Симулятор полета - Flight simulator

Для недорогих, непрофессиональных или развлекательных симуляторов см. Любительский симулятор полета. Для моделирования развлекательных воздушных боев см. Симулятор боевого полета. Для продукта Microsoft см. Симулятор полета Microsoft. Для всех других целей см. Симулятор полета (значения).
F / A-18 Hornet симулятор полета на борту USSНезависимость авианосец

А симулятор полета это устройство, которое искусственно воссоздает самолет полет а также среду, в которой он летает, для обучения пилотов, проектирования или других целей. Он включает в себя воспроизведение уравнений, которые управляют тем, как летательные аппараты летают, как они реагируют на приложения управления полетом, влияние других систем самолета и как самолет реагирует на внешние факторы, такие как плотность воздуха, турбулентность, сдвиг ветра, облачность, осадки и т. д. Моделирование полета используется по разным причинам, в том числе летная подготовка (в основном пилотов), проектирования и разработки самого самолета, а также исследования характеристик самолета и качества управления.[1]

История моделирования полета

В 1910 году по инициативе французских командиров Клолюса и Лаффона и лейтенанта Клавенада был построен первый наземный учебно-тренировочный самолет для военной авиации. «Тонно Антуанетта» (бочка Антуанетты), созданная Антуанетта компания, похоже, является предшественником авиасимуляторов.

Первая мировая война (1914–1918)

Область обучения была воздушной стрельбе, которой занимались пилот или специальный воздушный стрелок. Стрельба по движущейся цели требует прицеливания впереди цели (что включает в себя так называемый угол упреждения), чтобы учесть время, необходимое пулям, чтобы достичь окрестности цели. Это иногда также называют «стрельбой с отклонением» и требует навыков и практики. В течение Первая Мировая Война были разработаны наземные тренажеры для обучения этому навыку новых пилотов.[2]

1920-е и 1930-е годы

Link Trainer патентный рисунок, 1930 г.

Самым известным ранним устройством для моделирования полета был Link Trainer, произведено Эдвин Линк в Бингемтон, Нью-Йорк, США, который он начал строить в 1927 году. Позже он запатентовал свою конструкцию, которая была впервые выставлена ​​на продажу в 1929 году. Link Trainer представлял собой симулятор полета с металлической рамой, обычно окрашенный в хорошо известный синий цвет. Некоторые из этих имитаторов полета времен ранней войны все еще существуют, но становится все труднее найти работающие образцы.[3]

Семейная фирма Линка в Бингемтоне производила пианино и органы, поэтому Эд Линк был знаком с такими компонентами, как кожаные сильфоны и герконы. Он также был пилотом, но, недовольный доступной реальной летной подготовкой, он решил построить наземное устройство, чтобы обеспечить такую ​​подготовку без погодных ограничений и наличия самолетов и летных инструкторов. Его конструкция имела платформу с пневматическим движением, приводимую в действие надувными сильфонами, которые обеспечивали сигналы по тангажу и крену. Вакуумный двигатель, подобный тем, что используется в пианино игроков, вращал платформу, подавая сигналы рыскания. На движущейся платформе была установлена ​​типовая копия кабины пилота с рабочими приборами. Когда кабина была закрыта, пилоты могли практиковаться в полетах по приборам в безопасных условиях. Платформа движения давала пилоту сигналы относительно реального углового движения по тангажу (нос вверх и вниз), крену (крыло вверх или вниз) и рысканью (нос влево и вправо).[4]

Первоначально авиационные летные училища мало интересовались «Тренером звена». Линк также продемонстрировал свой тренажер военно-воздушным силам США (USAAF), но безрезультатно. Однако ситуация изменилась в 1934 году, когда армейские ВВС получили государственный контракт на перевозку почтовых отправлений. Это включало в себя необходимость летать как в плохую, так и в хорошую погоду, для которой USAAF ранее не проводил много тренировок. За первые недели работы почты погибло около дюжины армейских пилотов. Иерархия ВВС армии помнила Эда Линка и его тренера. Линк прилетел, чтобы встретить их в Ньюарк-Филд в Нью-Джерси, и они были впечатлены его способностью приехать в день с плохой видимостью из-за практики на его тренировочном устройстве. В результате ВВС США приобрели шесть тренажеров Link, и это, можно сказать, положило начало мировой индустрии моделирования полетов.[4]

