| ... |
|
|
"Можно ли научиться летать, тренеруясь только на авиатренажерах?" Ковалов Петр
"Можно ли научиться летать, тренеруясь только на авиатренажерах?" Ковалов Петр
Люди начинали мечтать о полёте с древних времён первый кто осуществил свою мечту был мифический герой который слепил себе крылья из перьев и смолы, такие же крылья он слепил и своему сыну ,который вскоре ослушался отцовского наставления о том что бы не взлетать слишком высоко что бы смола не расплавилась от солнца. Кто-то скажет что у некоторых людей сформировалась фобия после этого мифа но люди все равно мечтали летать методом проб и ошибок мы всё же добились своего научились летать.
Но как быть новичкам в этом деле и если человек боится летать и опять человек придумал выход авиатренажёры
Для начала определимся что такое авиа тренажёр или авиа симулятор.
Авиасимуля́тор — жанр видеоигр симулирующий в той или иной степени какой-либо летательный аппарат. Симуляторы предназначенные для профессиональной подготовки лётчиков называются авиационными тренажерами.
Типы авиационных симуляторов:
1. Аркадные
Характерной особенностью, помимо упрощённой физики, является то, что управление рассчитано на использование Геймпада.
2.Реалистичные
Сделаны с предельной точностью моделей самолётов и их характеристик.
Физика и модель повреждений
Физика полёта учитывает множество различных параметров, так например в Ил-2 «Штурмовик» учитываются:
погодные условия
ветер
турбулентность
облака
осадки
слепящее солнце
аэродинамические эффекты
флаттер
штопор
перегрузка
гироскопический момент
реактивный момент воздушного винта
гироскопический эффект воздушного винта
перегрев двигателя
влияние тряски на перемещения головы пилота
возможность сломать шасси или разбиться при посадке
реалистичный вид из кресла пилота из которого видна кабина
реалистичные траектории при стрельбе и бомбометании
ограниченные боезапас и запас топлива
реалистичная система повреждений самолёта
Устройства управления
Джойстик
Полноценный джойстик
Для управление самолетом, при моделируемой в этих играх физике полёта, требуется джойстик. Для серьёзных игроков выпускаются комплекты из рукоятки управления самолётом (РУС)и рукоятки управления двигателем (РУД) - HOTAS. Для ещё большего погружения возможно использование напольных педалей управления рулём направления. При отсутствии педалей рысканье по курсу на некоторых джойстиках осуществляется поворотом РУС вокруг своей оси. Практически все джойстики имеют на РУС так называемую «хатку» (от английского «Point of View Hat») — восьмипозиционный переключатель, предназначенный для управления обзором, который сильно облегчает слежение за ситуацией в воздухе во время «собачьей свалки» — ближнего боя истребителей. Для управления тяжёлыми, а также многомоторными самолётами характерно использование штурвала, вместо РУС. РУД, в таком случае, выполняется в виде двух и более рычагов для удобного управления тягой и/или шагом винта разных двигателей. Как правило эти рычаги могут соединяться штифтом в одну рукоять для симуляции самолёта с одной РУД. Наиболее качественные комплекты из HOTAS и педалей производят фирмы CH, Thrustmaster, Logitech, Saitek. Также в особенно полных авиасимуляторах с кликабельной кабиной (например Falcon 4.0 или DCS Ka-50) очень часто используют устройство отслеживания движения головы NaturalPoint Track IR, позволяющее движением головы управлять взглядом виртуального пилота. Таким образом освобождается мышь для нажимания кнопок внутри кабины.
3.Профессиональные
Профессиональные симуляторы делятся на процедурные и комплексные.
Процедурные симуляторы:
Процедурный авиационный симулятор предназначен для профессиональной подготовки лётного состава. Это техническое средство обучения, позволяющее формировать навыки и умения, необходимые в реальных условиях деятельности лётчика и обладающее следующими основными свойствами:
— имитация отдельных фрагментов условий деятельности лётчика;
— возможность отработки отдельных операций и действий реальной деятельности лётчика;
— возможность объективного контроля результатов всех отрабатываемых на тренажере операций и действий со стороны инструктора.
