JP2642985B2 - Formation flight training system with formation set function - Google Patents
Formation flight training system with formation set functionInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、フォーメーション・セット機能を有する
編隊飛行訓練方式に関するものであり、特に、模擬視界
装置を有するフライト・シミュレータを用いて編隊飛行
訓練を行うときに、追尾の目標となるべき編隊長機の捕
捉が確実に行われるとともに、編隊飛行訓練を実現させ
るために前記フライト・シミュレータにおいて行われる
計算のためのプログラムについて所定の外挿処理を施す
ことにより、その計算に要する時間の短縮が可能にされ
た、フォーメーション・セット機能を有する編隊飛行訓
練方式に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a formation flight training system having a formation set function, and more particularly to a formation flight training system using a flight simulator having a simulated viewing device. At the time of performing, the acquisition of the formation captain aircraft to be the target of tracking is reliably performed, and a predetermined extrapolation process is performed on a program for calculation performed in the flight simulator in order to realize formation flight training. Thus, the present invention relates to a formation flight training method having a formation set function, in which the time required for the calculation can be reduced.
[従来の技術] 従来の編隊長機の模擬においては、次の2点のような
難点があった。[Prior Art] In the simulation of a conventional formation commander, there were the following two difficulties.
(1) 被訓練者が編隊長機を模擬視界上で見失った
(ロストした)場合に、従来のフライト・シミュレータ
では、視界上に編隊長機をもってくるための時間と手間
とがかかった。(1) When the trainee loses sight of the formation captain on the simulated field of view (lost), the conventional flight simulator requires time and effort to bring the captain of the formation onto the field of view.
(2) 物理法則に即した編隊長機のマス・モデルを導
入すると、計算時間を大幅に必要とした。(2) The introduction of a mass model of the captain's aircraft in accordance with the laws of physics required a great deal of calculation time.
[発明が解決しようとする課題] 従来の編隊飛行訓練方式は、 (1) 被訓練者が編隊長機を模擬視界上で見失った
(ロストした)場合に、従来のフライト・シミュレータ
では、視界上に編隊長機をもってくるための時間と手間
とがかかった。[Problems to be Solved by the Invention] The conventional formation flight training method is as follows: (1) When the trainee loses (or loses) the formation captain in the simulated field of view, the conventional flight simulator uses It took time and effort to bring the formation captain.
(2) 物理法則に即した編隊長機のマス・モデルを導
入すると、計算時間を大幅に必要とした。というような
問題点があった。(2) The introduction of a mass model of the captain's aircraft in accordance with the laws of physics required a great deal of calculation time. There was such a problem.
[課題を解決するための手段] 問題点(1)に関して: 教官卓の“フォーメーション・セット”なるスイッチ
を操作することで、瞬間的に編隊長機との編隊形成が行
われ、しかも、自機が姿勢を変えても、編隊長機が模擬
視界上で一定の位置に見える機能(以後、フォーメーシ
ョン・セットと呼ぶ)を新たに備えるようにした。[Means for Solving the Problems] Regarding Problem (1): By operating the switch "Formation Set" at the instructor's desk, formation with the formation commander is instantaneously performed. Has a new function that allows the formation commander to see a fixed position in the simulated field of view even after changing positions (hereinafter referred to as the formation set).
問題点(2)に関して: 次の3個の手段を開発することで、計算時間の短縮が
可能にされた。Regarding the problem (2): The calculation time can be reduced by developing the following three means.
(a) 編隊長機の運動特性を考慮して、簡単な物理モ
デル、即ち、微小擾乱の方程式を導入した。また、この
微小擾乱の方程式導入に際しては、教官卓での操縦容易
性を考慮することにより、適切なパラメータの選定およ
びその値の決定をした。(A) In consideration of the motion characteristics of the formation commander, a simple physical model, that is, a small disturbance equation was introduced. In addition, when introducing the equation of the microturbulence, appropriate parameters were selected and their values were determined by considering the maneuverability at the instructor's desk.
(b) 姿勢保持モードで動作をしているときのため
に、従来のフィードバック方式に比べて遥かに簡略化さ
れた方式(アルゴリズム)の開発をした。(B) A method (algorithm) that is much simpler than the conventional feedback method has been developed for the operation in the posture holding mode.
(c) プログラムが実行される時間間隔(以後、フレ
ーム間隔と呼ぶ)を長くしても、悪影響が出ないアルゴ
リズム(外挿用の)を開発した。(C) An algorithm (for extrapolation) that does not adversely affect even if the time interval during which the program is executed (hereinafter referred to as frame interval) is developed.
[作用] この発明においては、模擬視界装置を有するフライト
・シミュレータを用いて編隊飛行訓練を行うときに追尾
の目標となるべき編隊長機の捕捉が確実に行われるとと
もに、編隊飛行訓練を実現させるために前記フライト・
シミュレータにおいて行われる計算のためのプログラム
について所定の外挿処理を施すことにより、その計算に
要する時間の短縮が実現される。[Operation] In the present invention, formation flight training to be a target of tracking is reliably performed when formation flight training is performed using a flight simulator having a simulated view device, and formation flight training is realized. For the flight
By performing a predetermined extrapolation process on a program for calculation performed in the simulator, the time required for the calculation can be reduced.
