محاكي الطيران

كان أحد مجالات التدريب هو الرماية الجوية، التي يتولاها الطيار أو أحد رماة الطائرات المتخصصين. يتطلب إطلاق النار على هدف متحرك التصويب أمام الهدف (وهو ما يُعرف بزاوية التوجيه) لإتاحة الوقت اللازم للرصاص للوصول إلى محيط الهدف. يُطلق على هذا أحيانًا اسم "الرماية الانحرافية"، ويتطلب مهارة وتدريبًا. خلال الحرب العالمية الأولى ، طُوّرت بعض أجهزة المحاكاة الأرضية لتعليم هذه المهارة للطيارين الجدد. ^{[ 5 ]}

ظهرت الدراجات الطائرة في عشرينيات وثلاثينيات القرن العشرين كأداة لتدريب الطيارين، ثم تحولت لاحقًا إلى لعبة ترفيهية ، وقد طورها ألفين بيش وشريكه رالف روكو. تقدما بطلب للحصول على براءة اختراع لـ"جهاز لتدريب الطيارين أو لأغراض الترفيه" عام ١٩٢٩. ^{[ ٦ ]} عند تشغيلها، يُحرك محركٌ الأذرع، فتدفع قوى الطرد المركزي المركبات إلى الطيران للخارج. كل مركبة مزودة بدفة كبيرة، مما يسمح للركاب بالتحكم في حركتها.

كان جهاز محاكاة الطيران "لينك ترينر" أشهر أجهزة محاكاة الطيران المبكرة ، وقد أنتجه إدوين لينك في بينغامتون، نيويورك ، الولايات المتحدة الأمريكية، حيث بدأ بتصنيعه عام 1927. حصل لاحقًا على براءة اختراع لتصميمه، الذي طُرح للبيع لأول مرة عام 1929. كان "لينك ترينر" جهاز محاكاة طيران بسيطًا بإطار معدني، وعادةً ما كان يُطلى بلونه الأزرق المميز. لا تزال بعض أجهزة محاكاة الطيران هذه، التي تعود إلى حقبة الحرب المبكرة، موجودة حتى اليوم، ولكن بات من الصعب العثور على نماذج عاملة منها. ^{[ 7 ]}

كانت شركة عائلة لينك في بينغامتون تُصنّع البيانو الآلي والأورغ، ولذلك كان إد لينك على دراية بمكونات مثل المنفاخ الجلدي ومفاتيح القصب. كان أيضًا طيارًا، لكنه لم يكن راضيًا عن كمية التدريب العملي على الطيران المتاحة، فقرر بناء جهاز أرضي لتوفير هذا التدريب دون قيود الطقس وتوفر الطائرات ومدربي الطيران. تضمن تصميمه منصة حركة هوائية تُدار بواسطة منفاخ قابل للنفخ، مما يوفر إشارات الميل والدوران. قام محرك تفريغ مشابه لتلك المستخدمة في البيانو الآلي بتدوير المنصة، موفرًا إشارات الانعراج. تم تركيب قمرة قيادة نموذجية مزودة بأجهزة عاملة على منصة الحركة. عند تغطية قمرة القيادة، يمكن للطيارين التدرب على الطيران باستخدام الأجهزة في بيئة آمنة. أعطت منصة الحركة الطيار إشارات حول الحركة الزاوية الحقيقية في الميل (رفع وخفض مقدمة الطائرة)، والدوران (رفع أو خفض الجناح)، والانعراج (تحريك مقدمة الطائرة يمينًا ويسارًا). ^{[ 8 ]}

في البداية، لم تُبدِ مدارس الطيران اهتمامًا يُذكر بجهاز "لينك ترينر". كما عرض لينك جهازه التدريبي على سلاح الجو الأمريكي، لكن دون جدوى. إلا أن الوضع تغيّر عام ١٩٣٤ عندما مُنح سلاح الجو الأمريكي عقدًا حكوميًا لنقل البريد جوًا. وشمل ذلك الطيران في ظروف جوية سيئة وجيدة على حد سواء، وهو ما لم يكن سلاح الجو الأمريكي قد تدرب عليه كثيرًا من قبل. خلال الأسابيع الأولى من خدمة البريد، قُتل ما يقرب من اثني عشر طيارًا من الجيش. تذكرت قيادة سلاح الجو الأمريكي إد لينك وجهازه التدريبي. طار لينك للقائهم في مطار نيوارك في نيوجيرسي، وأُعجبوا بقدرته على الوصول في يوم ذي رؤية ضعيفة، بفضل تدريبه على جهازه التدريبي. ونتيجة لذلك، اشترى سلاح الجو الأمريكي ستة أجهزة "لينك ترينر"، ويمكن القول إن هذا يُمثل بداية صناعة محاكاة الطيران العالمية. ^{[ ٨ ]}