Процедурные симуляторы обеспечивают обучение конкретным действиям, например, управлению полётом, двигателем и авиационными штатными системами, управлению радиоэлектронным оборудованием, боевому применению в ночных условиях и т. д. Как правило, в их состав входят дисплейные имитаторы приборных досок и имитаторы рычагов управления, которые по своим предельным перемещениям, характеристикам загрузки и тактильным ощущениям соответствуют реальным на всех этапах и режимах полета. Часть приборов, непосредственно относящихся к выполнению операции — реальная. Так же процедурные симуляторы могут использоваться для обучения персонала не связанного напрямую с управлением полётом. Например, симуляторы обучающие тех. персонал обслуживающий авиатранспорт, симуляторы передовых авиационных наводчиков, диспетчеров воздушного движения и т. д. Кроме того, процедурные авиасимуляторы иногда используются для обучения базовым навыкам управления самолётам в рамках лечения от авиафобии
В случае, если летательный аппарат эксплуатируется экипажем из двух и более человек, их рабочие места аппаратно реализуются изолированно и соединяются в сеть на уровне программного обеспечения, что позволяет как отрабатывать взаимодействие членов экипажа, так и проводить обучение каждого члена экипажа по отдельности.
Комплексные симуляторы:
Комплексный авиационный симулятор реализует обучение аналогично процедурному симулятору, но на более совершенном уровне и обладает следующими основными свойствами:
— максимальное приближение условий деятельности лётчика к условиям реальной деятельности в полете;
— обеспечение отработки на имитаторе в целом всех задач реальной деятельности лётчика, которую он осуществляет в полёте;
— обеспечение возможности объективного контроля результатов всех отрабатываемых на комплексном симуляторе задач в целом.
Комплексный симулятор является самым высоким уровнем технических средств обучения для подготовки летного состава, а также эффективным средством поддержания натренированности пилотов. Комплексный симулятор имеет реальный интерьер кабины и обладает возможностью отработки всех без исключения режимов эксплуатации летательного аппарата. Симуляторы самого высокого квалификационного уровня обладают полным набором средств, обеспечивающих адекватное воздействие на все каналы восприятия обучающегося.
Так же существует и Симулятор полета беспилотного летательного аппарата
Летные испытания – один из самых дорогостоящих моментов в развитие БПЛА. Как правило, БПЛА является весьма высоко-бюджетным устройством с дорогой полезной нагрузкой, и после крушения, обычно только незначительная часть разбитого БПЛА, может быть использована для следующих научных исследований. Одно из решений, свести к минимуму затраты, использование Симулятора Полета (INDELA-HIL). Использование симулятора INDELA-HIL в развитии БПЛА позволяет разработчикам, проверить много аспектов работы автопилота INDELA-AP5, находя проблему, совершенствуя программируемое оборудование, проверяя надежность, параметр системы точной настройки, и многое другое. Все это производится без риска для модели и полезной нагрузки. У симулятора INDELA-HIL также есть потенциал для дешевого обучения операторов БПЛА.
А теперь рассмотрим профессиональные симуляторы:
Авиационный (пилотажный) тренажер — это имитатор полета, предназначенный для наземной подготовки пилотов. В авиационном тренажере имитируется динамика полета и работа систем летательного аппарата (ЛА) с помощью специальных моделей, реализованных в программном обеспечении вычислительного комплекса тренажера.
Авиационные тренажеры получили большое распространение и в военной и в гражданской авиации по двум причинам. Во-первых, авиационный тренажер позволяет сделать подготовку пилотов абсолютно безопасной, т.к. подготовка пилотов в реальном полете всегда связана с повышенным риском. Кроме этого тренажер позволяет сделать безопасной отработку нештатных ситуаций, некоторые из которых либо крайне опасны для отработки в реальном полете, либо вообще их отработка в реальном полете запрещена законодательно. Во-вторых, авиационный тренажер позволяет сэкономить значительные финансовые средства на летной подготовке экипажей в виду того, что стоимость эксплуатации реального ЛА кратно превосходит стоимость эксплуатации тренажера (несмотря на высокую стоимость современных тренажеров приближающуюся к стоимости самого ЛА). Также особую ценность авиационные тренажеры представляют в военной авиации. Они позволяют практически без ограничений имитировать реальную боевую обстановку, которую крайне затруднительно сымитировать в мирное время в ходе учений.
Сейчас можно констатировать, что тренажеры гражданских ЛА имеют более высокий уровень совершенства, чем военных ЛА в виду действия в гражданской авиации жестких стандартов JAR-FSTD и ICAO 9625, подробно определяющих соответствие тренажерной модели реальному ЛА. Тренажеры, сертифицированные по самому высокому уровню(Level D по JAR-FSTD или Level VII по ICAO 9625), имеют такой высокий уровень подобия, что позволяют выпускать правых пилотов по завершению курса тренажерной переподготовки на новый тип ЛА сразу в коммерческий полет без выполнения вывозной программы на ЛА.