[実施例] 第1図は、この発明の一実施例を示す全体構成図であ
る。この第1図において、(1)は教官卓であって、こ
の教官卓(1)に設けられているものは、編隊長機とし
ての機能を果たす際の教官用計器(11)、スロットル・
レバー(12)、ジョイ・スティック(13)、フォーメー
ション・セット機能キー(14)、姿勢保持(ATTITUDE H
OLD)機能キー(15)等である。(2)は訓練生卓であ
って、この訓練生卓(2)に設けられているものは、訓
練生用計器(21)、スピーカ(22)、操舵力発生機(2
3)、模擬視界映像表示部(24)等であり、このような
諸手段を備えた訓練生卓(2)は、例えば油圧で動作す
るような動揺装置(25)で支持されている。(3)は模
擬視界映像発生装置であって、教官卓(1)および被訓
練生卓(2)からの所要の信号に基づいて、訓練生卓
(2)における模擬視界映像表示部(24)に対応の模擬
視界映像を表示させるものである。また、(4)は電子
計算機であって、この電子計算機(4)に設けられてい
るものは、教官卓(1)からの種々の信号に基づいて編
隊長機としての機能を果たすための#1模擬プログラム
(41)、および、訓練生卓(2)からの所要の信号に基
づいて自機としての機能を果たすための#2模擬プログ
ラム(42)等である。[Embodiment] FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an embodiment of the present invention. In FIG. 1, (1) is an instructor's desk, and the instructor's desk (1) is provided with an instructor's instrument (11), a throttle, and a throttle for performing a function as a formation commander.
Lever (12), joystick (13), formation set function key (14), posture hold (ATTITUDE H
OLD) function key (15). (2) is a trainee table. The trainee table (2) includes a trainee instrument (21), a speaker (22), and a steering force generator (2).
3), a simulated visual field image display unit (24) and the like, and the trainee table (2) provided with such various means is supported by a rocking device (25) that operates by, for example, hydraulic pressure. (3) is a simulated view image generator, which is based on required signals from the instructor table (1) and the trainee table (2), and a simulated view image display section (24) in the trainee table (2). Is displayed. Reference numeral (4) denotes an electronic computer. The computer provided in the electronic computer (4) has a function of functioning as a formation commander based on various signals from the instructor's desk (1). The simulation program (41) and the # 2 simulation program (42) for performing a function as the own machine based on a required signal from the trainee table (2).
上記された実施例において、訓練生卓(2)内の訓練
生が操縦訓練を受けているものとして、例えば、訓練生
によるレバー操作に基づき、操舵力発生機(23)から発
生されたパイロット操作信号が電子計算機(4)に供給
される。そして、このパイロット操作信号に基づいて、
自機としての機能を果たすための#2模擬プログラム
(42)が実行されて、訓練生用計器(21)の指示値信
号、スピーカ(22)に対するエンジン等の作動音信号、
動揺装置(25)の駆動信号、模擬視界映像発生装置
(3)に対する所要の模擬視界映像信号としての自機の
位置・姿勢信号、レーダ情報、操舵反力等の計算や出力
がなされる。In the above-described embodiment, it is assumed that the trainee in the trainee table (2) has undergone the steering training, for example, the pilot operation generated from the steering force generator (23) based on the lever operation by the trainee. The signal is supplied to the computer (4). And, based on this pilot operation signal,
A # 2 simulation program (42) for performing the function of the self-machine is executed, and an instruction value signal of the trainee meter (21), an operation sound signal of an engine or the like for the speaker (22),
The calculation and output of the drive signal of the rocking device (25), the position / posture signal of the own vehicle, the radar information, the steering reaction force, and the like as the required simulated view video signal for the simulated view image generating device (3) are performed.
一方、教官卓(1)における教官が編隊長機を操縦し
ているものとして、例えば、教官のレバー操作に基づく
所定の信号が電子計算機(4)に供給される。そして、
教官卓(1)からの信号に基づいて、編隊長機としての
機能を果たすための#1模擬プログラム(41)が実行さ
れて編隊長機としての機能を果たす際の教官用計器(1
1)の指示値信号や、模擬視界映像発生装置(3)に対
する編隊長機の位置・姿勢信号の計算や出力がなされ
る。On the other hand, assuming that the instructor at the instructor's desk (1) is operating the formation captain machine, for example, a predetermined signal based on the instructor's lever operation is supplied to the computer (4). And
On the basis of the signal from the instructor's desk (1), the # 1 simulation program (41) for performing the function as the formation commander is executed to execute the instructor's instrument (1) when performing the function as the formation commander.
The command value signal of 1) and the position / posture signal of the formation commander to the simulated visual field image generating device (3) are calculated and output.
そして、模擬視界映像発生装置(3)においては、上
記された編隊長機の位置・姿勢信号と自機の位置・姿勢
信号とに基づいて対応の映像データに変換され、編隊飛
行をしているときの編隊長機が、訓練生であるパイロッ
トから見た形状の機影として、模擬視界映像表示部(2
4)に表示されることになる。この編隊長機の映像は、
訓練生卓(2)における訓練生の操縦操作、および、教
官卓(1)における教官のスロットル・レバー(12)お
よびジョイ・スティック(13)操作によって可動にされ
ている。このために、教官が教官卓(1)でスロットル
・レバー(12)やジョイスティック(13)を操作するこ
とにより、様々な飛行形態における編隊の形成を実現す
ることができる。また、教官卓(1)に設けられたフォ
ーメーション・セット機能キー(14)および姿勢保持
(ATTITUDE HOLD)機能キー(15)のために、下記のよ
うな機能を果たすことができる。In the simulated visual field image generating device (3), it is converted into corresponding image data based on the above-mentioned position / posture signal of the formation captain machine and the position / posture signal of its own aircraft, and performs formation flight. The flight chief aircraft at the time, as a feature of the shape seen from the pilot trainee, as a simulated view video display unit (2
4) will be displayed. The video of this captain aircraft
It is made movable by the operation of the trainee at the trainee table (2) and the throttle lever (12) and the joy stick (13) of the instructor at the instructor table (1). For this reason, formation of a formation in various flight forms can be realized by the instructor operating the throttle lever (12) and the joystick (13) at the instructor's desk (1). The following functions can be performed by the formation set function key (14) and the attitude holding (ATTITUDE HOLD) function key (15) provided on the instructor's desk (1).