كان جهاز التدريب الرئيسي للطيارين المستخدم خلال الحرب العالمية الثانية هو جهاز "لينك ترينر". تم إنتاج حوالي 10,000 جهاز لتدريب 500,000 طيار جديد من الدول الحليفة، وكثير منهم في الولايات المتحدة وكندا، حيث تدرب العديد من الطيارين في هاتين الدولتين قبل عودتهم إلى أوروبا أو المحيط الهادئ للمشاركة في مهام قتالية. ^{[ 8 ]} تلقى جميع طياري القوات الجوية الأمريكية تقريبًا تدريبهم على جهاز "لينك ترينر". ^{[ 9 ]}

استُخدم نوع مختلف من أجهزة التدريب خلال الحرب العالمية الثانية للملاحة الليلية بالاستعانة بالنجوم. كان جهاز التدريب على الملاحة السماوية لعام 1941 يبلغ ارتفاعه 13.7  مترًا (45  قدمًا) وقادرًا على استيعاب فريق الملاحة التابع لطاقم قاذفة قنابل . وقد مكّن من استخدام السدسيات لالتقاط صور للنجوم من خلال عرض مُسقط للسماء الليلية. ^{[ 8 ]}

في عام 1954، اشترت شركة يونايتد إيرلاينز أربعة أجهزة محاكاة طيران من شركة كورتيس رايت بتكلفة 3 ملايين دولار، وكانت هذه الأجهزة مشابهة للنماذج السابقة، مع إضافة عناصر بصرية وصوتية وحركية. وكان هذا أول جهاز محاكاة طيران حديث للطائرات التجارية. ^{[ 10 ]}

كان هناك جهاز محاكاة للطائرات المروحية يُدعى جاكوبس جايكوبتر كوسيلة "لخفض تكلفة تدريب الطيارين على قيادة الطائرات المروحية". ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]} وقد بيع جهاز المحاكاة لاحقًا كلعبة ترفيهية في معرض نيويورك العالمي 1964-1965 . ^{[ 14 ]}

تتجه شركات تصنيع أجهزة المحاكاة نحو الاندماج والتكامل الرأسي ، إذ يُحقق التدريب نموًا ملحوظًا. وتتوقع شركة CAE تخريج 255 ألف طيار جديد في الفترة من 2017 إلى 2027 (بمعدل 70 طيارًا يوميًا)، بالإضافة إلى 180 ألف مساعد طيار سيترقون إلى رتبة قائد طائرة . وتُعد شركة CAE الكندية أكبر هذه الشركات بحصة سوقية تبلغ 70% وإيرادات سنوية قدرها 2.8 مليار دولار، حيث تُصنّع أجهزة التدريب منذ 70 عامًا، قبل أن تتوسع في مجال التدريب عام 2000 من خلال عدة عمليات استحواذ. واليوم، تُحقق CAE أرباحًا من التدريب تفوق أرباحها من إنتاج أجهزة المحاكاة. دخلت شركة L3 CTS، ومقرها كرولي، السوق في عام 2012 من خلال الاستحواذ على مصنع شركة Thales Training & Simulation بالقرب من مطار جاتويك، حيث تقوم بتجميع ما يصل إلى 30 جهازًا سنويًا، ثم مدرسة التدريب UK CTC في عام 2015، وشركة Aerosim في سانفورد، فلوريدا في عام 2016، والأكاديمية البرتغالية G Air في أكتوبر 2017. ^{[ 15 ]} كما تقدم مدارس التدريب العالمية مثل Aerosim أجهزة محاكاة خاصة بالطائرات، مثل جهاز محاكاة طائرة إيرباص A320. ^{[ 16 ]}

مع حصة سوقية تبلغ 20%، لا تزال المعدات تمثل أكثر من نصف إيرادات شركة L3 CTS، لكن هذا الوضع قد يتغير قريبًا، إذ تُدرّب الشركة 1600 طيار تجاري سنويًا، أي ما يعادل 7% من إجمالي 22000 طيار يدخلون المهنة سنويًا، وتطمح إلى الوصول إلى 10% في سوق مجزأة . وتأتي شركة TRU Simulation + Training في المرتبة الثالثة ، والتي تأسست عام 2014 عندما دمجت الشركة الأم Textron Aviation أجهزة المحاكاة الخاصة بها مع شركات Mechtronix و OPINICUS و ProFlight ، مع التركيز على أجهزة المحاكاة وتطوير أول أجهزة محاكاة طيران كاملة لطائرتي 737 MAX و 777X. أما شركة FlightSafety International ، فتُركز على الطائرات العامة وطائرات رجال الأعمال والطائرات الإقليمية . وقد استثمرت شركتا إيرباص وبوينغ في مراكز تدريب خاصة بهما، بهدف تحقيق هوامش ربح أعلى من تلك التي تحققها شركات تصنيع الطائرات مثل MRO ، في منافسة مع مورديهما CAE وL3. ^{[ 15 ]}

