Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для недорогих, непрофессиональных или развлекательных симуляторов см. Моделирование полета для любителей . Информацию о симуляторе развлекательного воздушного боя см. В разделе Симулятор боевого полета . Для продукта Microsoft см. Microsoft Flight Simulator . Чтобы узнать о других значениях, см. Симулятор полета (значения) .

F / A-18 Hornet симулятор полета на борту USS  Independence авианосца

Авиасимулятор это устройство , которое искусственно воссоздает самолета полет и окружающую среду , в которой он летит, для обучения пилотов, дизайн, или для других целей. Он включает в себя воспроизведение уравнений, которые управляют полетом самолета, его реакцией на приложения управления полетом, воздействием других систем самолета и реакцией самолета на внешние факторы, такие как плотность воздуха , турбулентность , сдвиг ветра, облачность, осадки и т. Д. Имитационное моделирование полета используется по разным причинам, включая летную подготовку (в основном пилотов), проектирование и разработку самого самолета, а также исследования характеристик самолета и качества управления. [1]

История моделирования полета [ править ]

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 компанией « Антуанетта », кажется, является предшественником авиасимуляторов.

Первая мировая война (1914–1918) [ править ]

Область обучения была воздушной стрельбе, которой занимался 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. Во время Первой мировой войны было разработано несколько наземных тренажеров для обучения этому навыку новых пилотов. [2]

1920-е и 1930-е годы [ править ]

Патентный рисунок Link Trainer , 1930 г.

Самым известным ранним устройством моделирования полета был Link Trainer , произведенный Эдвином Линком в Бингемтоне, штат 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 базовый имитатор полета с металлическим каркасом, 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 движение надувными сильфонами, которые обеспечивали сигналы по тангажу и крену. Вакуумный двигатель, подобный тем, что используется в пианино игроков, вращал платформу, подавая сигналы рыскания. На подвижной платформе была установлена ​​типовая копия кабины экипажа 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 ВВС армии 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 встретиться с ними 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 USAAF приобрел шесть Link Trainers,Можно сказать, что это знаменует начало мировой индустрии моделирования полетов.[4]

Вторая мировая война (1939–1945) [ править ]

Военный персонал, использующий тренажер Link, Pepperell Manufacturing Co. , 1943 г.

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. Navigation Celestial тренер 1941 года 13,7 м (45 футов) в высоту и способна вместить навигационную команду в бомбардировочной экипажа. Это позволило использовать секстанты для съемки «звездных снимков» с проецируемого изображения ночного неба. [4]

С 1945 по 1960 годы [ править ]

В 1954 году United Airlines приобрела 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 [ править ]

Производители симуляторов объединяются и интегрируются вертикально, поскольку обучение предлагает двузначный рост: CAE прогнозирует 255 000 новых пилотов авиакомпаний с 2017 по 2027 год (70 в день), а 180 000 старших офицеров станут капитанами . Крупнейшим производителем является канадская CAE Inc. с долей рынка 70% и годовым оборотом в 2,8 миллиарда долларов, производящая учебные устройства в течение 70 лет, но перешедшая на обучение в 2000 году после нескольких приобретений. Теперь CAE получает больше от обучения, чем от производства тренажеров. L3 CTS на базе Crawley вышла на рынок в 2012 году, приобретя Thales Training & Simulation.завод недалеко от аэропорта Гатвик, где он собирает до 30 устройств в год, затем учебную школу CTC в Великобритании в 2015 году, Aerosim в Сэнфорде, Флорида в 2016 году и португальскую академию G Air в октябре 2017 года. [7]

При 20% -ной доле рынка оборудование по-прежнему составляет более половины оборота L3 CTS, но вскоре это может измениться, так как оно ежегодно обучает 1600 коммерческих пилотов , 7% из 22000 поступающих в профессию ежегодно, и нацелено на 10% в год. фрагментированный рынок. Третий по величине - TRU Simulation + Training , созданный в 2014 году, когда материнская компания Textron Aviation объединила свои тренажеры с Mechtronix , OPINICUS и ProFlight , сосредоточившись на симуляторах и разработав первые полнопилотные тренажеры для 737 MAX и 777X . Четвертый - FlightSafety International., ориентированная на авиалайнеры общего , делового и регионального назначения . Airbus и Boeing инвестировали в свои собственные учебные центры, стремясь к более высокой рентабельности, чем производство самолетов, такое как MRO , 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% FFS и 15% FTD . 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%. В Северной Америке сосредоточено 38% мировых тренажеров, в Азиатско-Тихоокеанском регионе - 25%, а в Европе - 24%. На типы Boeing приходится 45% всех смоделированных самолетов, за ними следуют Airbus с 35%, затем Embraer с 7%, Bombardier с 6% и ATR с 3%. [8]

Типы летных тренажеров, находящихся в эксплуатации [ править ]

Обучение пилотов [ править ]

Кабина в TwinJet симулятор полета.

