度分布的絕對值，需要對15種天空模式下，太陽高度角在不同位置時的絕對天頂亮度進行模擬。

除了以上三個核心算法，太陽位置的模擬算法可以提高算法綜合的實用性。通過太陽位置模擬算法，可以實現給定任意時間點和地面上的經緯度，就可以計算出當時當刻的天空光分布。

有了天空光分布模擬算法，接下來的關鍵就是實現這樣的算法，天空光環境模擬系統裝置也就應運而生了。腳踏實地，建造蒼穹。這需要專業技術判斷力，也需要一些浪漫的想象力。

用什么來模擬天空呢？設計師們選擇研發了一款高均勻性高亮度大尺寸方形燈板，用近500塊這樣的燈板組成了天空光環境模擬系統裝置的天空。這些燈板完全覆蓋駕駛艙視界，身處于駕駛艙中，對外界的觀察恰如置身天空之中。

有了天空，接著還要為天空配備“日月”。天空光環境模擬系統裝置利用金鹵燈作為太陽模擬光源，還特意配備了調光結構。在太陽模擬器下，完全能感受到真實太陽的光輝和溫暖。月亮模擬器則是采用了LED光源，配以特制的月相板，能夠模擬出不同的月相變化。

有了太陽和月亮，還要讓它們在“天空”運行起來，因此設計師們設計了日月支撐軌道，能夠帶動日月模擬器在場地內任意位置連續移動。為了更好模擬天空環境的“風云變幻”，實驗室還配有云霧閃電模擬系統，能夠模擬飛行中穿云和遭遇雷暴等情況。

除了直接對光環境進行模擬的各個硬件系統，實驗室還為試驗樣機配備了樣機升降轉臺，可以讓試驗樣機按需要調節高度和方向，幫助試飛員更好地定位試驗所需要的外部光環境。

天空光環境模擬系統裝置，可以根據給定經緯度及時間自動生成天空光分布，進行基于飛行航線的動態場景模擬，同時可以實現光環境數據及測試數據的對照，進行基于光環境變化的物理、生理、心理綜合人機工效分析。

有了天空光環境模擬系統裝置，設計師們就能在試驗環境中完成駕駛艙照明性能評估、駕駛艙眩光評估、客艙情景照明性能評估、顯示器等設備自動調光驗證等試驗，通過實現基于時間、空間變化的天空光環境，減少飛行試驗及對特定天氣環境的依賴，實現從飛行試驗、機上地面試驗到試驗室試驗的轉變。

此外，天空光環境模擬系統還能有效支撐民用飛機照明系統相關設備、駕駛艙各儀器儀表、內飾內設產品等基礎技術、設備研制研究，可輻射航空航天各類產品、道路交通、軌道交通、船舶艦艇、建筑等與天空光環境相關的領域。