1.フォーメーション・セット機能 このフォーメーション・セット機能は、編隊長機と自
機との相対関係(相対位置・相対姿勢)を一定にするた
めのものであって、第2図に示されているように、あた
かも編隊長機が自機から出ている見えない剛性棒の先端
に固定されて飛行するようなものである。なお、第2図
は、上記実施例を説明するための、編隊長機と自機との
相対的な位置関係の例示図である。そして、この第2図
において、(5)は編隊長機、(6)は自機であって、
例えば、両者の重心部が剛性棒(7)をもって接続され
ている。その結果として、訓練生卓(2)の模擬視界映
像表示部(24)で表示される編隊長機は、その画面上の
定位置に完全に停止しているように見える。1. Formation set function This formation set function is used to make the relative relationship (relative position / relative attitude) between the captain's aircraft and its own aircraft constant, as shown in Fig. 2. In addition, it is as if the flight commander flies fixedly to the tip of an invisible rigid rod coming out of his own aircraft. FIG. 2 is an illustration of the relative positional relationship between the formation commander and the own aircraft for explaining the above embodiment. In FIG. 2, (5) is the formation commander, (6) is the own aircraft,
For example, the centers of gravity of both are connected by a rigid rod (7). As a result, the formation commander displayed on the simulated view image display unit (24) of the trainee table (2) appears to be completely stopped at a fixed position on the screen.
次の第1表(フォーメーション・セット位置)に示さ
れている値は、フォーメーション・セット機能が果たさ
れているときの、編隊長機(5)の自機(6)に対する
位置関係を表わすものである。The values shown in the following Table 1 (formation set position) indicate the positional relationship of the formation commander (5) with respect to its own aircraft (6) when the formation set function is performed. It is.
第1表 なお、この第1表において示されている値は、例え
ば、訓練生として参加したパイロット等からの試乗の際
のフィーリングその他のコメントや意見に基づいて採用
されたものであって、前記編隊長機(5)の位置は自機
(6)の重心を原点とする自機原点座標系(XB、YB、
ZB)で表わされている。ちなみに、第3図は、訓練実行
において編隊を組んで飛行しているときの、訓練生卓
(2)の模擬視界映像表示部(24)で表示される映像の
例示図である。そして、この第3図において、(24A)
は模擬視界映像表示部(24)における表示画面部であっ
て、この中の訓練生から見たときの視野(24B)内に
は、先頭を飛行する編隊長機(5)、地平線(24C)、
滑走路(24D)等が見えている。なお、(6A)は訓練生
卓(2)における自機(6)の窓枠(フレーム)であ
る。Table 1 The values shown in Table 1 are, for example, adopted based on feelings and other comments and opinions at the time of test drive from pilots and the like who participated as trainees. machine (5) positions ship origin coordinate system with its origin at the centroid of its own (6) (X B, Y B,
Z B ). Incidentally, FIG. 3 is an illustration of an example of an image displayed on the simulated view image display section (24) of the trainee table (2) when flying in a formation in training execution. Then, in FIG. 3, (24A)
Is a display screen part in the simulated visual field image display part (24), and in the field of view (24B) as seen from the trainees therein, a flying captain (5), a horizon (24C) ,
The runway (24D) is visible. (6A) is a window frame of the own machine (6) on the trainee table (2).
次に、上記のようなフォーメーション・セット機能に
ついて、より詳細に説明していく。Next, the formation set function as described above will be described in more detail.
(1) 位置の計算 第2図において設定されているような、慣性座標系位
置(Xe、Ye、Ze)に基づく編隊長機(5)の位置C
(Xe、Ye、Ze)は、自機(6)の慣性座標系位置S
(XE、YE、ZE)と座標変換マトリクスとによって、次式
のようにして求められる。(1) such as those set in the calculation Figure 2 position, the inertial coordinate system position (X e, Y e, Z e) position C of flight length machine based on (5)
(X e , Y e , Z e ) is the inertial coordinate system position S of the own aircraft (6)
(X E , Y E , Z E ) and the coordinate transformation matrix are obtained as follows.
ここに、前記の座標変換マトリクスは: である。 Where the coordinate transformation matrix is: It is.
(2) 姿勢の計算 編隊長機の姿勢については、自機に関する4元数
(e1、e2、e3、e4)がそのまま用いられていて、この値
に基づく姿勢の計算がなされているので、編隊長機は常
に自機と同じ姿勢をとることになる。(2) Attitude calculation The quaternion (e 1 , e 2 , e 3 , e 4 ) relating to the own aircraft is used as it is for the attitude of the flight commander, and the attitude is calculated based on this value. As a result, the captain's aircraft always assumes the same attitude as his own.
(3) 編隊長機の速度 編隊長機の速度(U、V、W)は次式より求められ
る。(3) Speed of formation commander The speed (U, V, W) of formation commander can be obtained from the following formula.
上記第(2A)式の第2項は、自機の姿勢に変化が生じ
ているときの、当該自機の角速度に基づいて生じる速度
である(第4図を参照)。ここで、第4図は、自機の角
速度に基づく編隊長機の速度ベクトルの例示図である。 The second term of the above equation (2A) is a speed generated based on the angular speed of the own device when the posture of the own device changes (see FIG. 4). Here, FIG. 4 is a view showing an example of the velocity vector of the formation commander based on the angular velocity of the own aircraft.