في يونيو 2018، بلغ عدد أجهزة محاكاة الطيران التجاري العاملة 1270 جهازًا، بزيادة قدرها 50 جهازًا خلال عام: 85% منها أجهزة محاكاة طيران كاملة (FFS) و15% أجهزة محاكاة طيران كاملة (FTD) . وقد زودت شركة CAE 56% من هذه الأجهزة، تلتها L3 CTS بنسبة 20%، ثم FlightSafety International بنسبة 10%، في حين تُعد مراكز تدريب CAE أكبر مشغل بنسبة 13%. وتستحوذ أمريكا الشمالية على 38% من أجهزة التدريب في العالم، تليها منطقة آسيا والمحيط الهادئ بنسبة 25%، ثم أوروبا بنسبة 24%. وتمثل طائرات بوينغ 45% من إجمالي الطائرات التي تتم محاكاتها، تليها إيرباص بنسبة 35%، ثم إمبراير بنسبة 7%، وبومباردييه بنسبة 6%، وأخيرًا ATR بنسبة 3%. ^{[ 17 ]}

تُستخدم معظم أجهزة محاكاة الطيران بشكل أساسي للتدريب على الطيران . تُستخدم أبسط أجهزة المحاكاة لممارسة إجراءات قمرة القيادة الأساسية، مثل معالجة قوائم التحقق من حالات الطوارئ، وللتعرف على قمرة القيادة. كما تُستخدم أيضًا للتدريب على الطيران الآلي ، ^{[ 18 ] [ 19 ]} حيث تكون الرؤية الخارجية أقل أهمية. قد تتم محاكاة بعض أنظمة الطائرة أو لا، وعادةً ما يكون النموذج الديناميكي الهوائي عامًا للغاية إن وُجد أصلًا. ^{[ 20 ]} اعتمادًا على مستوى الشهادة، قد يتم تطبيق الأجهزة التي تحتوي على مؤشرات متحركة في طائرة حقيقية مع شاشة عرض. مع شاشات العرض الأكثر تطورًا، وأنظمة تمثيل قمرة القيادة والحركة، يمكن استخدام أجهزة محاكاة الطيران لاحتساب ساعات طيران مختلفة ضمن رخصة الطيار. ^{[ 21 ]}

تُستخدم فئات محددة من أجهزة المحاكاة أيضًا للتدريب بخلاف الحصول على الرخصة الأولية مثل إعادة التحقق من تصنيف الأجهزة ، أو الأكثر شيوعًا ^{[ 22 ]} الحصول على تصنيف نوع لنوع معين من الطائرات.

خلال عملية تصميم الطائرات ، يمكن استخدام أجهزة محاكاة الطيران بدلاً من إجراء اختبارات طيران فعلية. توفر هذه "أجهزة محاكاة الطيران الهندسية" طريقة سريعة لاكتشاف الأخطاء، مما يقلل بشكل كبير من المخاطر وتكاليف التطوير. ^{[ 23 ]} بالإضافة إلى ذلك، يسمح ذلك باستخدام معدات قياس إضافية قد تكون كبيرة الحجم أو غير عملية للاستخدام على متن طائرة حقيقية. تُستخدم أجهزة محاكاة هندسية مختلفة بمستويات تعقيد متفاوتة خلال مراحل عملية التصميم المختلفة. ^{[ 24 ] : 13}

قد تتضمن أجهزة محاكاة الطيران مهام تدريبية لأفراد الطاقم من غير الطيارين، مثل الرماة على متن الطائرات العسكرية ^{[ 25 ]} أو مشغلي الرافعات ^{[ 26 ]} . كما استُخدمت أجهزة محاكاة منفصلة لمهام متعلقة بالطيران، مثل إخلاء الطائرة في حالة تحطمها في الماء ^{[ 27 ]} . ونظرًا لتعقيد العديد من الأنظمة التي تُكوّن الطائرات الحديثة، تزداد شعبية أجهزة محاكاة صيانة الطائرات ^{[ 28 ] [ 29 ] .}

قبل سبتمبر 2018، ^{[ 30 ]} عندما كان أحد المصنّعين يرغب في اعتماد نموذج جهاز اختبار الطيران (ATD)، كان يُقدّم إلى إدارة الطيران الفيدرالية (FAA) وثيقة تتضمن مواصفات خط الإنتاج وتُثبت الامتثال للوائح ذات الصلة. وبمجرد اعتماد هذه الوثيقة، المسماة دليل اعتماد التأهيل (QAG)، تُعتمد جميع الأجهزة المستقبلية المتوافقة مع دليل اعتماد التأهيل تلقائيًا، ولا يُشترط إجراء تقييم فردي لها. ^{[ 31 ]}

