RU21971U1 - Летный тренажер - Google Patents

Abstract

Летный тренажер для обучения приемам визуального пилотирования самолетов, содержащий три кабины пилотов, приборную доску с приборами-имитаторами, штатными органами управления, соединенными с системой загрузки, бортовую цифровую вычислительную машину (БЦВМ), соединенную с аналого-цифровыми и цифроаналоговыми преобразователями (АЦП и ЦАП), ЦВМ обработки данных, блок датчиков углового положения летательного аппарата (ЛА), генератор случайных возмущений, блок отказов оборудования, навигационную систему, систему автоматического управления, соединенную с блоком сервоприводов, систему магнитной записи, пульты операторов, дисплеи, отличающийся тем, что в него введены система цифрового синтеза изображений, система имитации внешней ориентировки в виде экранов, установленных перед летчиком в третьей кабине, телевизионная передающая камера, соединенная с видеоконтрольным устройством-дисплеем, блоки режимов тренировки, причем первый вход системы цифрового синтеза связан с навигационной системой, второй вход - с пультом отказов, первый выход соединен с системой внешней ориентировки, второй выход - с дисплеем ведущего инженера, выход навигационной системы соединен с АЦП, а выход блоков режимов тренировки соединен с дисплеем и ведущего инженера и инструктора.

Description

ЛЕТНЫЙ ТРЕНАЖЕР

Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к тренажеростроению и может быть использовано для обучения летного состава приемам выполнения визуальиоГ посадки и приземления при проведении летных испытаний в области автоматизации управления летательными аппаратами.

Известна 1 летающая лаборатория (ЛЛ) фирмы Груммап на базе самолета «Гольфстрим II, предназначенная для тренировки экипажа и отработки аппаратуры орбитальной ступени многоразового транспортного космического корабля (МТКК) тина «Спейс Шаттл. Самолет STA должен был обеспечмгь моделирование движения МТКК с учетом основных требовапий: точного воспроизведения движения кабины, наличия органов управления и приборного оборудования., аналогичных установленньгх на МТК.

Моделирование требуемых динамических характеристик обеспечивается с помощью цифровой системы DAS, которая включает БЦВМ, датчики, устройства Г1реобразования и индикации. Для более точного моделирования динамики МТКК к обь;чным поверхностям управления самолета добавлены специальные поверхности управления, модиф1щирована штатная система управления, реализовано реверсирование тяги двигателей в полете. Управление движением центра масс обеспечивается реверсом тяги

двигателя, дополнительными поверхностями управления боковой силой, закрылками, создающими подъёмную силу. Руль высоты, руль направления, элероны имеют конфигурацию такую же, как на обычном самолете. Система управления реверсом тяги автоматически изменяет тягу для поддержания требуемой скорости на всей траектории.

Место левого пилота оборудовано органами управления и приборами МТКК. Правая часть кабины, предназначенная для страхующего летчика, имеет обычную компоновку с добавлением средств индикации от системы DAS при возникновении огказов.

ЛЛ создавалась в основном как средство для тренировки экипажа, но в тоже время позволяет вырабатывать требования к аппаратуре наведения, оценивать опытные образцы вычислительной техники, корректировать динамические характеристики МТКК.

Особенности системы управления заключается в использовании БЦВМ для реализации модели МТКК и выработки управляющих команд, а также включении в модель навигационных параметров, обеспечивающих управление траекторным движением. Отслеживание траектории полета осуществляется с помощью систем навигации, которые должны устанавливаться на борту МТКК. Ввод в модель сигналов этих систем приводит к выработке управляющих команд, устраняющих ошибки между параметрами самолета и модели.

Для решения задач, связанных с тренировкой экипажей, отслеживание модели должно производиться с учетом параметров

короткопериодического траекторного движения МТКК на этапах захода на посадку и посадке. При создании модели предусмотрена точная имитация систем управления навигации и наведения, а также полномасштабное нелинейное моделирование динамики движения

МТКК. Для повышения эффективности обучения космонавтов предусмотрено моделирование возмущающих воздействий, нодача которых осуществляется через панель ввода данных.