(4) フォーメーション・セット機能の解除(リリー
ス) リリース時の位置および姿勢については、それぞれ
に、C(Xe、Ye、Ze)と(e1、e2、e3、e4)が初期値と
なり、連続的かつスムースに移行する。また、速度につ
いては上記第(2)式の第2項を付加することにより、
フォーメーション・セット機能の付加が容易にされてい
る。第5図は、上記のようなフォーメーション・セット
機能の付加に関する説明図である。この第5図におい
て、その第5図(A)は姿勢の変化を生ずることなく飛
行しているときの例示図であり、第5図(B)は姿勢の
変化を生じたときの例示図である。特にこの第5図
(B)においては、姿勢が変化しているときにリリース
をしても、編隊長機(5)として示されているように、
模擬視界映像表示部(24)の画面上に現れており、その
姿勢の変化とともに即座に画面から消えてしまうことは
ない。これに対して、上記第(2)式の第2項がないと
きには、編隊長機(51)として示されているように自機
の視野から外れており、その姿勢の変化とともに即座に
画面から消えてしまうことになる。(4) The position and orientation of the release (release) the release of formations set function, respectively, C (X e, Y e , Z e) and (e 1, e 2, e 3, e 4) is It becomes the initial value and shifts continuously and smoothly. As for the speed, by adding the second term of the above equation (2),
The addition of the formation set function has been facilitated. FIG. 5 is an explanatory diagram relating to the addition of the formation set function as described above. In FIG. 5, FIG. 5 (A) is an exemplary view when the aircraft is flying without a change in attitude, and FIG. 5 (B) is an exemplary view when the attitude is changed. is there. In particular, in FIG. 5 (B), even if the release is performed while the posture is changing, as shown as the formation commander (5),
It appears on the screen of the simulated visual field image display unit (24) and does not immediately disappear from the screen as its posture changes. On the other hand, when the second term of the above formula (2) does not exist, the player is out of the field of view of the own aircraft as shown as the formation commander (51), and immediately changes from the screen as the attitude changes. It will disappear.
2.微小擾乱の運動方程式 従来の物理法則に即した航空機モデルによれば、その
空力微係数が外囲条件によって変化することがある。い
ま、空力微係数がある所定の外囲条件の関数であるとす
ると、前記外囲条件に対応する数個の変数のテーブルに
おいて、所要のサブルーチンによる補間操作を施すこと
によって前記空力微係数を求めており、この計算のため
に多大な時間が必要であった。2. Equation of motion of small disturbance According to the aircraft model based on the conventional laws of physics, its aerodynamic derivative may change depending on the surrounding conditions. Now, assuming that the aerodynamic derivative is a function of a predetermined surrounding condition, the aerodynamic derivative is obtained by performing an interpolation operation by a required subroutine in a table of several variables corresponding to the surrounding condition. Therefore, a great deal of time was required for this calculation.
通常、編隊飛行をしているときの編隊長機は、この高
度、速度および姿勢が極めて限られた範囲のものである
から、外囲条件に応じて空力微係数を変化させる必要は
殆どないと考えられる。また、編隊飛行が主体であるこ
とから、急激なロールインやロールアウトのような急激
な運動(即ち、急激な姿勢の変化)は行われない。Normally, when flying in formation, the altitude, speed, and attitude of the formation commander are in a very limited range, so there is almost no need to change the aerodynamic derivative according to the surrounding conditions. Conceivable. Further, since formation flight is mainly performed, rapid movements (ie, sudden changes in attitude) such as rapid roll-in and roll-out are not performed.
そこで、物理法則に即しており、しかも簡単な微小擾
乱の運動方程式を用いることが提案された。ここでの微
小擾乱の運動方程式は、第6図に示されているような座
標系において、定常飛行状態からの微小運動を仮定した
ときに成立するような、力とモーメントの運動方程式で
ある。いま、Xaおよびωが第6図における座標系の位置
および角速度ベクトルであるものとすると、編隊長機の
位置および姿勢の計算は第7図に示されているように行
われる。この第7図において、ブロック(71)において
は、信号xa、θ、ωおよびジョイスティック等の操作信
号により、微小擾乱の運動方程式が解かれて、その解と
しての信号xaおよびωが得られる。次のブロック(72)
においては、前記の信号xaおよびωの積分が行われて、
その解としての信号xaおよびωが得られる。信号xaは、
ブロック(71)にフィードバックされるとともに、ブロ
ック(73)において慣性座標変換がなされて信号xeに変
換され、次に続くブロック(74)で積分されて信号xeが
得られる。また、信号ωはブロック(75)で積分されて
信号θが得られる。そして、これらの信号xeおよびθは
ブロック(76)における模擬視界表示装置に与えられ
て、対応の画像が表示されることになる。なお、前述さ
れたように、信号θはブロック(71)にもフィードバッ
クされる。Therefore, it has been proposed to use a simple equation of motion of small disturbance that conforms to the laws of physics and is simple. The equation of motion of the microturbulence here is the equation of motion of force and moment, which is established when micromotion from a steady flight state is assumed in a coordinate system as shown in FIG. Now, assuming that Xa and ω are the position and angular velocity vector of the coordinate system in FIG. 6, the calculation of the position and attitude of the formation commander is performed as shown in FIG. In FIG. 7, in a block (71), the motion equation of the small disturbance is solved by the signals x a , θ, ω and the operation signals of the joystick and the like, and the signals x a and ω as the solutions are obtained. . Next block (72)
In the integration of the signals x a and ω is performed,
The signals x a and ω as the solution are obtained. Signal x a is,
While being fed back to the block (71), is converted been inertial coordinate transformation to the signal x e in block (73), is integrated and then in the subsequent block (74) signal x e is obtained. The signal ω is integrated in the block (75) to obtain a signal θ. Then, these signals x e and θ are given to the simulated view display device in block (76), and the corresponding image is displayed. Note that, as described above, the signal θ is also fed back to the block (71).