الإجراء المعتمد لدى جميع هيئات الطيران المدني حول العالم هو اقتراح وثيقة دليل اختبار التأهيل الرئيسي (MQTG) قبل 30 يومًا من تاريخ التأهيل (40 يومًا لهيئة الطيران المدني في كاليفورنيا)، وهي وثيقة خاصة بجهاز محاكاة فريد، وتُرفق بالجهاز نفسه، وتتضمن اختبارات موضوعية ووظيفية وذاتية لإثبات مدى تمثيل جهاز المحاكاة للطائرة. تُقارن النتائج ببيانات اختبار الطيران المقدمة من مصنعي الطائرات أو من حملات الاختبار التي يطلبها مصنعو أجهزة المحاكاة، أو يمكن مقارنتها أيضًا ببيانات إثبات المطابقة (POM) المقدمة من مصنعي أجهزة المحاكاة المطورة. يُعاد إجراء بعض اختبارات التأهيل الرئيسي (QTG) خلال العام لإثبات، أثناء التأهيل المستمر، أن جهاز المحاكاة لا يزال ضمن الحدود المسموح بها من قبل هيئة الطيران المدني. ^{[ 32 ] [ 18 ] [ 33 ]}

جهاز التدريب على الطيران (ATD) ^{[ 34 ]}

• يوفر برنامج التدريب الأساسي للطائرات التابع لإدارة الطيران الفيدرالية (BATD) منصة تدريب وتصميمًا مناسبين لكل من مهام الأداء الإجرائية والتشغيلية الخاصة بمتطلبات التدريب الأرضي والجوي للحصول على شهادة الطيار الخاص وتصنيف الأجهزة وفقًا للباب 14 من قانون اللوائح الفيدرالية.
• يوفر برنامج التدريب المتقدم على الطيران التابع لإدارة الطيران الفيدرالية (AATD) منصة تدريب مناسبة لكل من المهام الإجرائية والتشغيلية الخاصة بمتطلبات التدريب الأرضي والجوي للحصول على شهادة الطيار الخاص، وتصنيف الطيران الآلي، وشهادة الطيار التجاري، وشهادة طيار النقل الجوي (ATP)، وشهادة مدرب الطيران .

أجهزة التدريب على الطيران (FTD) ^{[ 35 ]}

• المستوى الرابع من برنامج تدريب الطيران التابع لإدارة الطيران الفيدرالية (FAA FTD ) - مشابه لبرنامج تدريب إجراءات قمرة القيادة (CPT). لا يتطلب هذا المستوى نموذجًا ديناميكيًا هوائيًا، ولكنه يتطلب نمذجة دقيقة للأنظمة.
• المستوى الخامس من برنامج FAA FTD - البرمجة الديناميكية الهوائية ونمذجة الأنظمة مطلوبة، ولكنها قد تمثل عائلة من الطائرات بدلاً من نموذج واحد محدد فقط.
• المستوى السادس من برنامج FAA FTD - يتطلب برمجة ديناميكية هوائية خاصة بطراز الطائرة، وشعور التحكم، وقمرة قيادة فعلية.
• المستوى السابع من برنامج محاكاة الطيران التابع لإدارة الطيران الفيدرالية (FAA FTD) - خاص بالطراز. يجب نمذجة جميع أنظمة الديناميكا الهوائية، وأدوات التحكم في الطيران، والأنظمة الأخرى ذات الصلة. كما يجب توفير نظام اهتزاز. هذا هو المستوى الأول الذي يتطلب نظامًا بصريًا.

أجهزة محاكاة الطيران الكاملة (FFS) ^{[ 36 ]}

• المستوى أ من نظام محاكاة الطيران التابع لإدارة الطيران الفيدرالية (FAA FFS Level A) - يلزم وجود نظام حركة بثلاث درجات حرية على الأقل. للطائرات فقط.
• يتطلب المستوى B من برنامج محاكاة الطيران التابع لإدارة الطيران الفيدرالية (FAA FFS) حركة ثلاثية المحاور ونموذجًا ديناميكيًا هوائيًا عالي الدقة مقارنة بالمستوى A. وهو أدنى مستوى من برامج محاكاة الطيران بالمروحيات.
• يتطلب نظام محاكاة الطيران من المستوى C التابع لإدارة الطيران الفيدرالية منصة حركة تتمتع بجميع درجات الحرية الست. كما يتطلب تقليل زمن التأخير (الكمون) مقارنةً بالمستويين A وB. يجب أن يتمتع النظام البصري بمجال رؤية أفقي خارجي لا يقل عن 75 درجة لكل طيار.
• مستوى FAA FFS D – أعلى مستوى تأهيل FFS متاح حاليًا. المتطلبات هي نفسها متطلبات المستوى C مع إضافات. يجب أن تتمتع منصة الحركة بجميع درجات الحرية الست، ويجب أن يتمتع النظام البصري بمجال رؤية أفقي خارجي لا يقل عن 150 درجة، مع شاشة عرض متوازية . يُشترط وجود أصوات واقعية في قمرة القيادة، بالإضافة إلى عدد من المؤثرات الحركية والبصرية الخاصة.