Однако данная ЛЛ не позволяет производить тренировку летчиков в режиме визуальной посадки; выдерживается шдаииая траектория в приборном полете для конкретного Л А. Перестройка на другие конструкции не производится.

Известна I летающая лаборатория (ЛЛ) на базе пассажирского самолета VFW-614 фирмы МВБ, конструкция которой принята за прототип, с переменными характеристиками устойчивости и управляемости (ATTAS).

На ЛЛ решались задачи имитации в полете динамики конкретных самолетов, задачи, связанные с отработкой концепций систем управления и бортового оборудования, отработкой компоновок пилотской кабины, исследование цифровых электродистанционных систем управления (ЭДСУ), создания самолетов, определяемых системой управления.

ЛЛ оборудована тремя отдельными кабинами, причем каждая из них может быть использована для управления самолетом. Первая кабина - кабина правого летчика, осуществляющего транспортные и страховочные функции. При отказах ЭДСУ, о чем можно судить по сигнализации или по эволюциям ЛЛ, правый летчик может отключать ЭДСУ кнопкой быстрого отключения на штурвале и взять управление на себя. Вторая кабина - кабина левого летчика предназначена для управления моделируемым ЛА. Она оснащена дисплеями, рычагами управления, связанными с ЭДСУ и др. Третья кабина размещена в передней секции пассажирского салона сразу же за местом правого летчика. Эта кабина предназначена для отработки в полете различных решений по компоновке и оборудованию кабин

перспективных самолетов. С помощью третьей кабины отрабатываются режимы полета по приборам. Поскольку визуальный обзор в этой кабине отсутствует, то данная ЛЛ не позволяет производить обучение и тренировку летного состава с использованием внекабинного пространства. Кроме того, при закрытой кабине и отсутствии информации закабинного пространства даже с участием инструктора, система небезопасна.

Целью создания полезной модели является разработка структуры летного тренажера для обучения летного состава навыкам выполнения визуальных режимов ручного управления.

Для выполнения данной цели в летный тренажер для обучения приемам пилотирования при визуальной посадке самолетов, содержащего кабины пилотов, приборные доски с приборами имитаторами, щтатными органами управления, соединенными с системами загрузки, бортовую вычислительную машину (БЦВМ), соединенную с аналого-цифровыми и цифро-аналоговыми преобразователями (АЦП и ЦАП), ЦВМ обработки данных, блок датчиков углового положения летательного аппарата (Л А), генератор случайных возмущений, блок отказов оборудования, навигационную систему, систему автоматического управления, соединенную с блоком сервоприводов, систему магнитной записи, пульты операторов, дисплеи, в него введены система цифрового синтеза изображений, система имитации внешней ориентировки в виде экранов, установленных перед летчиком в третьей кабине, телевизионная передающая камера, соединенная с видеоконтрольным устройством - дисплеем, блоки режимов тренировки, причем первый вход системы цифрового синтеза связан с навигационной системой, второй вход - с пультом отказов, первый выход соединен с системой внешней ориентировки, второй, выход с с д плеем ведущего инженера, выход навигационной системы нен с ЦАП, а выход блоков режимов тренировки соединен с еем ведущего инженера и инструктора. На фиг. 1 изображены: 1-система внещней ориентировки летчика-система визуализации (СИВО), 2- блоки систем загрузки органов управления, 3- блоки режимов тренировки, 4- система автоматического управления (САУ), 5- блоки управления сервоприводами, 6- приборная доска пилота, 7- экспериментальные органы управления, 8- согласующее устройство 9, И - аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, 12- система информационно-измерительных средств, 11ч 13-датчик углового положения самолета, 14-телевизионная передающая камера, 15- система цифрового синтеза изображений (СЦСИ), 16- блок согласования системы отображения информации (СОИ), 17- навигационная система, 18- генератор случайных возмущений, 19- ЦВМ обработки данных, 20- система бортовых измерений (СБИ), 21- командный отсек с пультами управления, 22- дисплеи (электронные индикаторы),

25- пульт инструктора,

26- пульт оператора БЦВМ,

27- пульт оператора СБИ,

28- система магнитной записи,

29- система управления базой данных,

30- база данных (БД),

31- видеопроцессор.

