Авиационный тренажёр

Информацию об игровых авиатренажерах смотрите в статье Авиасимулятор.

Авиационный тренажер (Flight Simulator) — это имитатор полета, предназначенный для наземной подготовки пилотов. В авиационном тренажере имитируется динамика полета и работа самолетных систем и двигателей с помощью специальных моделей, реализованных в программном обеспечении вычислительного комплекса тренажера.

Авиационные (пилотажные) тренажеры получили большое распространение и в военной и в гражданской авиации. В военной авиации основная ценность тренажера состоит в том, что он позволяет практически без ограничений сымитировать реальную боевую обстановку, которую крайне затруднительно сыимтировать в мирное время в ходе учений. В гражданской авиации основная ценность тренажерной подготовки пилотов заключена в том, что она позволяет авиакомпаниям сэкономить значительные деньги на летной подготовке экипажей. Кроме этого тренажер является единственным местом, в котором пилот может отработать навыки действий при разнообразных нештатных ситуациях.

В настоящее время можно констатировать, что тренажеры гражданских самолетов имеют более высокий уровень совершенства, чем военных самолетов в виду действия в гражданской авиации жестких стандартов JAR-FSTD и ICAO 9625, подробно определяющих соответствие тренажерной модели реальному самолету. 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 самолета сразу в коммерческий полет без выполнения вывозной программы на самолете.

Согласно стандарта JAR-FSTD авиационные тренажеры подразделяют на четыре группы:

• Full Flight Simulator (FFS).
• Flight Training Device (FTD).
• Flight and Navigation Procedures Trainer (FNPT).
• Basic Instrument Training Device (BITD).

Также в стандарте ICAO 9625 в отдельную группу выделяют тренажеры Flight Procedures Training Device (FPTD). По стандарту JAR-FSTD A они соответствуют уровню FTD Level 1.

В современной практике подготовки пилотов наибольшее распространение получили комплексные тренажеры (FFS) и процедурные тренажеры (FPTD).

Процедурные тренажеры

Файл:Procedures-Trainer.png

Процедурный тренажер

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 полетом (Flight Control Panel) и пультов сигнализации и приоритета. Также на тренажере установлены имитаторы лицевых панелей вычислительной системы самолетовождения (Flight Management System).

Процедурные тренажеры не предназначены для приобретения навыков пилотирования. Поэтому они обычно не оборудуются системой визуализации.

С характеристиками современного процедурного тренажера можно ознакомиться, например, в этой презентации тренажера (англ.)

Комплексные тренажеры

Комплексный тренажер

Комплексными тренажерами (Full Flight Simulator) 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.

С характеристиками современного комплексного тренажера можно ознакомиться в этой презентации тренажера (англ.)

Система визуализации

Угол ошибки линии визирования проекционной системы

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. Приближенно угол этой ошибки можно оценить формулой

$\varphi \approx 2\mathrm {arctg} \,({\frac {l}{2R}})$ , где

l — амплитуда бокового движения головы пилота,

R — расстояние от головы пилота до экрана.

Так при l =0.5 м и R =3 м угол $\varphi \approx 9.5^{\circ }$.

Для показанного на рисунке случая при расстоянии между пилотами l =2 м угол ошибки будет равен $\varphi \approx 37^{\circ }$.

Коллимационная система визуализации

Именно таким недостатком обладают проекционные системы визуализации. В кабине тренажера с проекционной системой визуализации существует только одна точка, в которой эта ошибка равна 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.

Для полного снятия ограничений проекционных систем визуализации была разработана коллимационная система визуализации (см. статью Collimated light). Если в проекционной системе визуализации лучи света каждой точки проецируемого объекта равномерно расходятся с экрана во все стороны, то в коллимационной системе визуализации лучи света от всех точек визуализируемого удаленного объекта параллельны друг другу, так же как это имеет место в реальности.

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 тренажеры FTD Level 2 (Level 2 по JAR-FSTD).

Ведущей компанией среди производителей коллимационных систем визуализации является американская компания Rockwell Collins. Она является монопольным поставщиком ключевого элемента коллимационной системы визуализации - сферической зеркальной пленки.

Стандартный рулон зеркальной пленки очень дорог и его закупку может себе позволить только такой крупный производитель тренажеров как CAE. В связи с этим производителями широкоэкранных коллимационных систем визуализации являются только Rockwell Collins и CAE.

Система подвижности

Подвижная платформа

Система подвижности дает пилотам ощущения движения возникающие при ускорении самолета или изменении его углового положения, тем самым осуществляет динамическую имитацию полета. Длительно действующая продольная и боковая перегрузка имитируется путем наклона платформы тренажера в противоположном направлении вектору перегрузки.

Система подвижности также имитирует кратковременно продольную, боковую и нормальную перегрузки путем линейных перемещений по соответствующим направлениям, а также угловые ускорения по всем трем осям.

Кроме этого система подвижности воспроизводит тряски и удары, возникающие от неровностей и стыков плит при движении самолета по ВПП, в момент касания ВПП при посадке, при полете в возмущенной атмосфере, а также вибрацию, идущую от двигателей или несущего винта и от аэродинамических эффектов обтекания ЛА.

Динамика движения платформы для имитации кратковременно действующей перегрузки или углового ускорения продемонстрирована на графике. На графике видно, что система подвижности имитирует перегрузку на небольшом участке времени (меньше секунды),на котором ускорение разгона платформы достигает значения выше порога восприятия ускорения человеком. Далее в связи с ограниченностью рабочего хода платформы, она тормозится и возвращается в нейтральное положение. Торможение и возврат платфоры осуществляется с ускорениями, которые должны быть ниже порога восприятия. Описанный цикл движения платформы формируетя в направлениях соответствующих вектору перегрузки и вектору углового ускорения самолета.

Таким образом, система подвижности позволяет пилотам кратковременно ощутить созданную им нормальную перегрузку, а также быстро изменяющуюся продолную, боковую перегрузку и угловые ускорения. Это является достаточным для акселерационного (силового) воздействия на пилота для имитации ощущения реального полета, поскольку при пилотировании ключевой информацией явлется изменение перегрузки вызванное управлением, а не само значение перегрузки.

График движения платформы

Так при выполнении самолетом установившегося разворота с креном 45° (предельного из условий безопасности для пассажирского самолета) нормальная перегрузка должна быть равна 1,4g. Недостаток перегрузки в 0,4g в положении сидя практически незаметен.

Работу системы подвижности в действии можно посмотреть в видеоролике на сайте компании Sim Industries.

Невозможность создания на тренажере долговременной нормальной перегрузки является допустимым для подготовки пилотов неманевренных самолетов. Однако для подготовки пилотов маневренных самолетов это является неприемлемым. Поэтому для имитации перегрузки используются специальные перегрузочные костюмы. При создании перегрузки в эти костюмы подается сжатый воздух, который сковывает движения пилота и затрудняет его дыхание.

Кроме этого существуют экспериментальные тренажеры на центрифуге, которые могут имитировать длительную долговременную перегрузку. Смотрите такой экспериментальный проект Desdemona.

Сертификация

В настоящее время определен единый международный стандарт, в котором определены квалификационные требования к пилотажным тренажерам — это стандарт ICAO 9625. Однако по-прежнему широкое применение находят региональные стандарты. В Европе действует стандарт JAR-FSTD, который ныне контролирует организация EASA. В Америке — стандарт FAR Part 60 организации FAA.

В России Приказом Министра транспорта одобрен для применения стандарт ICAO 9625.

Однако в настоящее время эксплуатируемые российскими авиакомпаниями тренажеры продолжают сертифицироваться по JAR-FSTD. Процедурные тренажеры сертифицируются по уровню FTD1 этого стандарта. Комплексные тренажеры — по уровню FFS Level D.

В будущем сертификация тренажеров будет производиться только по ICAO 9625.

Кроме основных стандартов, в которых представлены сертификационные требования к тренажерам, существует также документ IATA «Требования к данным конструкции авиационных средств обучения и к данным характеристик». В этом документе определены требования к данным по конструкции ЛА, необходимые для создания современного тренажера.

Правом сертификации тренажеров обладает английское авиационное общество RAeS.

Производители тренажеров

• Канадская компания CAE
• Англо-французская компания Thales Training&Simulation Limited
• Американская компания FlightSafety International Inc.
• Американская компания Frasca International Inc.
• Американская корпорация Opinicus Corporation
• Российская компания «Транзас авиация» г. Санкт-Петербург
• Российская компания ЦНТУ «Динамика» г. Жуковский подробнее>>
• Российская компания «Кронштадт» г. Москва
• Российская компания «Фирма"НИТА"» г. Санкт-Петербург
• Российская компания «Flight Studio Technology» г. Санкт-Петербург
• «Пензенское конструкторское бюро моделирования»
• Украинская компания «Маркет-МАТС» г. Львов
• Украинская компания "Линкстар" г. Киев
• Канадская компания Mechtronix
• Голландская компания Sim Industries
• Французская компания EcaFaros

См. также

Flight simulator

Full flight simulator

Collimated light

Платформа Гью — Стюарта

Acceleration onset cueing