第8図に示されているグラフ図は、上記のモデルに対
して既存のT−2型航空機の空力微係数の値を用いたと
きの、δeおよびδaのインパルス応答の例示図であ
る。ここで、編隊長機の運動の特徴として指摘されるこ
とは: 1. 高度、速度、姿勢の変化する範囲が限られているこ
と、および、 2. 編隊飛行が主体のために急激な運動はしないこと、 である。The graph shown in FIG. 8 is an example of the impulse response of δ e and δ a when using the values of the aerodynamic derivatives of the existing T-2 aircraft for the above model. . The characteristics of the movement of the formation commander are: 1. The limited range of altitude, speed, and attitude changes; and 2. The rapid movement due to formation flight. Do not do.
また、教官は操縦以外の作業もしなければならないか
ら、ジョイスティックによる飛行操作の容易性を第一に
考慮して、空力微係数の値について適切な調整をした。
そして、この調整の結果としての前記δeおよびδaの
インパルス応答は第9図に示されるようになる。そし
て、この第9図において認められる特徴は: 1. 減衰がよくなっているために安定していること、お
よび、 2. 縦の長周期が大きくなっていて、姿勢の保持が容易
であること、 である。In addition, the instructor had to perform other tasks besides maneuvering. Therefore, taking into account the ease of flight operation with the joystick, the aerodynamic derivative was appropriately adjusted.
FIG. 9 shows the impulse response of δ e and δ a as a result of the adjustment. And the features observed in this Fig. 9 are: 1. Stable due to better damping, and 2. Longer longitudinal periods and easier posture holding. ,.
ところで、上記のような2個のシミュレーション実験
の入力としては、 −1.72(deg)の大きさの舵角(δe、δa)を0.3se
c間だけ印加する ようにされた、なお、これらの第8図および第9図は、
マルチ16(商品名)を用いて計算した結果を示すもので
ある。By the way, as inputs for the two simulation experiments as described above, a steering angle (δ e , δ a ) having a magnitude of −1.72 (deg) is set to 0.3se
FIGS. 8 and 9 are applied only during the period c.
This shows the result of calculation using Multi 16 (product name).
3.姿勢保持機能(ATTITUDE HOLD FUNCTION) ここに、姿勢保持(以後は、ATT HOLDと呼ぶ)とは、
ピッチ(θ)とロール(φ)とを一定に保持して、ヘッ
ディング・レイト(r)に基づいてヘッディング(Ψ)
だけが変化することである。3. Attitude hold function (ATTITUDE HOLD FUNCTION) Here, the attitude hold (hereinafter referred to as ATT HOLD)
With the pitch (θ) and the roll (φ) kept constant, the heading (Ψ) based on the heading rate (r)
The only thing that changes.
いわゆるT−2型航空機のATT HOLDとしては、第10図
においてブロックとして示されているような、オートパ
イロット機能が用いられている。この第10図において、
#1加算部(101A)ではθCOM、qおよびθが対応の極
性に従って加算され、#1増幅部(102A)で適当に増幅
されてδeが得られる。また、#2加算部(101B)では
φCOM、pおよびφが対応の極性に従って加算され、#
2増幅部(102B)で適当に増幅されてδaが得られる。
このようにして得られたδeおよびδaについて、ブロ
ック(103)で運動方程式が解かれ、その解としての
q、rおよびpが得られる。次のブロック(104)にお
いては、これらのq、rおよびpについて角速度の計算
がなされ、その結果としてのq、rおよびpが得られ
る。ここで、qおよびpはそれぞれに#1加算部(101
A)および#2加算部(101B)にフィードバックされ
る。最終のブロック(105)においては、前記のq、r
およびpについてオイラー角の計算がなされ、その結果
としてのθ、Ψおよびφが得られる。なお、ここでも、
θおよびφがそれぞれに#1加算部(101A)および#2
加算部(101B)にフィードバックされる。ところで、こ
のオートパイロット機能によれば、θ、φ、p、qをフ
ィードバックしてδe、δaを動かすことにより、前記
のθ、φが一定にされている。換言すれば、θ、φを一
定にするようなp、qが、δe、δaによって規定され
ることになる。As an ATT HOLD of a so-called T-2 type aircraft, an auto pilot function as shown as a block in FIG. 10 is used. In this FIG.
# 1 adding unit (101A) in theta COM, q and theta are added according to the polarity of the corresponding, [delta] e can be obtained is suitably amplified in # 1 amplifier section (102A). In the # 2 adder (101B), φ COM , p and φ are added according to the corresponding polarities, and
It is suitably amplified by the second amplifying unit (102B) and [delta] a is obtained.
With respect to δ e and δ a thus obtained, the equation of motion is solved in block (103), and q, r and p as the solutions are obtained. In the next block (104), the angular velocities are calculated for these q, r, and p, and the resulting q, r, and p are obtained. Here, q and p are respectively the # 1 adder (101
A) and are fed back to the # 2 adder (101B). In the final block (105), the above q, r
Euler angles are calculated for and p, resulting in θ, Ψ, and φ. Also here,
θ and φ are # 1 adder (101A) and # 2, respectively.
This is fed back to the adding unit (101B). Meanwhile, according to the auto-pilot function, theta, phi, p, by feeding back the q [delta] e, by moving the [delta] a, said theta, phi is a constant. In other words, theta, p such as to the φ constant, q is, [delta] e, will be defined by [delta] a.