На фиг.2 изображен вид кабины тренируемого,

На фиг.З изображена кабина тренируемого, вид сверху.

На фиг.4 изображена блок - схема системы ци(|)ро1юго сии ге:ш изображений.

На фиг.З изображена топология элементов для образования внекабинной обстановки в трехмерном пространстве.

Летный тренажер содержит кабины пилотов - приборные доски 6 с приборами-имитаторами, с экспериментальными и штатными органами управления 7, соединенные с системами загрузки 2; бортовая вычислительная машина БЦВМ-10, соединена с согласующими устройствами 8, аналого-цифровыми и цифро-аналоговыми преобразователями АЦП-9 и ЦАП-11, ЦВМ обработки данных 19, блок датчиков углового положения Л А 13, генератор случайных возмущений 18, блок (пульт) отказов оборудования 24, навигационная система 17 соединена с системой цифрового синтеза 15, система автоматического управления 4 соединена с блоком сервоприводов 5, вход блоков согласования СОИ-16 соединен с системой цифрового синтеза 15, а выход-с ЦАП-9, система магнитной записи 28 соединена с системой бортовой информации 20, вход которой соединен с первым выходом блока датчиков углового положения Л А-13, а второй его выход соединен с ДАН-11. Пульты операторов 26 и 27, ведущего инженера

23 соединены соответственно с входом БЦВМ-10, с ЦВМ-19 обработки данных, с передающей телевизионной камерой 14 и системой цифрового синтеза 15 с блоками режимов тренировки 8, а пульт инструктора 25 соединен с генератором случайных возмущений 18 и блоками режимов тренировки 3. Выход системы цифрового синтеза 15 соединен с системой внешней ориентировки 1, а вход её соединен с навигационной системой 17 и приборами приборной доски 6. Передающая телевизионная камера 14 соединена с видеоконтрольным устройством - дисплеем 22.

Основная цель использования третьей кабины, иыполнепной в виде модуля, повышение эффективности и полноты тренировки летного состава за счет выполнения полетов по реальным трассам, взаимодействие со средствами управления воздушным движением (УВД) и реальными внешними возмущениями.

Экспериментальная система управления обладает значительными возможностями моделирования в полете динамики других ЛА благодаря широкому применению ЭВМ, доработки систем управления в части создания ЭДСУ и реализации дополнительных возможностей управляющих поверхностей, установке третьей кабины.

В системе управления принята схема отслеживания ЛЛ параметров движения моделируемого ЛА, получаемых при решении на ЭВМ его уравнений движения в реальном масштабе времени. Входными сигналами для модели служат отклонения рычагов 7 управления ЛЛ, сигналы генераторов случайных возмущений 18, атмосферных порывов и имитаторы отказов 24. На БЦВМ-10 реализованы также алгоритмы формирования управляющих сигналов для отслеживания модели, которые учитывают различие в расположении летчиков на ЛЛ и моделируемом ЛА.

ЛА оборудован бортовой системой сбора бортовой информации СБИ.

Организация информационно - управляющей среды пилота обеспечивает обработку массива информационно - управляющего потока в целях предъявления экипажу в удобном для восприятия виде; соответствие информационно - управляющего потока пропускной способности пилота; предъявление минимально необходимого объема информации, достаточного для включения летчика в процесс управления в нормальных условиях функционирования, ц нештатных и аварийных сигуациях; возможность постоянного контроля ситуации с необходимой степенью глубины; возможность реконфигурации систем в диалоговом (автоматизированном) и оперативном (ручном) режимах управления; возможность мгновенного включения летчика (экипажа) в режим ручного управления по отдельно взятому каналу или по всем каналам.