Авиационные тренажеры можно разделить на четыре основные группы:
Full Mission Simulator (FMS)
Full Flight Simulator (FFS)
Flight Training Device (FTD)
Flight Procedures Training Device (FPTD)
В современной практике подготовки пилотов гражданской авиации наибольшее распространение получили комплексные тренажеры (FFS) и процедурные тренажеры (FPTD)
Процедурные тренажеры
Процедурные тренажеры (Flight Procedures Training Device) предназначены для отработки экипажем процедур подготовки и выполнения полета.
В тренажерах такого назначения пульты, приборы и органы управления обычно имитируется с помощью сенсорных мониторов. Для удобства отдельные пульты и органы управления могут быть представлены в виде полноразмерных макетов. В представленном на рисунке варианте процедурного тренажера установлен имитатор козырька приборной доски пилотов, состоящий из пульта управления автопилотом и пультов сигнализации и приоритета. Также на тренажере установлены имитаторы лицевых панелей вычислительной системы самолетовождения.
Процедурные тренажеры не предназначены для приобретения навыков пилотирования. Поэтому они обычно не оборудуются системой визуализации.
Комплексные тренажеры
Комплексный тренажер
Комплексными тренажерами называют тренажеры, оборудованными системой подвижности. Это тренажеры самого высокого уровня. Кабина комплексного тренажера выполняется в виде полной реплики реальной кабины летательного аппарата (ЛА). На комплексные тренажеры устанавливаются передовые системы визуализации.
Система визуализации
Угол ошибки линии визирования проекционной системы
Коллимационная оптическая система
Коллимационная система визуализации
Современные системы визуализации бывают двух типов — проекционные и коллимационные. В системах визуализации обоих типов изображение проецируется с помощью проекторов на сферических или цилиндрических экранах. Проецирование изображения на экранах, расположенных в непосредственной близости от кабины тренажера приводит к тому, что линия визирования удаленных проецируемых объектов зависит от положения глаз пилотов. Угол этой ошибки – параллакс - можно оценить формулой
, где
D — расстояние от головы пилота до центра настройки системы визуализации,
L — расстояние от центра настройки системы визуализации до экрана.
Так при D=1м и L=3м для показанного на рисунке случая, то есть при настройке системы визуализации на левого пилота, параллакс равен 18 градусам.
Стандарт ИКАО 9625 требует значение параллакса не более 10 градусов для каждого пилота при настройке системы визуализации на срединную точку между пилотами. Для указанного на рисунке случая при D=0,5м, параллакс относительно срединной точки равен 9 градусам.
Наличие параллакса - недостаток свойственный именно проекционным системам визуализации. В кабине тренажера с проекционной системой визуализации существует только одна точка, в которой параллакс равен нулю. При проектировании системы визуализации за эту точку принимают место пилотирующего пилота. Так как в двучленном экипаже пилотирующим может быть как левый, так и правый пилот, то в этом случае в системе визуализации предусматривают две точки нулевой ошибки с возможностью переключения с одного места на другое.
Несмотря на недостатки, свойственные проекционной системе визуализации, реалистичность имитации внешней визуальной обстановки у нее может быть достаточно высокой. Смотрите пример работы проекционной системы визуализации на опытном тренажере FTD Level V (Level V по ICAO 9625) российского самолета Сухой Суперджет-100.
Причиной параллакса является близко расположенный экран, а также свойство света рассеиваться при отражении от негладкой поверхности экрана. Но, если идущий от проекторов свет коллимировать, т.е. проецировать таким образом, чтобы лучи света визуализируемого объекта были параллельны друг другу, то явление параллакса будет устранено. На этом принципе основана работа коллимационной системы визуализации. В коллимационной системе свет от проекторов пропускают через специальную оптическую систему – через экран обратной проекции на сферическое зеркало. Таким образом создается иллюзия объектов удаленных на большое расстояние.
Стоимость коллимационной системы визуализации превышает 1 млн.$, но только она позволяет отрабатывать на тренажере навыки визуальной посадки. Коллимационные системы устанавливаются на комплексные тренажеры FFS и тренажерыFTD Level 2 (Level 2 по JAR-FSTD).
Важным элементом системы визуализации является видеопроекторы. В современных тренажерах применяются DLP-проекторы. В комплексных тренажерах - более совершенные LCOS-проекторы или LED-проекторы.