Вторая мировая война (1939–1945)

Военный персонал, использующий Link Trainer, Pepperell Manufacturing Co., 1943

Основным пилотным тренажером, использовавшимся во время Второй мировой войны, был Link Trainer. Около 10 000 были произведены для обучения 500 000 новых пилотов из союзных стран, многие из которых были в США и Канаде, потому что многие пилоты прошли подготовку в этих странах, прежде чем вернуться в Европу или Тихий океан для выполнения боевых задач.[4] Практически все пилоты ВВС США прошли обучение на Link Trainer.[5]

Другой тип тренажеров времен Второй мировой войны использовался для ночной навигации по звездам. В Небесная навигация Тренажер 1941 года имел высоту 13,7 м (45 футов) и мог вместить штурманскую команду бомбардировщик экипаж. Это позволило использовать секстанты для съемки «звездных снимков» с проецируемого изображения ночного неба.[4]

С 1945 по 1960 годы

В 1954 г. United Airlines купил у Curtiss-Wright четыре авиасимулятора стоимостью 3 миллиона долларов, которые были похожи на более ранние модели с добавлением визуальных эффектов, звука и движения. Это был первый из современных авиасимуляторов для коммерческих самолетов.[6]

Сегодня

Производителями симуляторов являются консолидация и интегрировать по вертикали в качестве обучение персонала предлагает двузначный рост: прогноз CAE 255000 новых пилоты авиакомпаний с 2017 по 2027 год (70 в день) и 180000 первые офицеры эволюционирует в капитаны.Самый крупный производитель - канадский. CAE Inc. с 70% рыночная доля и годовой доход в размере 2,8 миллиарда долларов, производство учебных устройств в течение 70 лет, но перешло в обучение в 2000 году после нескольких приобретений. Теперь CAE получает больше от обучения, чем от производства тренажеров. L3 CTS вышла на рынок в 2012 году путем приобретения Обучение и моделирование Thales завод рядом Гатвик аэропорт где собирает до 30 устройств в год, затем Великобритания Школа обучения СТС в 2015 г. Аэросим в Сэнфорде, Флорида, в 2016 году, и португальской академии G Air в октябре 2017 года.[7]

При доле рынка 20% оборудование по-прежнему составляет более половины L3 CTS. оборот но вскоре это может быть изменено, так как это дает образование 1600 коммерческие пилоты каждый год 7% из 22000, поступающих в профессию ежегодно, и стремится к 10% в фрагментированный рынок. Третий по величине TRU Моделирование + Обучение, созданный в 2014 году, когда родительский Textron Aviation объединил свои симуляторы с Mechtronix, ОПИНИК и ProFlight, сосредоточив внимание на симуляторах и разработав первые полнопилотажные тренажеры для 737 МАКС и 777X Четвертый - FlightSafety International, сосредоточен на Общее, бизнес и региональный самолет.Airbus и Boeing инвестировали в собственные учебные центры, стремясь к более высокой прибыли, чем авиастроение подобно ТОиР, конкурируя со своими поставщиками CAE и L3.[7]

В июне 2018 года в эксплуатации находилось 1270 тренажеров коммерческих авиакомпаний, что на 50 больше, чем за год: 85%. ПФС и 15% FTDs.CAE предоставила 56% этой установленной базы, L3 CTS 20% и FlightSafety International 10%, в то время как учебные центры CAE являются крупнейшим оператором с долей 13%. Северная Америка имеет 38% мировых учебных устройств, Азиатско-Тихоокеанский регион 25% и Европа 24%.Боинг типы составляют 45% всех моделируемых самолетов, за которыми следуют Airbus с 35%, то Embraer в 7%, Бомбардье на 6% и ATR в 3%.[8]

Типы летных тренажеров, находящихся в эксплуатации

Обучение пилотов

Кабина твинджет симулятор полета.