تنطبق هذه التعريفات على كل من الطائرات ^{[ 3 ]} والمروحيات ^{[ 37 ]} ما لم يُنص على خلاف ذلك. جميع أجهزة التدريب التي تتم مقارنتها بإيجاز أدناه هي فئات فرعية مختلفة من أجهزة التدريب على محاكاة الطيران (FSTD).

جهاز التدريب الأساسي على الطيران الآلي (BITD) للطائرات فقط  : محطة تدريب أساسية للطلاب على إجراءات الطيران الآلي ؛ يمكن استخدام أدوات تحكم طيران زنبركية، وعرض الأدوات على شاشة.

جهاز محاكاة الملاحة الجوية والإجراءات (FNPT)  : تمثيل لقمرة القيادة بجميع المعدات والبرامج اللازمة لمحاكاة وظائف أنظمة الطائرة

• المستوى الأول من برنامج EASA FNPT  : قمرة قيادة مغلقة بالكامل بالحجم الطبيعي، وقوى تحكم وحركة تمثل الطائرة، ونموذج ديناميكي هوائي يأخذ في الاعتبار التغيرات في سرعة الهواء والحمولة وعوامل أخرى.
• المستوى الثاني من برنامج التدريب الوطني للطيران التابع لوكالة سلامة الطيران الأوروبية  : التعامل مع نماذج الطائرات على الأرض وفي تأثير الأرض ، وتأثيرات التجلد، والنظام البصري بما في ذلك ظروف الإضاءة المحيطة المختلفة (أي النهار والليل والغسق).
• طائرات الهليكوبتر من المستوى الثالث المعتمدة من وكالة سلامة الطيران الأوروبية (EASA FNPT) فقط  : مجال رؤية أوسع ووسائل لاختبار التشغيل الصحيح للأجهزة والبرامج بسرعة
• MCC  : متطلبات إضافية لمستوى FNPT الثاني والثالث لاستخدامها في تدريب التعاون بين أفراد الطاقم المتعدد ، على سبيل المثال ما هي الأدوات التي يجب مضاعفتها لكل فرد من أفراد الطاقم ^{[ 38 ]}

أجهزة التدريب على الطيران (FTD)

• المستوى الأول من برنامج تدريب الطيارين التابع لوكالة سلامة الطيران الأوروبية (EASA FTD)  : قد يفتقر إلى نظام بصري، مقارنةً ببرنامج تدريب الطيارين على الطيران (FNPT)، يجب أن تعمل أنظمة الطائرة بشكل صحيح بناءً على مدخلات الطيار فقط دون الحاجة إلى تدخل المدرب.
• المستوى الثاني من برنامج التدريب على الطيران التابع لوكالة سلامة الطيران الأوروبية  : نظام بصري في ظروف مختلفة، يجب أن تتضمن قمرة القيادة محطات أخرى للطاقم، ويجب أن تحاكي أدوات التحكم ديناميكيات الحركة
• خاص بطائرات الهليكوبتر من المستوى الثالث وفقًا لمعايير وكالة سلامة الطيران الأوروبية (EASA FTD)  : يجب أن تستند بيانات النموذج إلى رحلات التحقق - لا يمكن أن تكون نموذجًا ديناميكيًا هوائيًا عامًا، مجال رؤية أوسع

أجهزة محاكاة الطيران الكاملة (FFS)

• نظام محاكاة الطيران EASA FFS المستوى A  : نظام حركة بثلاث درجات من الحرية (الميل، الدوران، الارتفاع)
• المستوى B من برنامج محاكاة الطيران التابع لوكالة سلامة الطيران الأوروبية  : نظام حركة بجميع درجات الحرية الست، لمحاكاة عمليات المناولة الأرضية
• برنامج محاكاة الطيران EASA FFS المستوى C  : محاكاة ظروف المدرج المختلفة، والتجلد، ونموذج ديناميكي هوائي أكثر تفصيلاً
• مستوى EASA FFS D  : اهتزازات مميزة يمكن الشعور بها في قمرة القيادة، ومستويات ضوضاء واقعية

تُعدّ أجهزة محاكاة الطيران مثالاً على نظام تفاعلي مع المستخدم، حيث يحدث تفاعل مستمر بين المستخدم والجهاز. من منظور الجهاز، تشمل المدخلات أدوات التحكم الأساسية في الطيران ، وأزرار ومفاتيح لوحة العدادات، ومنصة المدرب إن وُجدت. وبناءً على هذه المدخلات، يتم تحديث الحالة الداخلية للجهاز، وحل معادلات الحركة للخطوة الزمنية الجديدة. ^{[ 39 ]} تُعرض الحالة الجديدة للطائرة المُحاكاة للمستخدم عبر قنوات بصرية وسمعية وحركية ولمسية.