Производителями широкоэкранных коллимационных систем визуализации являются:
Компания Barco, Бельгия
Компания Glass Mountain Optics, Inc., США
Компания FlightSafety International Inc., США
Компания Redifun Simulation Inc., США
Компания Rockwell Collins, Англия
Компания CAE, Канада
Система подвижности
Шестистепенной динамический стенд
Система подвижности приводит кабину тренажера в движение, что позволяет пилотам ощущать созданную им нормальную, продольную и боковуюперегрузку и угловые ускорения по всем трем осям. В виду ограниченности хода платформы имитация перегрузки выполняется только кратковременно, но это считается достаточным, так как ключевой информацией для пилота является изменение перегрузки, вызванное управлением, а не само значение перегрузки.
При разработке математического закона движения платформы тренажера моделируемое на тренажере уравнение движения ЛА с помощью методовгармонического анализа раскладывают в ряд гармонических колебаний - гармоник. Первые гармоники – гармоники самой малой частоты вносят наибольший вклад в перемещение самолета. При этом человек именно к этим длиннопериодическим колебаниям наименее чувствителен. Так, если медленно увеличивать перегрузку до небольших значений, то человек в положении сидя может даже не почувствовать ее изменения. Высшие гармоники с ростом частоты вносят все меньший вклад в движение и они все более чувствительны для человека. Поэтому низшие гармоники подавляют, используя фильтр нижних частот.
Помимо кратковременной имитации перегрузки существует также возможность и долговременной имитации перегрузки. Наиболее простым и широко используемым способом имитации длительной перегрузки является использование горизонтальной составляющей силы тяжести для имитации продольной и боковой перегрузки путем соответствующего наклона платформы. Для того, чтобы добиться этого эффекта, при формирования закона движения платформы уравнение движения ЛА пропускают через фильтр верхних частот, который подавляет высшие гармоники.
Другим способом имитации долговременной перегрузки является установка кабины тренажера на центрифуге. Однако, тренажеры на центрифуге в виду дороговизны не получили широкого распространения и используются только в развитых странах для подготовки летчиков-истребителей и космонавтов (см. основную статью High-G training)
График движения платформы
Динамика движения платформы тренажера продемонстрирована на графике. На графике видно, что система подвижности имитирует перегрузку на небольшом участке времени (меньше секунды), на котором ускорение разгона платформы достигает ускорения моделируемого ЛА. Далее в связи с ограниченностью рабочего хода платформы, она тормозится и возвращается в нейтральное положение. При этом, торможение и возврат платформы осуществляется с ускорением ниже порога восприятия человека.
Системы подвижности подразделяются по типу силового привода на гидравлические, электрические, электрогидравлические и электропневматические.
В практике наибольшее распространение получили гидравлические системы подвижности в виду того, что для перемещения платформы необходимо развивать на приводе большое усилие, превышающее 10тc. Однако гидравлические системы подвижности имеют высокую стоимость эксплуатации, связанную, прежде всего, с высоким энергопотреблением (порядка 100кВА). Кроме этого, гидронасосная станция требует отдельного помещения для организации теплоотвода, шумо- и виброизоляции. Также повышенного внимания при эксплуатации требуют агрегаты под давлением.
На смену гидравлическим системам подвижности приходят электрические системы подвижности. Они потребляют в 4-5 раз меньше электроэнергии и практически бесшумны. Однако, они заметно уступают гидравлическим системам по плавности хода, несмотря на то, что успешно проходят сертификацию по международным нормам.
Компания Thales T&S вышла на рынок с компромиссным решением – электрогидравлической системой подвижности, использующей в своей основе принцип работы самолетных автономных рулевых машин (АРМ). Силовые приводы электрогидравлической системы являются также гидравлическими, как и приводы гидравлической системы подвижности, но в электрогидравлической системе иначе организовано гидропитание приводов. Если в гидравлической системе подвижности гидропитание осуществляется централизованно от одной насосной станции, находящейся на удалении от тренажера, то в электрогидравлической системе каждый гидропривод имеет индивидуальный гидронасос с приводом от электромотора и они располагаются непосредственно у гидроприводов. Это и ряд других технических решений позволило компании TT&S осуществить "гидравлическую компенсацию веса тренажера", что обеспечило электрогидравлической системе преимущество электрической системы подвижности – низкое энергопотребление; при этом ей оказался не свойственен недостаток электрической системы подвижности – она обладает достаточной плавностью хода.
Электрогидравлическая система подвижности производства TT&S установлена на комплексном тренажере самолета Сухой Суперджет-100.