これに対して、この発明の実施例によれば、オイラー
角(θ、φ、Ψ)と機体角速度との関係に注目して、適
当な式を用いることによりその姿勢を保持するようにさ
れる(第11図を参照)。即ち、この第11図において、ブ
ロック(111)で後述の第(4)式および第(5)式を
用いて、θCOM、φCOMおよびrに基づく計算を行い、そ
の結果としてのq、rおよびpが得られる。そして、次
のブロック(112)において、前記のq、rおよびpに
ついてオイラー角の計算を行い、その結果としてのθ、
Ψおよびφが得られることになる。On the other hand, according to the embodiment of the present invention, attention is paid to the relationship between the Euler angles (θ, φ, Ψ) and the body angular velocity, and the posture is maintained by using an appropriate equation. (See FIG. 11). That is, in FIG. 11, a calculation based on θ COM , φ COM and r is performed in block (111) using the following equations (4) and (5), and the resulting q, r And p are obtained. Then, in the next block (112), Euler angles are calculated for the above q, r, and p, and the resulting θ,
Ψ and φ are obtained.
なお、前記オイラー角(θ、φ、Ψ)と機体角速度と
の関係は次式で表されるものである。The relationship between the Euler angles (θ, φ, Ψ) and the body angular velocity is expressed by the following equation.
=p+q sinφtanθ+r cosφtanθ ・・・(1) =q cosφ−r sinφ ・・・(2) =q sinφsecθ+r cosφsecθ ・・・(3) ここで、φおよびθを一定にするために、(1)式お
よび(2)式をゼロとして、pおよびqについて解くこ
とにより次式のような結果が得られる。= P + q sinφtanθ + r cosφtanθ (1) = q cosφ−r sinφ (2) = q sinφsecθ + r cosφsecθ (3) Here, in order to keep φ and θ constant, formula (1) and By solving equation (2) with p and q as zero, the following equation is obtained.
p=−rtanθ/cosφ ・・・(4) q=rtanφ ・・・(5) このような関係式に基づき、姿勢を保持しようとする
時のθ、φ、Ψからp、qの計算を行うことにより、従
前のATT HOLDと同様な機能を果たすことができる。p = −rtanθ / cosφ (4) q = rtanφ (5) Based on such a relational expression, p and q are calculated from θ, φ, and の when the posture is to be held. Thereby, the same function as the conventional ATT HOLD can be performed.
4.外挿 計算機による計算時間を短縮するために、各プログラ
ムの実行フレームの間隔を大きくする方法がとられてい
る。しかし、運動方程式を解くためのプログラムに関す
るフレームを間引くと、模擬視界表示装置の画面が振動
するような不具合が生じて、フレーム毎の計算をする外
はなかった。そこで、模擬視界表示装置に出力される位
置情報および姿勢情報について、簡単な式で近似(外
挿)させることで前記の振動を防止するようにされる。
第12図には、従来から行われている方法が例示されてお
り、また、第13図には、この発明の実施例である外挿を
使用した方法が例示されている。まず、第12図におい
て、通常のプログラム(121)が流されており、偶数フ
レーム(122)での実行の結果であるデータおよび奇数
フレーム(123)での実行の結果であるデータが模擬視
界発生装置(124)に加わるようにされている。また、
第13図においては、通常のプログラム(131A)は偶数フ
レーム(132)で実行され、外挿が施された簡素化プロ
グラム(131B)は奇数フレーム(133)で実行されて、
その結果であるデータが模擬視界発生装置(134)に加
わるようにされている。この外挿の方法を用いることに
より、運動等に対応するプログラムの実行回数が減少し
て、計算時間の短縮を図ることができる。4. Extrapolation In order to reduce the calculation time by the computer, a method of increasing the interval between the execution frames of each program is adopted. However, when the frames related to the program for solving the equation of motion are thinned, a problem such as the screen of the simulated view display device vibrating occurs, and there is no other way than to perform the calculation for each frame. Therefore, the above-described vibration is prevented by approximating (extrapolating) the position information and the posture information output to the simulated view display device by a simple formula.
FIG. 12 illustrates a conventional method, and FIG. 13 illustrates a method using extrapolation which is an embodiment of the present invention. First, in FIG. 12, a normal program (121) is flowing, and data as a result of execution in an even frame (122) and data as a result of execution in an odd frame (123) generate a simulated view. It is adapted to join the device (124). Also,
In FIG. 13, the normal program (131A) is executed in the even frame (132), and the extrapolated simplified program (131B) is executed in the odd frame (133).
The resulting data is applied to the simulated view generator (134). By using this extrapolation method, the number of executions of the program corresponding to the exercise or the like can be reduced, and the calculation time can be reduced.
次に、この外挿の方法について説明する。 Next, this extrapolation method will be described.
第14図に示されている機能的ブロック図は、編隊長機
に対する位置および姿勢に関するプログラムの実行説明
図である。この第14図において、まず、ブロック(14
1)で安定座標系における微小擾乱運動方程式が解かれ
て、その結果としてのxaおよびωが得られる。次のブロ
ック(142)においては、これらの積分がなされて、そ
の結果としてのxaおよびωが得られる。これに続くブロ
ック(143)においては、xaに対する慣性座標系への変
換が、姿勢マトリクスに基づいてなされて、その結果と
してのxeが得られる。次のブロック(144)において
は、xeおよびωに基づいて位置・姿勢の計算がなされ
て、その結果としてのxeおよびLが得られ、これらがブ
ロック(145)での模擬視界表示装置に加わることにな
る。The functional block diagram shown in FIG. 14 is an explanatory diagram of the execution of a program relating to the position and the attitude with respect to the formation commander. In FIG. 14, first, the block (14
1) In been solved minute disturbances motion equation in the stable coordinate system, x a and ω is obtained consequently. In the next block (142), and these integrals have been made, x a and ω is obtained consequently. In the subsequent block (143), conversion to an inertial coordinate system relative to x a is made based on the attitude matrix, x e consequently obtained. In the next block (144), the position and orientation are calculated based on xe and ω, and the resulting xe and L are obtained, which are then sent to the simulated view display device in block (145). Will join.
