Letecký simulátor

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 18. listopadu 2018; kontroly vyžadují 18 úprav .

Letecký (letecký) simulátor  je letecký simulátor určený pro pozemní výcvik pilotů. V leteckém simulátoru je simulována dynamika letu a provoz leteckých (AC) systémů pomocí hardwarově-softwarového komplexu pomocí speciálních modelů implementovaných v softwaru počítačového komplexu simulátoru.

Výcvik pilotů

Výcvik pilotů na leteckém simulátoru je jedním z nejdůležitějších prvků zajištění bezpečného provozu letadla . Umožňuje minimalizovat negativní dopad tzv. lidský faktor , to znamená, že umožňuje minimalizovat možnost chybného jednání posádky letadla. Význam výcviku na simulátoru má trvale rostoucí tendenci vzhledem k tomu, že hlavní příčinou leteckých nehod je i nadále lidský faktor . [1] Rychlý růst výpočetního výkonu počítačů navíc umožnil dovést moderní letecké simulátory na takovou úroveň rozvoje, že výcvik pilotů na simulátorech se stal efektivnější než výcvik na skutečném letadle. Taková účinnost leteckých simulátorů je dána jejich schopností poskytovat vysoce intenzivní výcvik. Pokud je tedy posádka při skutečném letu nucena věnovat značný čas provádění rutinních operací, které nesouvisejí s plněním konkrétních výcvikových úkolů, například provádění dlouhých „letů v boxu“, stoupání, vlétání do zóny atd. , pak má simulátor speciální software Software umožňuje okamžitě změnit letové podmínky, počasí, geografickou polohu, zastavit provádění úkolu pro analýzu a opakování atd. Na simulátoru si také můžete procvičovat akce v nouzových situacích bez omezení , z nichž některé jsou buď nebezpečné pro nácvik v reálném letu, nebo je obecně jejich testování v reálném letu zakázáno. Výcvik pilotů na leteckých simulátorech je navíc přínosný i z ekonomického hlediska (i přes vysokou cenu moderních simulátorů, blížící se ceně samotného letadla).

Navzdory tomu, že potřeba výcviku na simulátoru je všeobecně uznávána, nese s sebou potenciální nebezpečí spojené s možností vštěpování falešných dovedností z důvodu nedostatečné adekvátnosti modelů VS. Příkladem vštěpování falešné dovednosti na simulátoru, která vedla k letecké havárii, je havárie parníku A300 v New Yorku . Jak ukázalo vyšetřování této katastrofy, [2] pilot této aerolinky předvedl na simulátoru energickou práci s pedály kormidla , která ve skutečném letu při vstupu do zóny turbulence vedla k rozkmitání letadla po vybočení a následně oddělení svislé ocasní plochy od trupu. Takové akce na simulátoru přitom nevedly k tomu, že by letadlo překročilo provozní limity.

Aby se vyloučila možnost vštěpování falešných dovedností do světové praxe v posledních několika desetiletích, byly vypracovány speciální podrobné normy, které upravují proces vytváření a kvalifikace simulátorů. Nyní mají simulátory certifikované podle nejvyšší úrovně mezinárodních standardů (Úroveň D podle JAR-FSTD nebo Úroveň VII podle ICAO 9625) tak vysokou míru imitace skutečného letu, že umožňují propuštění pravorukých pilotů po absolvování průběh přeškolení na simulátoru na nový typ letadla okamžitě do obchodního letu bez provádění exportního programu na letadle.

Moderní letecké simulátory se používají i pro výzkumné účely, např. pro vypracování akcí posádky při překročení provozních limitů (výstup při vysokých úhlech náběhu , výjezd z obtížných prostorových pozic atd.). [3]

Ve vojenském letectví mají letecké simulátory zvláštní význam, protože umožňují prakticky neomezenou simulaci skutečné bojové situace, kterou lze v době míru při cvičení nasimulovat jen velmi obtížně.