Модуль третьей кабины - инструмент, позволяющий на всех этапах полета в реальном масщтабе времени имитировать работу информационно - измерительных и пилотажно-навигационных систем, движение центра масс и вокруг центра масс, оценивать характеристики устойчивости и управляемости ЛА, имитировать с помощью загружателей щарнирные моменты, действующие на рулевые приводы.

Моделируются воздействия среды на чувствитель}|ые элементы системы управления и на рулевые поверхности. Результаты вычислений передаются на бортовые имитаторы. Все афегаты системы и индикаторы работают в настоящем полете. Летчики и операторы, пользуясь показаниями приборов, через ручку управления, педали и другие органы управления, пилотируют

самолет. Рулевые приводы, преодолевая сопротивление имитаторов внешних аэродинамических нагрузок, отклоняют поверхности управления, положение которых передается в БЦВМ-10 на модель движения, тем самым, замыкая контур на соответствующих этапах полета, т.е. на планировании и посадке, моделируется и режим автоматического управления.

Сложность полунатурного моделирования заключается в обеспечении реального масштаба времени решения задачи в моделирующей БЦВМ. Такт работы бортовых БЦВМ составляет 33 миллисекунды, в течение которых в моделирующей ЭВМ решаются все задачи. Летный тренажер позволяет проводить подготовку и предполетную тренировку экипажей Л А для отработки методики пилотирования, навыков выхода из нештатных ситуаций при различных отказах систем.

Командный отсек - пульты летного тренажера 23, 25, 26, 27 представлен с полным штатным размещений в нем пилотажных приборов, индикаторов световых табло, ручек, кнопок и т.п., то есть всего, что видит экипаж и через что он может воздействовать на самолет в полете. Все остальные, в том числе модели движения, модели работы систем и агрегатов, представлены в виде программ, загруженных в моделирующую БЦВМ-10. Организовано рабочее место инструктора, пульт 25, с которого вводятся «случайные отказы в работе систем и могут задаваться изменения погодных условий. Телевизионная передающая камера 14 устанавливается в третьей кабине для психофизиологического контроля летчика со стороны руководителя работы.

Перед третьей кабиной установлена система внешней ориентировки 1 - визу изации закабинного пространства, которая в масштабе, соответствующем высоте «полете и под необходимым

ракурсом в зависимости от углового положения ЛА представляет экипажу изображение горизонта, облачности, земной поверхности с ВПП, как в реальном полете в районе проведения ЛИ и тренировок.

Синтезирование цветных растровых изображений в реальном времени при имитации визуальной обстановки полета в летном тренажере предполагап. г, что в основу положена концепция процессора зоны изображения. Для этого необходимы данные о возможностях отображения текстуры поверхностей.

Система цифрового синтеза изображений 15-(СЦСИ) система имитации внешней ориентировки 1 - (СИВО) иыполпяег синте:1 изображений из укрупненных элементов и является основным принципом построения синтезирующих СИВО тренажера. Онд обеспечивает ограниченную степень адекватности реальной визуальной обстановке. Изображение строится из фигур (тел), многогранников, с размерами, значительно превышающими предельную разрешающую способность глаза в имитируемых условиях. Тела строятся из более простых элементов: граней, ребер, вершин (точек). Пирамида таких элементов изображена на фиг.5. Организация и управление базы данных 29 и 30 на неравномерной сетке, соответствует схеме фиг. 4. Алгоритмическое обеспечение предназначено для кадрирования (выделения «окон из «мирового пространства изображения СИВО-1 тренажера), удаления невидимых граней, окрашивания поверхностей, построение теней. В СИВО- одновременно демонстрируется не более 10 граней. Наряду с плоскими гранями, которые являются плоскостями кусочно-линейной аппроксимации на неравномерной двух- и трехмерной сетке, используются нелинейные аппроксимирующие поверхности.