なお、外挿処理は次のようにして行われるものであ
る。The extrapolation process is performed as follows.
1.位置の外挿: 位置(Xe)を時間tの関数としてテーラー展開を施す
と次式のようになる。1. Extrapolation of position: When the position (X e ) is subjected to Taylor expansion as a function of time t, the following expression is obtained.
また、 機体軸から慣性軸への座標変換マトリクスである。 Also, It is a coordinate transformation matrix from the body axis to the inertia axis.
なお、前記第14図においては、3次以降の微分値は求
めていないために、2次までのテーラ展開がなされる。In FIG. 14, since the differential values of the third and subsequent orders are not obtained, Taylor expansion up to the second order is performed.
2.姿勢の外挿: 4元数を外挿するやり方と、オイラー角を直接外挿す
るやり方とがあるが、より簡単な式で表されることか
ら、前者の4元数を外挿するやり方を選択する。2. Postural extrapolation: There are two ways to extrapolate the quaternion and the other way to extrapolate the Euler angle directly. Choose a way.
ここで、 は次式で求められる。 here, Is obtained by the following equation.
ただし、 また、姿勢角の外挿については、まず、姿勢角 をテーラー展開することにより次式が得られる。 However, For extrapolation of the posture angle, first, the posture angle The following equation is obtained by Taylor expansion of.
ただし、 については、文献[航空機力学入門](加藤寛一郎・大
屋昭男・柄沢研治著:東京大学出版会(1982年11月20
日)初版発行)の式1.36を微分することで次式が得られ
る。 However, For more information, see the literature [Introduction to Aircraft Mechanics] (Kanichiro Kato, Akio Oya, Kenji Karasawa: University of Tokyo Press (November 20, 1982)
The following equation is obtained by differentiating the equation 1.36 in (Sun) first edition.
ただし、A(i、j)がAの第(i、j)要素である
とすると、 A(1、1)=0 A(1、2)=cosφtanθ+cosφsec2θ A(1、3)=−sinφtanθ+cosφsec2θ A(2、1)=0 A(2、2)=−sinφ A(2、3)=−cosφ A(3、1)=0 A(3、2)=(cosφcosθ+sinφsinθ)/cos2θ A(3、3)=(−sinφcosθ+cosφsinθ)/cos2θ である。 However, if A (i, j) is the (i, j) element of A, A (1,1) = 0 A (1,2) = cosφtan θ + cosφsec 2 θ A (1,3) = − sinφtanθ + cosφsec 2 θ A (2,1) = 0 A (2,2) = - sinφ A (2,3) = - cosφ A (3,1) = 0 A (3,2) = (cosφcosθ + sinφsinθ) / cos 2 θ a (3,3) = - a (sinφcosθ + cosφsinθ) / cos 2 θ.
記号表: 編隊長機記号 Xe:慣性座標系X軸 Ye:慣性座標系Y軸 Ze:慣性座標系Z軸 U:X軸の速度 V:Y軸の速度 W:Z軸の速度 p:ローリング角速度 q:ピッチング角速度 r:ヨーイング角速度 :ローリング角加速度 :ピッチング角加速度 :ヨーイング角加速度 X:位置マトリクス W:角速度マトリクス L:姿勢マトリクス e:4元数マトリクス E:姿勢角マトリクス δ(L)t:ポテンショメータ値(横) δ(L)n:ポテンショメータ値(縦) Kθ、Kφ:フィードバック・ゲイン 自機記号 XE:慣性座標系X軸 YE:慣性座標系Y軸 ZE:慣性座標系Z軸 UAC:X軸の速度 VAC:Y軸の速度 WAC:Z軸の速度 pAC:ローリング角速度 qAC:ピッチング角速度 rAC:ヨーイング角速度 L1〜3、M1〜3、N1〜3:姿勢マトリクス要素 [発明の効果] 以上説明されたように、この発明に係るフォーメーシ
ョン・セット機能を有する編隊飛行訓練方式は、模擬視
界装置を有するフライト・シミュレータによる方式にお
いて、フォーメーション・セットを具備させることによ
り、自機の姿勢の変化に拘わらず、追尾対象の編隊長機
が模擬視界上の一定の位置で見えるようにして、前記編
隊長機がロストしたときに、即座に前記編隊長機との編
隊を組むことが可能にされており、また、編隊飛行訓練
を実現させるために前記フライト・シミュレータにおい
て行われる計算のためのプログラムについて、所定の外
挿処理を施すことにより、その計算に要する時間の短縮
が可能にされていることから、より的確な編隊飛行訓練
が短時間で行われるという効果が奏せられるものであ
る。Symbol table: flight length machine symbol X e: inertial coordinate system X-axis Y e: inertial coordinate system Y axis Z e: inertial coordinate system Z axis U: speed of X-axis V: speed of the Y-axis W: speed of the Z-axis p : Rolling angular velocity q: Pitching angular velocity r: Yawing angular velocity: Rolling angular acceleration: Pitching angular acceleration: Yawing angular acceleration X: Position matrix W: Angular velocity matrix L: Posture matrix e: quaternion matrix E: Posture angle matrix δ (L) t: Potentiometer value (horizontal) δ (L) n: Potentiometer value (vertical) Kθ, Kφ: Feedback gain Own machine symbol X E : Inertial coordinate system X axis Y E : Inertial coordinate system Y axis Z E : Inertial coordinate system Z axis U AC : Speed of X axis V AC : Speed of Y axis W AC : Speed of Z axis p AC : Rolling angular velocity q AC : Pitching angular velocity r AC : Yawing angular velocity L 1-3 , M 1-3 , N 1 to 3: as described pose matrix element [effect of the invention] above, this A formation flight training method having a formation set function according to Ming is a method based on a flight simulator having a simulated viewing device. The captain's aircraft can be seen at a fixed position on the simulated field of view, and when the captain's aircraft is lost, it can immediately form a formation with the captain's aircraft. By performing a predetermined extrapolation process on a program for calculation performed in the flight simulator in order to realize the above, the time required for the calculation can be reduced, so that a more accurate formation flight The effect is that training is performed in a short time.