Předpokládá se, že pro normální výcvikový proces pilotů je zapotřebí alespoň jeden letecký simulátor pro 20 letadel. V současné době je však v Rusku v provozu jen asi deset moderních simulátorů. [4] Z důvodu prudkého nárůstu nehodovosti v ruském letectví [5] v důsledku nedostatečného výcviku posádek se Federální agentura pro leteckou dopravu pokusila situaci zlepšit zakoupením řady leteckých simulátorů. [6]

Klasifikace

Letecké simulátory lze rozdělit do tří hlavních skupin:

V moderní praxi výcviku pilotů v civilním letectví se nejvíce používají komplexní a procedurální simulátory.

Ve vojenském letectví se tzv. technické výcvikové prostředky (TSA) - komplexní, letové a specializované (procedurální) letové simulátory letových posádek, které zajišťují získání speciálních znalostí letovými posádkami a formování (udržování) jejich dovedností a schopností v technice pilotáže, navigaci letadel, bojovém použití simulovaného leteckého vybavení (AT), akce ve speciálních situacích a také kontrola úrovně získaných dovedností a schopností. TCO zahrnuje i další technické prostředky, které zajišťují získání speciálních znalostí a formování dovedností a schopností nezbytných pro provoz AT [7] .

Procedurální simulátory

Zařízení pro výcvik letových postupů jsou určena pro posádku, aby si vypracovala postupy pro přípravu a provedení letu.

V simulátorech pro tento účel jsou konzoly, nástroje a ovládací prvky obvykle simulovány pomocí dotykových monitorů. Pro pohodlí mohou být jednotlivé konzoly a ovládací prvky prezentovány jako rozvržení v plné velikosti. Obvykle se jedná o simulátory bočních ovládacích pák letadla , simulátory ovládacího panelu autopilota , simulátory předních panelů navigačního systému letadla . [osm]

Simulátory postupů nejsou určeny k získání pilotních dovedností. Obvykle proto nejsou vybaveny zobrazovacím systémem.

Komplexní simulátory

V souladu s definicí uvedenou ve Federálních leteckých pravidlech „Certifikace technických prostředků výcviku leteckého personálu“ se pod komplexními simulátory ( Full flight simulator ) rozumí letecké simulátory, které zajišťují výcvik posádek v plném rozsahu jejich funkčních povinností pro letový provoz letadla určitého typu.

Komplexní simulátory jsou simulátory nejvyšší úrovně. Zpravidla mají systém mobility. Kokpit integrovaného simulátoru je vyroben ve formě kompletní repliky skutečného kokpitu letadla. Na komplexních simulátorech jsou instalovány pokročilé vizualizační systémy. [9]

Vizualizační systém

Moderní zobrazovací systémy jsou dvojího typu – projekční a kolimační. Ve vizualizačních systémech obou typů je obraz promítán pomocí projektorů na sférická nebo válcová plátna. Promítání obrazu na obrazovky umístěné v bezprostřední blízkosti kokpitu simulátoru vede k tomu, že přímka viditelnosti vzdálených promítaných objektů závisí na poloze očí pilotů. Úhel této chyby - paralaxy  - lze odhadnout podle vzorce

, kde
D  je vzdálenost od hlavy pilota k centru nastavení vizualizačního systému,
L  je vzdálenost od centra nastavení vizualizačního systému k obrazovce.

Takže při D = 1 ma L = 3 m pro případ znázorněný na obrázku, to znamená, když je vizualizační systém nastaven na levého pilota, je paralaxa 18 stupňů.

Norma ICAO 9625 vyžaduje hodnotu paralaxy ne větší než 10 stupňů pro každého pilota při nastavení zobrazovacího systému na střed mezi piloty. V případě znázorněném na obrázku při D = 0,5 m je paralaxa vzhledem ke středu 9 stupňů.