В современной летной подготовке используется несколько различных устройств. Тренажер по процедурам из кабины пилота (CPT) используется для отработки основных процедур из кабины, таких как обработка контрольных списков аварийных ситуаций, и для ознакомления с кабиной пилота. Некоторые системы самолета можно моделировать, а можно и не моделировать. Аэродинамическая модель обычно чрезвычайно универсальна, если вообще присутствует.[9]

Технологии

Движение

Статистически значимые оценки передачи навыков, основанные на обучении на тренажере и ведущие к управлению реальным воздушным судном, сделать сложно, особенно когда речь идет о сигналах движения. Требуются обширные образцы мнений пилотов, и многие субъективные мнения, как правило, высказываются, особенно пилоты, не привыкшие делать объективные оценки и реагировать на структурированный график испытаний. В течение многих лет считалось, что моделирование на основе движения с 6 степенями свободы дает пилоту более точную точность управления полетом и реакцию самолета на управляющие воздействия и внешние силы и дает лучший результат обучения для студентов, чем моделирование без движения. Это описывается как «точность управления», которую можно оценить по стандартам испытательного полета, таким как числовая оценочная шкала Купера-Харпера для качества управляемости. Недавние научные исследования показали, что использование таких технологий, как вибрационные или динамические кресла в авиасимуляторах, может быть столь же эффективным при обучении, как и большие и дорогие устройства FFS с 6 степенями свободы.[10][11]

Квалификация и одобрение

Полноэкранный симулятор из Боинг 737

Процедура

До сентября 2018 г. [12] когда производитель желает одобрить модель ATD, в FAA представляется документ, содержащий спецификации для модельного ряда и подтверждающий соответствие соответствующим нормам. После утверждения этого документа, называемого «Руководство по аттестации» (QAG), все будущие устройства, соответствующие QAG, будут автоматически утверждены, и индивидуальная оценка не требуется и не доступна.[13]

Фактическая процедура, принятая всеми CAA (властями гражданской авиации) по всему миру, заключается в предложении за 30 дней до даты квалификации (40 дней для CAAC) документа MQTG (Master Qualification Test Guide), который подходит для уникального симулятора и будет действовать. вдоль самого устройства, содержащий объективные, а также функциональные и субъективные тесты, чтобы продемонстрировать репрезентативность симулятора по сравнению с самолетом. Результаты будут сравниваться с данными летных испытаний, предоставленными производителями самолетов, или с данными испытательной кампании, заказанными производителями симуляторов, или также могут быть сопоставлены с данными POM (Proof Of Match), предоставленными симуляторами разработки производителей самолетов. Некоторые из QTG будут перезапущены в течение года, чтобы доказать во время непрерывной квалификации, что симулятор все еще соответствует допускам, утвержденным CAA.[14][15][16]

Симулятор полета "Уровни" и другие категории

В настоящее время как для самолетов, так и для вертолетов FSTD присваиваются следующие уровни квалификации:

Федеральное управление гражданской авиации США (FAA)