На рынке также представлена электропневматическая система подвижности, в которой реализована концепция пневматической компенсации веса тренажера.Электропневматическая система подвижности производства MOOG установлена на комплексном тренажере самолета Ан-148.
Производителями систем подвижности, позволяющих сертифицировать тренажер по высшему уровню ICAO и JAR-FSTD, являются компании:
Компания Moog Голландия
Компания Bosch Rexroth AG, Голландия
Компания CAE Канада
Компания Thales T&S Англия
Групповые тренажеры
Если тренажеры гражданских самолетов практически достигли потолка своего развития для современного уровня элементной базы, то Групповые тренажеры (Full Mission Simulator) продолжают иметь практически неограниченные возможности для своего совершенствования. Групповые тренажеры предназначены для отработки групповых боевых действий. Они объединены в единую сеть с помощью интерфейса HLA, который позволяет объединять разнородные тренажеры - авиационные, танковые, артиллеристcкие и др. Об особенностях и перспективах групповых тренажеров смотрите видеосюжет Пилотажный тренажер
сертификация
Правом сертификации авиационных тренажеров в России обладает Минтранс в лице Росавиации и Ространснадзора. Минтранс также признает право на подготовку документов для сертификации организациями Центр экспертизы и сертификации авиационных тренажеров при ЦАГИ и ГосНИИ ГА. Однако Минтранс может сертифицировать авиационные тренажеры только по устаревшим «Нормам годности авиационных тренажеров для подготовки авиационного персонала воздушного транспорта», утвержденные росавиацией 15.05.98г. с Дополнением № 1 от 18.07.2000г. Минтранс не может ввести в России современные международные нормы в виду того, что большинство тренажеров, действующих в России, не смогут пройти сертификацию по международным нормам. Это связано с тем, что отечественные тренажеры проходят проверку и сертифицируются в основном по субъективной оценке летчиков-экспертов. В то время как зарубежные нормы требуют, прежде всего, прохождения объективных тестов со строго определенными жесткими допусками.
На смену отечественным Нормам годности готовятся к выпуску новые нормы годности, гармонизированные с международным стандартом ИКАО 9625.
Имеющийся правовой вакуум в сертификации авиационных тренажеров в России помимо указанного стандарта ИКАО 9625 заполняют европейский стандарт JAR-FSTD организации EASA, и американский стандарт 14 CFR Part 60 организации FAA.
Кроме основных стандартов, в которых представлены сертификационные требования к тренажерам, широко используется также следующие документы:
"Требования к данным конструкции и к данным характеристик авиационных тренажеров" организации IATA. В этом документе определены требования к пакету данных по конструкции ЛА, необходимые для создания современного тренажера.
"Справочник по оценке самолетных тренажеров" организации RAeS. В этом документе представлены методики выполнения объективных тестов.
Так же при разработке тренажеров применяются стандарты организации ARINC:
ARINC 610B - Руководство по применению в тренажерах авионического оборудования и программного обеспечения
ARINC 436 - Руководство по разработке электронного Руководства по квалификационным испытаниям тренажера.
Правом сертификации тренажеров обладает английское авиационное общество RAeS.
В России до сих пор не было произведено тренажера, сертифицированного по высшему уровню международного стандарта (сертификат EASA, FAA). Первую сертификацию тренажера, изготовленного отечественной компанией по высшему уровню международного стандарта, можно будет полагать моментом выхода отечественного тренажеростроения на мировой уровень.
На постсоветском пространстве наиболее близко к сертификации по высшему международному уровню подошли на Украине в КБ Антонова, сертифицировав тренажер самолета Ан-148 по национальным нормам, гармонизированным с международными нормами.
В наше время прогресса мы уверенно можем сказать что благодаря новым технологиям мы можем научиться летать не отрываясь от земли.
|
| Категория: Девятая олимпиада (2011/12 уч.год) | Добавил: Service (15.01.2012)
| Автор: Ковалов Петр W
|
| Просмотров: 4790
| Рейтинг: 1.0/1 |
|
|
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи. [ Регистрация | Вход ] |
| ... |
|
| ВНИМАНИЕ! | ПРИЁМ ЗАЯВОК НА УЧАСТИЕ
В 21-й ОЛИМПИАДЕ ЗАКРЫТ!
ТЕСТИРОВАНИЕ ЗАВЕРШЕНО!
ПРИЁМ РАБОТ ЗАКРЫТ! |
| Наш логотип |
|
| QR-код сайта |
|
| Организатор |
|
|