В современной летной подготовке используется несколько различных устройств. Тренажер по процедурам из кабины (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]

Технология [ править ]

Движение [ править ]

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, а также 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 сиденья 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 [ править ]

Полный симулятор полета из Boeing 737

Процедура [ править ]

До сентября 2018 года [12], когда производитель желал одобрить модель ATD, в FAA был представлен документ, содержащий спецификации для модельного ряда и подтверждающий соответствие соответствующим правилам. 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 (ведомствами гражданской авиации) по всему миру, заключается в том, чтобы предложить за 30 дней до даты квалификации (40 дней для CAAC) документ MQTG (Master Qualification Test Guide), который подходит для уникального симулятора и будет действовать. вдоль самого устройства, содержащий объективные, 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 [ править ]

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

Федеральное управление гражданской авиации США (FAA) [ править ]

Авиационное учебное устройство (ATD) [17]
  • FAA Basic ATD (BATD) - Обеспечивает адекватную платформу 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) - предоставляет 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 и сертификата транспортного пилота (ATP) и полета. Сертификат инструктора.
Летные тренажеры (FTD) [18]
  • FAA FTD, уровень 4 - аналогично инструктору по работе с кабиной пилота (CPT). Этот уровень не требует аэродинамической модели, но требуется точное моделирование систем.
  • FAA FTD Level 5 - требуется аэродинамическое программирование и моделирование систем, но он может представлять семейство самолетов, а не только одну конкретную модель.
  • FAA FTD Level 6 - требуется аэродинамическое программирование для конкретной модели самолета, ощущение управления и физическая кабина.
  • FAA FTD Level 7 - зависит 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 Level A - Требуется система движения с как минимум тремя степенями свободы. Только самолеты.
  • FAA FFS, уровень B - требует движения по трем осям и аэродинамической модели более высокой точности, чем уровень A. Самый низкий уровень имитатора полета вертолета.
  • FAA FFS Level C - Требуется подвижная платформа со всеми шестью степенями свободы. Также меньшая транспортная задержка (задержка) на уровнях A и B. Визуальная система должна иметь горизонтальное поле зрения внешнего мира не менее 75 градусов для каждого пилот-сигнала.
  • FAA FFS Level D - самый высокий уровень квалификации FFS, доступный в настоящее время. Требования для Уровня C с дополнениями. Платформа перемещения должна иметь все шесть степеней свободы, а визуальная система должна иметь горизонтальное поле зрения внешнего мира не менее 150 градусов с коллимированным дисплеем (дальний фокус). Требуются реалистичные звуки в кабине, а также ряд специальных движущихся и визуальных эффектов.

Европейское агентство по авиационной безопасности (EASA, ex JAA) [ править ]

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, позволяющая использовать любой уровень FNPT для обучения работе с несколькими экипажами .
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 [ править ]

Платформа Стюарта

Симулятор вертикального движения (VMS) в НАСА / Эймс [ править ]

Самый большой в мире симулятор полета - это симулятор вертикального движения (VMS) в Исследовательском центре НАСА Эймс , 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 продольных колебаний, вызванных пилотом.(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]

Тренировка дезориентации [ править ]

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. У этого большого симулятора есть кабина с шарниром, установленная 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]

Моделирование полета для любителей и видеоигр [ править ]

Основные статьи: Любительский полет моделирования , Combat игра имитации полета , видеоигры Моделирование и Космический полет игра моделирование

См. Также [ править ]

  • FlightSimCon
  • Моделирование беспилотных авиационных систем
  • Полнофункциональный гоночный симулятор
  • Симулятор виртуальной реальности

Ссылки [ править ]

Примечания [ править ]

  1. ^ Федеральное управление гражданской авиации (25 апреля 2013 г.). «FAR 121 Subpart N - Training Program» . Проверено 28 апреля 2013 года .
  2. ↑ Bonnier Corporation (январь 1919 г.). «Сухая стрельба для наводчиков самолетов» . Ежемесячно научно-популярный . Bonnier Corporation. С. 13–14.
  3. ↑ Fly Away Simulation (12 июля 2010 г.). «Технологии авиасимуляторов на протяжении многих лет» . Архивировано из оригинального 12 октября 2011 года . Проверено 20 апреля 2011 года .
  4. ^ a b c d "Ориентиры ASME: Тренажер Link Flight". Архивировано 17 декабря 2011 года в американском обществе инженеров-механиков Wayback Machine . Дата обращения: 18 декабря 2011.
  5. ^ «Информационный бюллетень ВВС США: тренер по ссылкам». Национальный музей ВВС США. Дата обращения: 12 октября 2016.
  6. Перейти ↑ Hearst Magazines (сентябрь 1954 г.). «Пилоты авиакомпаний летают в любую точку мира - не покидая земли» . Популярная механика . Журналы Hearst. п. 87.
  7. ^ a b Мердо Моррисон (25 июня 2018 г.). «Сравнение стратегий производителей гражданских симуляторов» . FlightGlobal .
  8. ^ Antoine Fafard (26 июня 2018). «Анализ: парк гражданских симуляторов приближается к отметке 1300» . FlightGlobal .
  9. ^ "Navy CPT" . www.navair.navy.mil . ВМС США . Дата обращения 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. DOI : 10.2514 / 6.2010-8218 .
  11. ^ Питер Джон Дэвисон. «Краткое изложение исследований, проведенных по влиянию движения на обучение пилотов на тренажере» (PDF) . Решения для моделирования MPL . Дата обращения 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. ^ a b c CS-FSTD A и CS-FSTD H
  21. ^ Борода, Стивен; и другие. «Посадка космического челнока и обучение запуску на симуляторе вертикального движения» (PDF) . AIAA . Проверено 5 февраля 2014 .
  22. ^ "DESDEMONA: новое поколение симуляции движения" Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek Дата обращения : 5 июля 2012 г.
  23. ^ Roza, М., М. Wentink и Ph. Feenstra. «Тестирование производительности системы Desdemona Motion». AIAA MST, Хилтон-Хед, Южная Каролина, 20–23 августа 2007 г.

Библиография [ править ]

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

Внешние ссылки [ править ]

  • Черная магия и гремлины: моделирование аналогового полета в Центре исследований полета НАСА, Джин Л. Уолтман
  • Искусство моделирования полета (Тезис Aersopace MEng по моделированию полета)
  • Музей симуляторов полета МиГмана, симуляторы полета видеоигр с 1970-х годов до наших дней