Авиационное учебное устройство (ATD) [17]
  • FAA Basic ATD (BATD) - Обеспечивает адекватную платформу для обучения и дизайн как для процедурных, так и для эксплуатационных задач, специфичных для требований наземной и летной подготовки для свидетельства частного пилота и рейтинга приборов в соответствии с Разделом 14 Свода федеральных правил.
  • FAA Advanced ATD (AATD) - Обеспечивает адекватную платформу для обучения как процедурным, так и эксплуатационным задачам, специфичным для требований наземной и летной подготовки для получения сертификата частного пилота, рейтинга приборов, сертификата коммерческого пилота, сертификата воздушного транспортного пилота (ATP) и сертификата летного инструктора.
Летные тренажеры (FTD)[18]
  • FAA FTD, уровень 4 - Подобно тренеру по процедурам из кабины экипажа (CPT). Этот уровень не требует аэродинамической модели, но требуется точное моделирование систем.
  • FAA FTD, уровень 5 - Требуется аэродинамическое программирование и моделирование систем, но оно может представлять семейство самолетов, а не только одну конкретную модель.
  • FAA FTD, уровень 6 - Требуется аэродинамическое программирование, чувство управления и физическая кабина для конкретной модели самолета.
  • FAA FTD, уровень 7 - В зависимости от модели. Вся применимая аэродинамика, средства управления полетом и системы должны быть смоделированы. Должна быть поставлена ​​система вибрации. Это первый уровень, на котором требуется визуальная система.
Полнопилотажные тренажеры (FFS)[19]
  • FAA FFS, уровень A - Требуется система движения как минимум с тремя степенями свободы. Только самолеты.
  • FAA FFS Уровень B - Требуется движение по трем осям и аэродинамическая модель с более высокой точностью, чем у уровня A. Самый низкий уровень имитатора полета вертолета.
  • FAA FFS Уровень C - Требуется подвижная платформа со всеми шестью степенями свободы. Также более низкая транспортная задержка (задержка) на уровнях A и B. Зрительная система должна иметь горизонтальное поле зрения внешнего мира не менее 75 градусов для каждого пилот-сигнала.
  • FAA FFS Уровень D - Самый высокий уровень квалификации FFS, доступный в настоящее время. Требования для Уровня C с дополнениями. Движущаяся платформа должна иметь все шесть степеней свободы, а визуальная система должна иметь горизонтальное поле зрения внешнего мира не менее 150 градусов с коллимированный (дальний фокус) дисплей. Требуются реалистичные звуки в кабине, а также ряд специальных движущихся и визуальных эффектов.

Европейское агентство по авиационной безопасности (EASA, ex JAA)

Инструктор по полетной навигации и процедурам (FNPT)[20]
  • EASA FNPT Уровень I
  • EASA FNPT Уровень II
  • EASA FNPT Level III - только вертолет.
  • MCC - не настоящий «уровень» квалификации, а надстройка, которая позволяет использовать любой уровень FNPT для Координация работы нескольких экипажей обучение персонала.
Летные тренажеры (FTD)[20]
  • EASA FTD Уровень 1
  • EASA FTD, уровень 2
  • EASA FTD Level 3 - Только вертолет.
Полнопилотажные тренажеры (FFS)[20]
  • EASA FFS Уровень A
  • EASA FFS Уровень B
  • EASA FFS Уровень C
  • EASA FFS Уровень D

Современные авиасимуляторы высокого класса

Платформа Стюарта

Имитатор вертикального движения (VMS) в НАСА / Эймс

Самый большой авиасимулятор в мире - Vertical Motion Simulator (VMS) в Исследовательский центр НАСА Эймса, к югу от Сан-Франциско. У этого есть очень большая система движения с 60 футов (+/- 30 футов) вертикального движения (подъема). Система вертикальной качки поддерживает горизонтальную балку, на которой установлены 40-футовые рельсы, что позволяет кабине симулятора перемещаться в поперечном направлении на +/- 20 футов. Обычная платформа гексапода с 6 степенями свободы установлена ​​на 40-футовой балке, а сменная кабина установлена ​​на платформе. Такая конструкция позволяет быстро переключать разные кабины самолета. Моделирование варьировалось от дирижаблей, коммерческих и военных самолетов до космических шаттлов. В случае космического челнока большой тренажер вертикального движения использовался для исследования продольного пилотное колебание (PIO), который произошел во время раннего полета шаттла незадолго до приземления. После выявления проблемы на VMS, она использовалась для опробования различных алгоритмов продольного контроля и рекомендовала лучший для использования в программе Shuttle.[21]