Přítomnost paralaxy je nevýhodou vlastní projekčním zobrazovacím systémům. V kokpitu simulátoru s projekčním vizualizačním systémem je pouze jeden bod, ve kterém je paralaxa rovna nule. Při návrhu zobrazovacího systému se tento bod bere jako poloha pilota. Jelikož ve dvoučlenné posádce může pilotovat levý i pravý pilot, poskytuje vizualizační systém v tomto případě dva nulové chybové body s možností přepnutí z jednoho místa na druhé.

Paralaxa je způsobena blízko umístěnou obrazovkou a také vlastností světla rozptylovat se při odrazu od hrubého povrchu obrazovky. Pokud je ale světlo vycházející z projektorů kolimováno , to znamená promítáno tak, že světelné paprsky renderovaného objektu jsou vzájemně rovnoběžné, pak bude jev paralaxy eliminován. Na tomto principu je založen provoz kolimačního zobrazovacího systému. V kolimačním systému prochází světlo z projektorů speciálním optickým systémem - přes zadní projekční plátno na sférické zrcadlo . Vzniká tak iluze objektů vzdálených na velkou vzdálenost.

Náklady na kolimační zobrazovací systém přesahují 1 milion dolarů, ale pouze on vám umožní procvičit vizuální přistávací dovednosti na simulátoru. Na simulátorech komplexu FFS a simulátorech FTD Level 2 (Level 2 podle JAR-FSTD) jsou instalovány kolimační systémy .

Videoprojektory jsou důležitým prvkem vizualizačního systému. Moderní simulátory využívají DLP projektory . Ve složitých simulátorech - pokročilejší LCOS projektory nebo DLP projektory s LED diodami .

Mobilní systém

Systém mobility uvádí kabinu simulátoru do pohybu, což umožňuje pilotům cítit normální, podélné a příčné g -síly a úhlové zrychlení, které vytváří ve všech třech osách. [10] Vzhledem k omezenému pojezdu plošiny je simulace G prováděna pouze krátce, ale to je považováno za dostatečné, protože klíčovou informací pro pilota je změna G způsobená řízením, nikoli samotná hodnota G.

Při vývoji matematického zákona o pohybu platformy simulátoru je pohybová rovnice letadla modelovaného na simulátoru rozložena na řadu harmonických kmitů  - harmonických pomocí metod harmonické analýzy . První harmonické jsou harmonické s nejnižší frekvencí, které nejvíce přispívají k pohybu letadla. Zároveň je člověk na tyto dlouhodobé oscilace nejméně citlivý . Pokud tedy přetížení pomalu zvyšujete na malé hodnoty, pak člověk v sedě nemusí jeho změnu ani pocítit. Vyšší harmonické přispívají k pohybu s rostoucí frekvencí stále méně a jsou stále citlivější na člověka. Proto jsou nižší harmonické potlačeny pomocí horní propusti .

Kromě simulace krátkodobého přetížení existuje také možnost simulace dlouhodobého přetížení. Nejjednodušším a nejpoužívanějším způsobem simulace dlouhodobého přetížení je využití horizontální složky gravitace k simulaci podélného a bočního přetížení vhodným nakloněním plošiny. Aby bylo dosaženo tohoto efektu, je při vytváření zákonu pohybu plošiny pohybová rovnice letadla vedena přes dolní propust , která potlačuje vyšší harmonické.

Dalším způsobem, jak simulovat dlouhodobé přetížení, je instalace kabiny simulátoru na centrifugu. Centrifugové simulátory se však kvůli vysoké ceně příliš nepoužívají a používají se pouze ve vyspělých zemích pro výcvik pilotů stíhaček a astronautů [11] [12] (viz hlavní článek High-G training ).

Dynamika pohybu plošiny simulátoru je znázorněna na grafu. Graf ukazuje, že systém mobility simuluje přetížení v krátkém časovém úseku (méně než sekundu), ve kterém zrychlení zrychlení platformy dosáhne zrychlení simulovaného letadla. Dále je plošina z důvodu omezeného pracovního zdvihu brzděna a vrací se do neutrální polohy. V tomto případě se brzdění a návrat plošiny provádí se zrychlením pod prahem lidského vnímání.