Центрально - проективное преобразование объемной сцены в плоское изображение применительно к СИВО в видеопроцессоре 31, характеризуется формулами

(. - -УК. )2. - (П- - . )п + (. - . К:..,.

(« -..Х. -(ix .-сК. -(. -.)-,л

2 д/,(у, - )з. + (; - )32+(. -. X.. .2)

f t гrj .XTFТГЧ.X f--Wr-fч

(« - .c).. + (П. - .c.), + (2, - Z,J

Здесь предполагается, что фокальная плоскость изображения точки с координатами X,Y,Z параллельна плоскости связанной

системы координат самолета (,7,2). А/,- фокусное расстояние,

.,Z - координаты ЛА в нормальной земной системе координат;

fipfij.-. направляющие косинусы.

Удаление невидимых элементов, например, если поле рельефа и визуальной видимости его вершины в дневных условиях хорошей погоды, )Согда это определяется геометрическим условием прямой видимости, происходит следующим образом. Если Л ..),, ,/:. и

g,,7g4,Z,(, - координаты ЛА и вершины в нормальной земной

системе координат, то условие видимости с точностью до ошибок аппроксимации рельефа местности можно записать

7,Л1 -77) + К,,;/ /,,(1 -;/) + A,,/7,Z,,,(1 - V) + Z.,(3)

Здесь J(X, функция, аппроксимирующая поле рельефа, параметр, пробегающий значение от 1 до 0.

13

При поэлементном преобразовании одновременно с проецированием координат видимого предельного элемента (точки) идет передача его яркости и цвета. Поле визуального контраста земной поверхности есть совокупность скалярных полей, среди которых рельеф местности, яркость (освещенность) и цвет являются основными. Эти компоненты векторного поля визуального контраста реализуются в базах данных (БД), и здесь же осуществляется управление или (программирование) в соответствии со временем суток, метеоусловиями, высотой Солнца и др. При рассматриваемом поэлементном синтезе кадра изображения происходит передача значений компонент векторного оптического поля, сопровождающая центрально - проективное преобразование (1,2) и удаление невидимых элементов, осуществляемых в видеопроцессоре 31.

Система СЦСИ-15 может применяться для имитаций условий полета днем, в сумерки и ночью, при различных атмосферных условиях. Система используется для имитации картин внекабинной обстановки полета, содержащего до 500 поверхностей в одном кадре, причем задержки составляют до 60 мс.

1.Берестов Л.М., Горин В.В. Моделирование динамики управляемого полета на летающих лабораториях. М., Машиностроение, 1988.

2.Красовский А.А. Основы теории авиационных тренажёров. М., Машиностроение, 1995, стр. 219.

ЛИТЕРАТУРА

Claims (1)

1. Летный тренажер для обучения приемам визуального пилотирования самолетов, содержащий три кабины пилотов, приборную доску с приборами-имитаторами, штатными органами управления, соединенными с системой загрузки, бортовую цифровую вычислительную машину (БЦВМ), соединенную с аналого-цифровыми и цифроаналоговыми преобразователями (АЦП и ЦАП), ЦВМ обработки данных, блок датчиков углового положения летательного аппарата (ЛА), генератор случайных возмущений, блок отказов оборудования, навигационную систему, систему автоматического управления, соединенную с блоком сервоприводов, систему магнитной записи, пульты операторов, дисплеи, отличающийся тем, что в него введены система цифрового синтеза изображений, система имитации внешней ориентировки в виде экранов, установленных перед летчиком в третьей кабине, телевизионная передающая камера, соединенная с видеоконтрольным устройством-дисплеем, блоки режимов тренировки, причем первый вход системы цифрового синтеза связан с навигационной системой, второй вход - с пультом отказов, первый выход соединен с системой внешней ориентировки, второй выход - с дисплеем ведущего инженера, выход навигационной системы соединен с АЦП, а выход блоков режимов тренировки соединен с дисплеем и ведущего инженера и инструктора.