Дезориентационная тренировка

AMST Systemtechnik GmbH (AMST) из Австрии и Environmental Tectonics Corporation (ETC) из Филадельфии, США, производят ряд тренажеров для тренировки дезориентации, которые имеют полную свободу рыскания. Самым сложным из этих устройств является симулятор Desdemona в Исследовательском институте TNO в Нидерландах, произведенный AMST. Этот большой тренажер имеет кабину с шарниром, установленную на каркасе, который добавляет вертикальное движение. Каркас установлен на рельсах, прикрепленных к вращающейся платформе. Направляющие позволяют расположить кабину симулятора под разными радиусами от центра вращения, что обеспечивает устойчивую способность к ускорению примерно до 3,5.[22][23]

Имитация полета для любителей и видеоигр

Основные статьи: Любительский симулятор полета, Симулятор боевого полета, Симулятор видеоигры, и Симулятор космического полета

Смотрите также

Рекомендации

Примечания

  1. ^ Федеральная авиационная администрация (25 апреля 2013 г.). «FAR 121 Подраздел N - Программа обучения». Получено 28 апреля 2013.
  2. ^ Bonnier Corporation (январь 1919 г.). «Сухая стрельба для наводчиков самолетов». Ежемесячный научно-популярный журнал. Bonnier Corporation. С. 13–14.
  3. ^ Fly Away Simulation (12 июля 2010 г.). «Технологии авиасимуляторов на протяжении многих лет». Архивировано из оригинал 12 октября 2011 г.. Получено 20 апреля 2011.
  4. ^ а б c d «Ориентиры ASME: тренер по полету Link». В архиве 17 декабря 2011 г. Wayback Machine Американское общество инженеров-механиков. Дата обращения: 18 декабря 2011.
  5. ^ «Информационный бюллетень ВВС США: тренер по ссылкам». Национальный музей ВВС США. Дата обращения: 12 октября 2016.
  6. ^ Журналы Hearst (сентябрь 1954 г.). «Пилоты авиакомпаний летают в любую точку мира - не покидая земли». Популярная механика. Журналы Hearst. п. 87.
  7. ^ а б Мердо Моррисон (25 июня 2018 г.). «Сравнение стратегий производителей гражданских симуляторов». FlightGlobal.
  8. ^ Антуан Фафар (26 июня 2018 г.). «Анализ: парк гражданских симуляторов приближается к отметке 1300». FlightGlobal.
  9. ^ «ВМФ КПП». www.navair.navy.mil. ВМС США. Получено 4 августа 2014.
  10. ^ Андреа Л. Спарко; Юдит Бюрки-Коэн; Тиау Х. Го (2010). Перенос тренировок с полнопилотажного тренажера на высокоуровневое тренировочное устройство с динамическим сиденьем. Конференция AIAA по моделированию и имитационным технологиям. Дои:10.2514/6.2010-8218.
  11. ^ Питер Джон Дэвисон. «Краткое изложение исследований, проведенных по изучению влияния движения на тренировках пилотов на тренажерах» (PDF). Решения для моделирования MPL. Получено 12 ноября 2019.
  12. ^ FAA AC 61-136B
  13. ^ FAA AC 61-136A
  14. ^ FAA CFR, часть 60
  15. ^ EASA CS-FSTD (a) Выпуск 2
  16. ^ CAAC CCAR-60
  17. ^ AC-61-136A Приложения 1 и 2
  18. ^ 14 CFR Часть 60, Приложения B и D
  19. ^ 14 CFR Часть 60, Приложения A и C
  20. ^ а б c CS-FSTD A и CS-FSTD H
  21. ^ Борода, Стивен; и другие. «Тренировка по посадке и запуску космического челнока на тренажере вертикального движения» (PDF). AIAA. Получено 5 февраля 2014.
  22. ^ «ДЕСДЕМОНА: Новое поколение моделирования движения» Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek Дата обращения: 5 июля 2012.
  23. ^ Роза, М., М. Вентинк и Ф. Фенстра. «Тестирование производительности системы Desdemona Motion». AIAA MST, Хилтон-Хед, Южная Каролина, 20–23 августа 2007 г.

Библиография

  • Келли, Ллойд Л., как сказал Роберт Б. Парк. Создатель пилота. Нью-Йорк: Grosset & Dunlap, 1979, первое издание 1970. ISBN  0-448-02226-5.

внешняя ссылка