Mobilní systémy se dělí podle typu silového pohonu na hydraulické, elektrické, elektrohydraulické a elektropneumatické.

V praxi jsou systémy hydraulické mobility nejpoužívanější vzhledem k tomu, že pro pohyb pohyblivého modulu je nutné vyvinout na pohon velkou sílu přesahující 10 tf . Výhodou hydraulických pohyblivých systémů je také samomazání. Systémy hydraulické mobility však mají vysoké provozní náklady spojené především s vysokou spotřebou energie (asi 100 kW ) hydraulické čerpací stanice . Také hydraulická čerpací stanice vyžaduje samostatnou místnost pro organizaci odvodu tepla, izolace hluku a vibrací. Navíc tlakové jednotky vyžadují zvýšenou pozornost při provozu.

Hydraulické systémy mobility jsou nahrazovány systémy elektrické mobility. [13] Spotřebovávají 4-5krát méně elektřiny a jsou prakticky tiché. [čtrnáct]

Systémy elektrické mobility jsou však z hlediska plynulosti znatelně horší než hydraulické systémy, přestože jsou úspěšně certifikovány podle mezinárodních standardů. Je to dáno tím, že systémy elektrické mobility se nepodařilo dostat na úroveň hydraulických systémů z hlediska schopnosti vyvinout okamžitý výkon. Hydraulické systémy mají i nadále takovou výhodu díky přítomnosti hydraulických akumulátorů v jejich konstrukci . V tomto ohledu jsou systémy hydraulické mobility i nadále měřítkem kvality pohybu.

L -3 Communications vstoupila na trh s kompromisním řešením - elektrohydraulickým systémem mobility [15] založeným na principu činnosti leteckých autonomních řídicích strojů (AWP). [16] Silové pohony elektrohydraulického systému jsou rovněž hydraulické, stejně jako pohony hydraulického pohyblivého systému, ale v elektrohydraulickém systému je hydraulické napájení pohonů organizováno jinak. Pokud je v systému hydraulické mobility centralizováno napájení hydrauliky z jedné čerpací stanice umístěné ve vzdálenosti od simulátoru, pak v elektrohydraulickém systému má každý hydraulický pohon samostatné hydraulické čerpadlo poháněné elektromotorem a jsou umístěny přímo na hydraulické pohony. Toto a řada dalších technických řešení umožnilo L-3 Communications implementovat „hydraulickou kompenzaci hmotnosti simulátoru“ [15] , která poskytla elektrohydraulickému systému výhodu systému elektrické mobility – nízkou spotřebu energie; zároveň má hladký chod, blízký hladkému chodu systému hydraulické mobility.

Elektrohydraulické systémy mobility vyráběné L-3 Communications jsou instalovány na komplexních simulátorech letounu Suchoj Superjet-100 . [17]

Na trhu je také elektropneumatický systém mobility , který implementuje princip pneumatického vykládání šnekového páru . [18] Na integrovaném simulátoru An-148 je instalován elektropneumatický systém mobility vyrobený společností MOOG [19] . [dvacet]

Taktické simulátory

Jestliže simulátory civilních letadel prakticky dosáhly stropu svého vývoje pro moderní úroveň elementové základny, pak taktické simulátory (Full Mission Simulator) mají nadále prakticky neomezené možnosti jejich zdokonalování. Taktické simulátory jsou určeny pro nácvik skupinových bojových operací. Jsou spojeny do jedné sítě pomocí rozhraní HLA , které umožňuje kombinovat heterogenní simulátory -  letectví , tank, dělostřelectvo atd.