لمحاكاة المهام التعاونية، يمكن تصميم جهاز المحاكاة ليلائم عدة مستخدمين، كما هو الحال في أجهزة محاكاة التعاون متعددة الأطقم . وبدلاً من ذلك، يمكن ربط أكثر من جهاز محاكاة، فيما يُعرف بـ "المحاكاة المتوازية" أو "المحاكاة الموزعة". ^{[ 40 ]} ونظرًا لأن الطائرات العسكرية غالبًا ما تحتاج إلى التعاون مع طائرات أخرى أو أفراد عسكريين، فإن ألعاب الحرب تُعد استخدامًا شائعًا للمحاكاة الموزعة. ولهذا السبب، تم تطوير العديد من المعايير للمحاكاة الموزعة، بما في ذلك الطائرات، بالتعاون مع المنظمات العسكرية. ومن الأمثلة على ذلك SIMNET و DIS و HLA .

تُعدّ معادلات حركة الطائرة العنصر الأساسي في نموذج المحاكاة . ^{[ 39 ]} أثناء تحرك الطائرة في الغلاف الجوي، يمكنها إظهار درجات حرية انتقالية ودورانية . ولتحقيق إحساس بالحركة السلسة، تُحل هذه المعادلات 50 أو 60 مرة في الثانية. ^{[ 24 ] : 16} تُحسب قوى الحركة من نماذج الديناميكا الهوائية، والتي بدورها تعتمد على حالة أسطح التحكم، التي تُشغلها أنظمة محددة، بما في ذلك إلكترونيات الطيران ، وما إلى ذلك. وكما هو الحال في النمذجة، توجد مستويات مختلفة من التفصيل تبعًا لمستوى الواقعية المطلوب، مع حذف بعض النماذج الفرعية في أجهزة المحاكاة الأبسط.

إذا كان المستخدم البشري جزءًا من جهاز المحاكاة، وهو ما قد لا ينطبق على بعض أجهزة المحاكاة الهندسية، فمن الضروري إجراء المحاكاة في الوقت الفعلي. لا تؤدي معدلات التحديث المنخفضة إلى تقليل واقعية المحاكاة فحسب، بل رُبطت أيضًا بزيادة دوار المحاكاة . ^{[ 41 ]} تضع اللوائح حدًا أقصى للتأخير بين إدخال الطيار ورد فعل الطائرة. ولهذا السبب، تُجرى مفاضلات للوصول إلى مستوى الواقعية المطلوب بتكلفة حسابية أقل. لا تتضمن أجهزة محاكاة الطيران عادةً نماذج ديناميكا الموائع الحسابية الكاملة للقوى أو الأحوال الجوية، بل تستخدم قواعد بيانات لنتائج مُعدة مسبقًا من الحسابات والبيانات المُكتسبة في رحلات حقيقية. على سبيل المثال، بدلًا من محاكاة التدفق فوق الأجنحة، يمكن تعريف معامل الرفع بدلالة معلمات الحركة مثل زاوية الهجوم . ^{[ 24 ] : 17}

على الرغم من أن النماذج المختلفة تحتاج إلى تبادل البيانات، إلا أنه في أغلب الأحيان يمكن فصلها ضمن بنية معيارية، لتحسين التنظيم وتسهيل التطوير. ^{[ 42 ] [ 43 ]} عادةً، يكون نموذج التروس الخاص بالمناولة الأرضية مدخلاً منفصلاً لمعادلات الحركة الرئيسية. كما يُعد كل محرك وجهاز إلكترونيات طيران نظامًا قائمًا بذاته بمدخلات ومخرجات محددة بدقة.

تتطلب جميع فئات أجهزة محاكاة الطيران (FSTD) شكلاً من أشكال محاكاة قمرة القيادة. ونظرًا لأنها الوسيلة الأساسية للتفاعل بين الطيار والطائرة، تُولى أهمية خاصة لأدوات التحكم في قمرة القيادة . ولتحقيق نقل جيد للمهارات، توجد متطلبات محددة للغاية في لوائح أجهزة محاكاة الطيران ^{[ 18 ]} تحدد مدى دقة مطابقتها للطائرة الحقيقية. هذه المتطلبات في حالة أجهزة محاكاة الطيران الكاملة مفصلة للغاية، لدرجة أنه قد يكون من المجدي اقتصاديًا استخدام الجزء الحقيقي المعتمد للطيران، بدلاً من تصنيع نسخة طبق الأصل مخصصة. ^{[ 24 ] : 18} قد تستخدم الفئات الأدنى من أجهزة المحاكاة نوابض لمحاكاة القوى المحسوسة عند تحريك أدوات التحكم. وعند الحاجة إلى محاكاة قوى التحكم أو الاستجابة الديناميكية بشكل أفضل، يتم تجهيز العديد من أجهزة المحاكاة بأنظمة تغذية راجعة للقوة تعمل بشكل فعال . كما يمكن تضمين مشغلات الاهتزاز، إما بسبب متطلبات محاكاة طائرات الهليكوبتر، أو للطائرات المجهزة بهزاز عصا التحكم .

