Bien que nous utilisions les simulateurs de vol à titre ludique ou pour lutter contre la peur de prendre l’avion, le simulateur de vol est principalement utilisé pour trois fonctions premières : le simulateur d’étude, le simulateur de vol de formation, et l’utilisation de simulateur dans le cas d’accident. Passons en revue ces trois utilisations principales du simulateur de vol.

Le simulateur de vol pour l’étude. Dans ce cadre, l’simulateur de vol est un outil de prototypage à différents stades du développement d’un nouvel avion. Pour un même avion, il est souvent nécessaire de développer différents simulateurs. Par exemple : 1) pour l’évaluation du concept et le dimensionnement : le simulateur sera réduit à un cockpit à base fixe et où certains sous-systèmes seront non fonctionnels ; 2) pour la mise au point des calculateurs de bord : simulateur fréquemment à base fixe sans visuel extérieur élaboré ; 3) pour la préparation au premier vol : simulateur d’intégration avec mouvement et visuel extérieur où tous les systèmes sont représentés. C’est ce simulateur qui, une fois calibré sur l’avion réel, servira de référence pour les simulateurs de formation adaptés à ce modèle d’avion. Le simulateur est alors un outil d’études sur le comportement des pilotes, l’ergonomie ou plus généralement pour l’étude des facteurs humains.

Le simulateur de vol pour l’entraînement des pilotes. Contrairement à ce qu’on pourrait penser, le simulateur n’est pas utilisé pour l’apprentissage du pilotage mais pour des entraînements très spécifiques destinés à un personnel déjà pilote. L’objectif principal est pour l’élève d’acquérir la connaissance d’un nouvel avion, des procédures très strictes à suivre dans telle ou telle phase du vol et de vérifier la connaissance des consignes en cas de difficultés. Ces simulateurs sont classés en diverses catégories selon le type de formation auquel il s’applique. Pour que la formation suivie sur simulateur soit validée officiellement, le simulateur doit être « qualifié », par exemple par la DGAC en France ou la FAA aux États-Unis.

Le simulateur de vol pour les enquêtes sur les accidents. Les enquêteurs cherchent à reconstituer l’enchaînement des faits ayant conduit à un accident grâce aux enregistrements des boîtes noires. Le simulateur permet une approche qualitative de la situation à laquelle l’équipage s’est trouvé confronté et d’en tirer des enseignements pour l’amélioration éventuelle des interfaces ou des procédures. Le travail en simulateur de vol permet de reconstituer l’accident, de comprendre l’enchainement des faits qui ont conduit à l’accident et de pouvoir prendre des mesures correctives.

Compte-tenu de la difficulté du pilotage, on a eu recours assez rapidement à des « entraîneurs » qui étaient des simulateurs de vol 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 simulateur de vol 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 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.

La mise en œuvre de modèles de vol sur calculateurs, analogiques d’abord dès les années 1950 puis numériques, a donné aux simulateurs de vol 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 de vol, 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 de vol des images de synthèse 3D texturées.