第1図は、この発明の一実施例を示す全体構成図、第2
図は、上記実施例を説明するための、編隊長機と自機と
の相対的な位置関係の例示図、第3図は、編隊飛行の訓
練をしているときに、訓練生卓の模擬視界映像表示部で
表示される映像の例示図、第4図は、自機の角速度に基
づく編隊長機の速度ベクトルの例示図、第5図は、上記
実施例においてフォーメーション・セット機能を付加す
ることに関する説明図、第6図は、上記実施例に適用さ
れる座標系の例示図、第7図は、上記実施例において編
隊長機の位置および姿勢の計算に関する説明図、第8図
および第9図は、ある所定のモデルに対して既存の航空
機の空力微係数の値を用いたときの、δeおよびδaの
インパルス応答の例示図、第10図は、従来技術において
ATT HOLDを達成するためのオートパイロット機能部の例
示図、第11図は、発明の実施例によってATT HOLDを達成
するときの説明図、第12図は、従来からの電子計算機に
よるプログラム実行の例示図、第13図は、この発明にお
いて外挿を使用したときの、電子計算機によるプログラ
ム実行の例示図、第14図は、編隊長機に対する位置およ
び姿勢に関するプログラムの実行説明図である。 (1)は教官卓、(11)は教官用計器、(12)はスロッ
トル・レバー、(13)はジョイ・スティック、(14)は
フォーメーション・セット機能キー、(15)は姿勢保持
(ATTITUDE HOLD)機能キー、 (2)は訓練生卓、(21)は訓練生用計器、(22)はス
ピーカ、(23)は操舵力発生機、(24)は模擬視界映像
表示部、(25)は動揺装置、 (3)は模擬視界映像発生装置、 (4)は電子計算機、(41)は#1模擬プログラム、
(42)は#2模擬プログラム。FIG. 1 is an overall configuration diagram showing one embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a view showing an example of the relative positional relationship between the formation captain and the own aircraft for explaining the above-described embodiment. FIG. 3 is a view showing a simulation of a trainee table when training formation flight. FIG. 4 is a view showing an example of an image displayed on the view image display unit, FIG. 4 is a view showing an example of a velocity vector of the formation commander based on the angular velocity of the own aircraft, and FIG. 5 is a case where a formation set function is added in the above embodiment. FIG. 6 is an illustration of a coordinate system applied to the above embodiment, FIG. 7 is an illustration of the calculation of the position and attitude of the formation commander in the above embodiment, FIG. 8 and FIG. FIG. 9 is a diagram showing an example of the impulse response of δ e and δ a when the value of the aerodynamic derivative of an existing aircraft is used for a given model. FIG.
FIG. 11 is an illustration of an auto-pilot function unit for achieving ATT HOLD, FIG. 11 is an explanatory diagram when achieving ATT HOLD according to an embodiment of the present invention, and FIG. 12 is an example of program execution by a conventional computer. FIG. 13 is an illustration of an example of program execution by an electronic computer when extrapolation is used in the present invention, and FIG. 14 is an explanatory diagram of execution of a program relating to the position and attitude to the formation commander. (1) Instructor desk, (11) Instructor instrument, (12) Throttle lever, (13) Joystick, (14) Formation set function key, (15) Attitude hold (ATTITUDE HOLD) ) Function key, (2) trainee table, (21) trainee instrument, (22) speaker, (23) steering force generator, (24) simulated view image display, (25) Shaking device, (3) simulated view image generating device, (4) electronic computer, (41) # 1 simulation program,
(42) is # 2 simulation program.
フロントページの続き (72)発明者 古村 哲夫 神奈川県鎌倉市上町屋345番地 三菱プ レシジョン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−85076(JP,A) 実開 平2−146677(JP,U) 実開 平3−127371(JP,U)Continued on the front page (72) Inventor Tetsuo Furumura 345 Kamimachiya, Kamakura City, Kanagawa Prefecture Inside Mitsubishi Precision Co., Ltd. (56) References JP-A-57-85076 (JP, A) U) Hikaru 3-127371 (JP, U)
Claims (1)
ータによる編隊飛行訓練方式において、フォーメーショ
ン・セット機能を具備させることにより、自機の姿勢の
変化に拘わらず、追尾対象の編隊長機が模擬視界上の一
定の位置で見えるようにして、前記編隊長機がロストし
たときに、即座に前記編隊長機との編隊を組み直すこと
が可能にされていることを特徴とするフォーメーション
・セット機能を有する編隊飛行訓練方式。In a formation flight training method using a flight simulator having a simulated view device, a formation set function is provided so that a formation-capturing target aircraft to be tracked can be simulated regardless of a change in its attitude. The formation set function is characterized in that it is made visible at a certain position above, and when the captain machine is lost, the formation with the formation captain machine can be immediately reconfigured. Formation flight training system.
Priority Applications (1)
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JPH02248983A JPH02248983A (en) | 1990-10-04 |
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