تُعدّ الأدوات الموجودة على لوحات قمرة القيادة شكلاً آخر من أشكال الإدخال اللمسي من قِبل الطيار. ونظرًا لاستخدامها في التفاعل مع أنظمة الطائرة المختلفة، فقد يكون ذلك كافيًا لبعض أنواع التدريب على الإجراءات. يكفي عرضها على الشاشة لأبسط أجهزة محاكاة الطيران ^{[ 3 ]} ومحاكاة الطيران للهواة ، إلا أن معظم فئات أجهزة المحاكاة المعتمدة تتطلب تشغيل جميع الأزرار والمفاتيح وغيرها من المدخلات بنفس طريقة تشغيلها في قمرة قيادة الطائرة. تُسهم ضرورة وجود نسخة مادية من قمرة القيادة في زيادة تكلفة بناء جهاز المحاكاة، وتربط الأجهزة بنوع طائرة محدد. لهذه الأسباب، تُجرى أبحاث مستمرة حول التفاعلات في الواقع الافتراضي ، إلا أن نقص التغذية الراجعة اللمسية يؤثر سلبًا على أداء المستخدمين عند استخدام هذه التقنية. ^{[ 44 ] [ 45 ]}

تُعدّ الرؤية الخارجية من الطائرة مؤشرًا هامًا لقيادة الطائرة، وهي الوسيلة الأساسية للملاحة في عمليات الطيران المرئي . ^{[ 46 ]} ومن أهم خصائص نظام الرؤية مجال الرؤية . فبحسب نوع جهاز المحاكاة، قد يكفي توفير رؤية أمامية فقط باستخدام شاشة مسطحة. إلا أن بعض أنواع الطائرات، كطائرات المقاتلة مثلاً ، تتطلب مجال رؤية واسعًا جدًا، ويفضل أن يكون مجال رؤية كرويًا كاملاً تقريبًا، نظرًا للمناورات التي تُنفذ أثناء القتال الجوي. ^{[ 47 ]} وبالمثل، ولأن المروحيات قادرة على التحليق في أي اتجاه، فإن بعض فئات أجهزة محاكاة طيران المروحيات تتطلب مجال رؤية أفقيًا يصل إلى 180 درجة. ^{[ 48 ]}

تتضمن عملية تصميم الأنظمة البصرية العديد من المعايير. ففي مجال الرؤية الضيق، قد تكفي شاشة عرض واحدة، إلا أنه عادةً ما يتطلب الأمر استخدام عدة أجهزة عرض. ويحتاج هذا الترتيب إلى معايرة إضافية، سواءً من حيث التشوه الناتج عن عدم العرض على سطح مستوٍ، أو من حيث السطوع في المناطق ذات الإسقاطات المتداخلة. ^{[ 49 ]} كما تُستخدم أشكال مختلفة للشاشات، بما في ذلك الأسطوانية ^{[ 50 ]} والكروية ^{[ 49 ]} والبيضاوية. ويمكن عرض الصورة على جانب المشاهدة من شاشة العرض ، أو بدلاً من ذلك، يمكن "الإسقاط العكسي" على شاشة شفافة. ^{[ 51 ]} ولأن الشاشة أقرب بكثير من الأجسام خارج الطائرة، فإن أحدث أجهزة محاكاة الطيران تستخدم شاشات عرض متوازية عبر قمرة القيادة، مما يلغي تأثير اختلاف المنظر بين وجهتي نظر الطيارين، ويوفر رؤية أكثر واقعية للأجسام البعيدة. ^{[ 52 ]}

يُعدّ استخدام شاشة مثبتة على الرأس بديلاً لشاشات العرض الكبيرة . يتيح هذا الأسلوب مجال رؤية كاملاً، ويُصغّر حجم جهاز المحاكاة بشكل ملحوظ. توجد أمثلة على استخدامه في الأبحاث، ^{[ 43 ]} بالإضافة إلى أجهزة العرض ذات المجال البؤري الكامل المعتمدة . ^{[ 53 ]}