Certifikace

Ministerstvo dopravy zastoupené Federální agenturou pro leteckou dopravu a Rostransnadzor má právo certifikovat letecké simulátory v Rusku . Ministerstvo dopravy rovněž uznává právo na přípravu podkladů pro certifikaci Střediskem expertízy a certifikace leteckých simulátorů . Ministerstvo dopravy může certifikovat letecké simulátory podle Federálního leteckého řádu „Požadavky na výcviková zařízení pro letovou simulaci sloužící k výcviku a kontrole odborných dovedností členů letové posádky civilních letadel“, schválených vyhláškou č. 229 Ministerstva dopravy ze dne 12. července 2019. [23] Tyto FAP jsou z velké části opakováním mezinárodních norem ICAO 9625 [24] , normy CS-FSTD(A) [25] EASA a normy Federálního úřadu pro letectví USA 14 CFR Part 60 [26] .

Kromě hlavních norem, které představují požadavky na certifikaci simulátorů, jsou široce používány také následující dokumenty:

Při vývoji simulátorů se také používají standardy organizace ARINC [29] :

Britská letecká společnost RAeS má právo certifikovat simulátory .

Rusko dosud nevyrobilo simulátor certifikovaný podle nejvyšší úrovně mezinárodního standardu (certifikát EASA, FAA). Za první certifikaci simulátoru vyrobeného tuzemskou firmou podle nejvyšší úrovně mezinárodního standardu lze považovat okamžik, kdy stavba domácích simulátorů vstupuje na světovou úroveň. Za pokrok v tomto směru lze považovat událost, která se odehrála v únoru 2013, kdy Evropská agentura pro bezpečnost letectví certifikovala simulátor ruského letounu Suchoj Superjet v nejvyšší kategorii „D“. [30] Tato certifikace je pozoruhodná tím, že při konstrukci simulátoru ruská strana vyvinula matematický model (s účastí TsAGI z hlediska aerodynamického matematického modelu) a software (za účasti GosNIIAS ) dynamiky letu. obrys.

Cena

Podle výsledků otevřené aukce konané v roce 2011 činily náklady na typický integrovaný simulátor sériové konstrukce - simulátor letounu A-320 nejvyšší úrovně podle ICAO - asi 12 milionů dolarů [31] . ]

Náklady na podobný simulátor ruského letadla SSJ-100 byly asi 17,5 milionů dolarů [32] To je téměř polovina katalogových nákladů přírodního letadla.