في البداية، استخدمت أنظمة الحركة محاور حركة منفصلة، ​​على غرار نظام جيمبال . بعد اختراع منصة ستيوارت ^{[ 57 ]} ، أصبح التشغيل المتزامن لجميع المحركات الخيار المفضل، حيث اشترطت بعض لوائح محاكاة الطيران الكامل (FFS) حركة "تآزرية" بست درجات حرية . ^{[ 58 ]} على عكس الطائرات الحقيقية، يتميز نظام الحركة المُحاكى بنطاق محدود للحركة. يؤثر ذلك بشكل خاص على القدرة على محاكاة التسارعات المستمرة، ويتطلب نموذجًا منفصلاً لتقريب الإشارات إلى الجهاز الدهليزي البشري ضمن القيود المحددة. ^{[ 24 ] : 451}

يُعد نظام الحركة عاملاً رئيسياً في التكلفة الإجمالية لأجهزة المحاكاة، ^{[ 24 ] : 423} ، إلا أن تقييم نقل المهارات بناءً على التدريب على جهاز المحاكاة وصولاً إلى قيادة طائرة حقيقية أمرٌ صعب، لا سيما فيما يتعلق بإشارات الحركة. يتطلب الأمر عينات كبيرة من آراء الطيارين، وغالباً ما تُطرح آراء شخصية، خاصةً من قِبل الطيارين غير المعتادين على إجراء تقييمات موضوعية والاستجابة لجدول اختبار مُنظّم. لسنوات عديدة، ساد الاعتقاد بأن محاكاة الحركة بست درجات حرية تُعطي الطيار دقةً أكبر في محاكاة عمليات التحكم في الطيران واستجابات الطائرة لمدخلات التحكم والقوى الخارجية، وتُحقق نتائج تدريبية أفضل للطلاب مقارنةً بالمحاكاة غير القائمة على الحركة. يُطلق على هذا "دقة التحكم"، والتي يُمكن تقييمها بمعايير رحلات الاختبار، مثل مقياس كوبر-هاربر العددي لجودة التحكم. أظهرت دراسات علمية حديثة أن استخدام تقنيات مثل الاهتزاز أو المقاعد الديناميكية داخل أجهزة محاكاة الطيران يُمكن أن يكون بنفس فعالية أجهزة محاكاة الطيران الكاملة بست درجات حرية الكبيرة والمكلفة في تقديم التدريب. ^{[ 59 ] [ 60 ]}

يُعدّ جهاز محاكاة الحركة العمودية (VMS) في مركز أبحاث ناسا أميس ، بمدينة ماونتن فيو بولاية كاليفورنيا ، أكبر جهاز محاكاة طيران في العالم . يتميز هذا الجهاز بنظام حركة واسع النطاق يصل مداه إلى 60 قدمًا (± 30  قدمًا) من الحركة العمودية (الرفع). يدعم نظام الرفع عارضة أفقية مثبت عليها  قضبان بطول 40 قدمًا، مما يسمح بحركة جانبية لكابينة المحاكاة بمقدار ± 20 قدمًا. تُثبّت منصة سداسية الأرجل تقليدية بست درجات حرية على العارضة  ، كما تُثبّت عليها كابينة قابلة للتبديل. يتيح هذا التصميم إمكانية التبديل السريع بين كبائن الطائرات المختلفة. وقد شملت عمليات المحاكاة مناطيد وطائرات تجارية وعسكرية، وصولًا إلى مكوك الفضاء. في حالة مكوك الفضاء، استُخدم جهاز محاكاة الحركة العمودية الضخم لدراسة ظاهرة التذبذب الطولي الناجم عن الطيار (PIO) التي حدثت في رحلة مبكرة للمكوك قبيل الهبوط. بعد تحديد المشكلة في نظام إدارة الفيديو، تم استخدامه لتجربة خوارزميات تحكم طولية مختلفة والتوصية بأفضلها للاستخدام في برنامج المكوك. ^{[ 61 ]}

تُصنّع شركتا AMST Systemtechnik GmbH (AMST) النمساوية وEnvironmental Tectonics Corporation (ETC) في فيلادلفيا بالولايات المتحدة الأمريكية، مجموعة من أجهزة المحاكاة لتدريب فقدان التوجيه، والتي تتميز بحرية حركة كاملة في الاتجاه الرأسي. يُعدّ جهاز محاكاة Desdemona في معهد TNO للأبحاث في هولندا، من إنتاج AMST، الأكثر تعقيدًا بين هذه الأجهزة. يتميز هذا الجهاز الكبير بقمرة قيادة دوارة مثبتة على هيكل يُضيف حركة رأسية. يُثبّت هذا الهيكل على قضبان متصلة بمنصة دوارة. تسمح هذه القضبان بوضع مقصورة المحاكاة على أنصاف أقطار مختلفة من مركز الدوران، مما يُتيح قدرة على تحمل تسارع الجاذبية الأرضية المستمر حتى حوالي 3.5. ^{[ 62 ] [ 63 ]}