Viz také

Odkazy

Poznámky

  1. ↑ Příčiny smrtelných nehod podle desetiletí (v procentech) . PlaneCrashInfo.com (1. ledna 2010). Archivováno z originálu 11. února 2013.
  2. ↑ Dokumentární. "Letecká havárie v New Yorku "  Letecká havárie v Queensu . z televizního seriálu National Geographic Seconds to Disaster . Archivováno z originálu 30. června 2012.
  3. ↑ V TsAGI se konalo technické setkání konsorcia k projektu SUPRA . Tisková zpráva TsAGI (20. září 2011). Získáno 9. dubna 2012. Archivováno z originálu 4. března 2016.
  4. ↑ Byushgens A.G. Ruský fitness trh na cestě ke světovým standardům . Agentura AviaPort (20. ledna 2012). Archivováno z originálu 18. června 2012.
  5. ↑ Rok 2011 byl nejbezpečnějším rokem v historii IATA . Portál obchodního letectví ATO.ru (19. prosince 2011). Archivováno z originálu 18. června 2012.
  6. ↑ O výsledcích výběrových řízení pořádaných Federální agenturou pro leteckou dopravu Ministerstva dopravy Ruské federace na dodávku šesti leteckých simulátorů . Rosaviatsia (18. srpna 2011). Archivováno z originálu 18. června 2012.
  7. ↑ Federální letecká pravidla pro inženýrství a leteckou podporu pro státní letectví, čl. 423
  8. ↑ Prezentace simulátoru (angl.)  
  9. ↑ Charakteristika moderního integrovaného simulátoru naleznete v této prezentaci simulátoru  (angl.)
  10. ↑ Alexandrov V.V. a další Matematické problémy dynamické simulace letu / Ed. vyd. V.A. Sadovnichy . - M . : Od-in Mosk. un-ta , 1986.
  11. ↑ Centrifugy. Středisko výcviku kosmonautů Yu. A. Gagarina Archivováno 26. prosince 2007.
  12. ↑ Desdemona: Nová generace v simulaci pohybu   . TNO Defense, Security and Safety. Archivováno z originálu 24. dubna 2012.
  13. ↑ Dr. Sunil Murthy. Ovládání pohybu: Elektrizující pocit z letu . Konstrukce strojů (3. června 2009). Archivováno z originálu 24. dubna 2012.
  14. ↑ Systém elektrického pohybu CAE True™ (odkaz není k dispozici) . Archivováno z originálu 24. května 2011. 
  15. ↑ 1 2 Thales eM2K: 6-DOF Motion System . Archivováno z originálu 24. dubna 2012.
  16. ↑ Kormidelní zařízení // Letectví: Encyklopedie / Ed. G. P. Svishcheva. - M .: Velká ruská encyklopedie, 1994.
  17. ↑ Letecký simulátor SSJ 100 je připraven k výcviku ruských pilotů . Portál obchodního letectví (22. listopadu 2011). Archivováno z originálu 24. dubna 2012.
  18. ↑ Systém načítání Motion & Control . SIM průmyslová odvětví . Archivováno z originálu 24. dubna 2012.
  19. ↑ Základna elektrického pneumatického pohybu . MOOG . Archivováno z originálu 24. dubna 2012.
  20. ↑ Sestavení simulátoru An-148 . Školení S7 (22. prosince 2010). Archivováno z originálu 24. dubna 2012.
  21. ↑ A. Byushgens Do nebe, aniž by opustil zem. // Věda a život. - 2008. - č. 12.
  22. ↑ Centrum pro odbornost a certifikaci leteckých simulátorů . Získáno 26. července 2011. Archivováno z originálu dne 27. prosince 2011.
  23. ↑ Federální pravidla pro letectví „Požadavky na výcviková zařízení pro simulaci letu používaná k výcviku a ovládání odborných dovedností členů letové posádky civilních letadel“ . Získáno 15. června 2020. Archivováno z originálu dne 15. června 2020.
  24. ↑ Manuál kritérií pro kvalifikaci výcvikových zařízení pro letovou simulaci. - 4. vyd. - ICAO , 2015. - ISBN 978-92-9249-930-3 .
  25. ↑ CS-FSTD(A) Výcviková zařízení pro letovou simulaci letadla . Získáno 15. června 2020. Archivováno z originálu dne 15. června 2020.
  26. ↑ Federal Aviation Regulations CFR Part 60 Změna 1 . Získáno 28. dubna 2010. Archivováno z originálu dne 21. září 2012.
  27. ↑ Požadavky na konstrukční údaje a výkonové údaje leteckých simulátorů. IATA 7. vydání 2009 (odkaz není k dispozici) . Získáno 26. dubna 2010. Archivováno z originálu 19. října 2014. 
  28. ↑ Příručka pro hodnocení výcvikového zařízení pro letovou simulaci letadla . - 4. vyd. - RAeS , 2009. - T. 1. - 693 s.
  29. ↑ Organizační standardy ARINC (odkaz není k dispozici) . Získáno 23. května 2011. Archivováno z originálu 19. dubna 2012. 
  30. ↑ SSJ100 Full Flight Simulator (FFS) v Benátkách získal certifikaci EASA . Tiskové středisko SCAC (25. února 2013). Archivováno z originálu 5. dubna 2013.
  31. ↑ Číslo objednávky 0173100002911000034 . Portál veřejných zakázek (17. 5. 2011). Archivováno z originálu 18. června 2012.
  32. ↑ Číslo objednávky 0173100002911000063 . Portál veřejných zakázek (25. července 2011). Archivováno z originálu 30. června 2012.
  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích