АВИАЦИОННЫЙ ТРЕНАЖЕР МОДУЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ

Изобретение относится к техническим средствам для профессиональной подготовки летного состава и предназначено для использования при обучении и тренировках летчиков по всему комплексу задач, связанных с пилотированием, навигацией и боевым применением летательного аппарата с использованием имеющихся на борту приборов, оборудования и систем, включая действия в особых случаях в полете.

Известны комплексные авиационные тренажеры, содержащие рабочие места обучаемого и инструктора, оборудованные органами управления, приборными досками устройствами индикации, систему управления, систему визуализации внешней обстановки, систему подвижности и вычислительный комплекс с локальной компьютерной сетью (GB 2260304 А, G 09 В 9/08, 14.04.1993; US 4599070 A, G 09 В 9/08, 08.07.1986; RU 24583 U1, G 09 В 9/08, 10.08.2002; RU 32623 U1, G 09 В 9/08, 20.09.2003).

Однако известные тренажеры характеризуются низкой эффективностью подготовки летного состава, что объясняется ограниченными функциональными возможностями используемых структур построения.

Наиболее близким к предложенному является авиационный тренажер, содержащий модули макета кабины летчика и рабочего места инструктора, блок модулей отображения информации в закабинном пространстве, блок модулей, реализующих имитацию акселерационных ощущений, а также взаимосвязанные блок программных модулей системы объективного контроля, имеющие соответствующие соединения со всеми перечисленными блоками функциональных модулей (RU 2087037 С1, G 09 В 9/08, 10.08.1997).

Недостаток указанного тренажера также связан с невысокой эффективностью обучения летчиков, обусловленной несовершенством его системы объективного контроля.

Задачей изобретения является создание эффективного авиационного тренажера, при использовании которого обеспечивается технический результат, проявляющийся в повышении приобретаемых летчиками профессиональных навыков и снижении времени подготовки летчиков.

Технический результат достигается тем, что в авиационном тренажере модульной конструкции, содержащем модуль макета кабины летчика с блоком модулей имитаторов средств отображения информации на рабочем месте обучаемого и блоком модулей имитаторов органов управления на рабочем месте обучаемого, модуль рабочего места инструктора с блоком модулей средств отображения информации на рабочем месте инструктора и блоком модулей средств управления на рабочем месте инструктора, блок модулей отображения информации в закабинном пространстве, блок модулей, реализующих имитацию акселерационных ощущений, а также взаимосвязанные блок программных модулей системы объективного контроля, вход которого подключен к одному из выходов модуля рабочего места инструктора, а выходы - к первым входам модулей макета кабины летчика и рабочего места инструктора, и блок программных модулей имитации и управления, вход которого соединен с другим выходом модуля рабочего места инструктора, а выходы - со вторыми входами модулей макета кабины летчика и рабочего места инструктора и входами блока модулей отображения информации в закабинном пространстве и блока модулей, реализующих имитацию акселерационных ощущений, - блок программных модулей системы объективного контроля представляет собой подключенную к программным модулям вычислительной системы тренажера систему подготовки данных для анализа пилотирования, которая включает в себя программные модули выбора параметров, программные модули интерпретации полетных заданий, программные модули определения участков пилотирования, программные модули выделения на участках заданных значений параметров, программные модули сравнения текущих значений параметров с заданными, программные модули задания на участках признаков эталонных ошибок, программные модули выявления отклонений от заданных значений параметров, программные модули вычисления количественных оценок и программные модули выявления характерных ошибок пилотирования, при этом входы программных модулей определения участков пилотирования соединены с выходами программных модулей выбора параметров и программных модулей интерпретации полетных заданий, а выходы - со входами программных модулей выделения на участках заданных значений параметров, входы программных модулей сравнения текущих значений параметров с заданными подключены к выходам программных модулей выделения на участках заданных значений параметров, программных модулей задания на участках признаков эталонных ошибок и соответствующему выходу программных модулей выбора параметров, а выходы - ко входам программных модулей выявления отклонений от заданных значений параметров, входы программных модулей вычисления количественных оценок соединены с выходами программных модулей выявления отклонений от заданных значений параметров, а выходы - со входами программных модулей выявления характерных ошибок пилотирования, входами системы подготовки данных для анализа пилотирования являются входы программных модулей выбора параметров, а ее выходами - выходы программных модулей вычисления количественных оценок и программных модулей выявления характерных ошибок пилотирования.

Достижению технического результата способствую частные существенные признаки изобретения.

Блок программных модулей имитации и управления включает в себя блок программных модулей имитации внешней обстановки, блок программных модулей имитации объекта управления, блок программных модулей имитации силовой установки, блок программных модулей имитации системы управления вооружением, блок программных модулей имитации подсистем бортового оборудования и блок программных модулей бортовых алгоритмов боевого применения.

Блок программных модулей имитации внешней обстановки содержит программный модуль стандартной атмосферы, программный модуль атмосферных возмущений (ветра), программный модуль рельефа, программный модуль взаимодействия с объектами, программный модуль целей и программный модуль акустической обстановки.

Блок программных модулей имитации объекта управления содержит программный модуль расчета полного пространственного движения, программный модуль расчета аэродинамических характеристик и программный модуль квазистатической модели шасси.

Блок программных модулей имитации силовой установки содержит программный модуль тяги, программный модуль расходов и программный модуль оборотов.

Блок программных модулей имитации системы управления содержит программный модуль датчиков, программный модуль фильтров, программный модуль основного и резервного контуров управления, программный модуль динамических моделей приводов, программный модуль управления тормозным щитком и блок моделей автоматического и полуавтоматического режимов управления.

Блок программных модулей имитации подсистем бортового оборудования содержит программный модуль датчиков полетной информации, программный модуль системы навигации, программный модуль системы воздушных сигналов, программный модуль системы управления общесамолетным оборудованием, программный модуль комплексной системы регистрации полетной информации и программный модуль отказов в системе бортового оборудования.

Блок программных модулей имитации системы управления вооружением содержит программный модуль системы управления оружием, программный модуль комплексной оптико-локационной станции, программный модуль подвешиваемых грузов и программный модуль комплекса обороны.

На фиг.1 представлена структурная схема предложенного авиационного тренажера, на фиг.2 - функциональная схема блока программных модулей системы объективного контроля, а на фиг.3 - функциональная схема блока программных модулей имитации и управления.

На фиг.1 обозначены: модуль 1 макета кабины летчика с блоком 2 модулей имитаторов средств отображения информации на рабочем месте обучаемого и блоком 3 модулей имитаторов органов управления на рабочем месте обучаемого, модуль 4 рабочего места инструктора с блоком 5 модулей средств отображения информации на рабочем месте инструктора и блоком 6 модулей средств управления на рабочем месте инструктора, блок 7 модулей отображения информации в закабинном пространстве, блок 8 модулей, реализующих имитацию акселерационных ощущений, а также взаимосвязанные блок 9 программных модулей системы объективного контроля и блок 10 программных модулей имитации и управления. Вход блока 9 программных модулей системы объективного контроля подключен к одному из выходов модуля 5 рабочего места инструктора, а выходы - к первым входам модуля 1 макета кабины летчика и модуля 4 рабочего места инструктора. Вход блока 10 программных модулей имитации и управления соединен с другим выходом модуля 1 рабочего места инструктора, а выходы - со вторыми входами модуля 1 макета кабины летчика и модуля 4 рабочего места инструктора и входами блока 7 модулей отображения информации в закабинном пространстве и блока 8 модулей, реализующих имитацию акселерационных ощущений.

На фиг.2 обозначены: подключенная к программным модулям 11 вычислительной системы тренажера система 12 подготовки данных для анализа пилотирования, программные модули 13 выбора параметров, программные модули 14 интерпретации полетных заданий, программные модули 15 определения участков пилотирования, программные модули 16 выделения на участках заданных значений параметров, программные модули 17 сравнения текущих значений параметров с заданными, программные модули 18 задания на участках признаков эталонных ошибок, программные модули 19 выявления отклонений от заданных значений параметров, программные модули 20 вычисления количественных оценок, программные модули 21 выявления характерных ошибок пилотирования и модуль 22 сопряжения с интегральной системой объективного контроля. Входы программных модулей 15 определения участков пилотирования соединены с выходами программных модулей 13 выбора параметров и программных модулей 14 интерпретации полетных заданий, а выходы - со входами программных модулей 16 выделения на участках заданных значений параметров. Входы программных модулей 17 сравнения текущих значений параметров с заданными подключены к выходам программных модулей 16 выделения на участках заданных значений параметров, программных модулей 18 задания на участках признаков эталонных ошибок и соответствующему выходу программных модулей 13 выбора параметров, а выходы - ко входам программных модулей 19 выявления отклонений от заданных значений параметров. Входы программных модулей 20 вычисления количественных оценок соединены с выходами программных модулей 19 выявления отклонений от заданных значений параметров, а выходы - со входами программных модулей 21 выявления характерных ошибок пилотирования. Входами системы 12 подготовки данных для анализа пилотирования являются входы программных модулей 13 выбора параметров, а ее выходами - выходы программных модулей 20 вычисления количественных оценок и программных модулей 21 выявления характерных ошибок пилотирования.

На фиг.3 обозначены: входящие в блок 10 программных модулей имитации и управления блок 22 программных модулей имитации внешней обстановки, блок 23 программных модулей имитации объекта управления, блок 24 программных модулей имитации силовой установки, блок 25 программных модулей имитации системы управления, блок 26 программных модулей имитации подсистемы бортового оборудования, блок 27 программных модулей системы управления вооружением и блок 28 программных модулей алгоритмов боевого применения.

Блок 22 программных модулей имитации внешней обстановки содержит программный модуль 29 стандартной атмосферы, программный модуль 30 ветра, программный модуль 31 рельефа, программный модуль 32 взаимодействия с объектами, программный модуль 33 целей и программный модуль 34 акустической обстановки.

Блок 23 программных модулей имитации объекта управления содержит программный модуль 35 полного пространственного движения, программный модуль 36 аэродинамики, программный модуль 37 квазистатической модели шасси.

Блок 24 программных модулей имитации силовой установки содержит программный модуль 38 тяги, программный модуль 39 расходов и программный модуль 40 оборотов.

Блок 25 программных модулей имитации системы управления содержит программный модуль 41 датчиков и фильтров, программный модуль 42 основного контура управления, программный модуль 43 резервного контура управления, программный модуль 44 приводов, программный модуль 45 управления тормозным щитком и программный модуль 46 режимов управления.

Блок 26 программных модулей имитации подсистемы бортового оборудования содержит программный модуль 47 датчиков полетной информации, программный модуль 48 системы навигации, программный модуль 49 системы воздушных сигналов, программный модуль 50 системы управления общесамолетным оборудованием, программный модуль 51 системы регистрации полетной информации и программный модуль 52 отказов в системе бортового оборудования.

Блок 27 программных модулей имитации системы управления вооружением содержит программный модуль 53 системы управления оружием, программный модуль 54 комплексной оптико-локационной и радиолокационной станций и программный модуль 55 подвешиваемых грузов и 56 программный модуль комплекса обороны.

Аппаратная и программная части тренажера выполнены по модульному принципу и предусматривают возможность создания на их основе тренажера соответствующего типа летательного аппарата комплексного, специализированного или процедурного типа.

Тренажер обеспечивает подготовку летного состава к решению следующих задач:

включение, контроль и подготовку к полету бортовых систем и оборудования летательного аппарата;

подготовку силовой установки к запуску, запуск, опробование на земле и запуск в воздухе;

руление, взлет, набор высоты с визуальной видимостью ВПП, прилегающей местности и линии горизонта, а также взлет в ночных условиях с визуальной видимостью средств ночного старта;

пилотирование летательного аппарата по приборам и визуально в полном эксплуатационном диапазоне высот, скоростей, углов крена и тангажа, углов атаки и перегрузок с использованием имеющихся на борту приборов, пилотажно-навигационного оборудования и систем в ручном, директорном и автоматическом режимах;

выполнение фигур простого и сложного пилотажа;

принятие решения на своевременное катапультирование и его реализацию;

самолетовождение по маршруту на больших, средних и малых высотах, с использованием имеющихся на борту навигационных систем;

ведение двухсторонней связи с наземными пунктами управления, имитируемыми взаимодействующими летательными аппаратами и инструктором;

выполнение предпосадочного маневра, заход на посадку и посадка летательного аппарата с использованием пилотажно-навигационных и радиотехнических средств посадки, а также с визуальной видимостью ВПП;

отработку действий при попадании в критические режимы полета (штопор, сваливание и т.д.), при отказах силовой установки, авиационных систем и оборудования, а также при возникновении других аварийных ситуаций;

отработку групповой слетанности в составе пары днем и ночью в ПМУ и за облаками;

поиск, обнаружение, идентификацию и прицельное применение АСП по наземным подвижным и неподвижным целям;

перехват воздушных целей в свободном пространстве и на фоне земли;

ведение ближнего маневренного воздушного боя;

боевое применение в условиях противодействия со стороны имитируемых наземных и воздушных сил противника;

противодействие атакующим силам противника;

анализ результатов боевого применения;

ведение групповых действий;

действий в особых случаях на этапах боевого применения;

решение на своевременное катапультирование и его реализацию.

Тренажер обеспечивает следующие возможности учебного процесса:

задание и оперативное изменение начальных условий упражнения, внешних факторов имитации полетного задания;

контроль над действиями обучаемых в штатных и аварийных ситуациях, а также оперативное изменение условий полетного задания;

ввод отказов и контроль над действиями обучаемых в штатных и аварийных ситуациях;

многократную отработку отдельных задач и этапов полета и боевого применения при заданных начальных условиях;

останов выполнения “полета” с замораживанием текущих координат и показаний на приборах для разбора ситуации и продолжения “полета” с данной точки;

объективный (автоматизированный) контроль и оценку упражнений;

создание базы данных для каждого обучаемого с возможностью обработки информации о результатах тренировок на тренажере.

Тренажер обеспечивает моделирование в штатном и аварийном режимах работы следующих бортовых систем и оборудования летательного аппарата:

силовой установки;

топливной системы;

масляной системы;

гидравлической системы;

системы электроснабжения;

противопожарного оборудования;

противообледенительной системы;

системы кондиционирования и регулирования давления;

системы управления летательным аппаратом;

системы автоматического управления;

пилотажно-навигационного комплекса;

радиосвязного оборудования;

систем световой и звуковой сигнализации;

светотехнического оборудования;

комплекса высотно-скоростных параметров,

радиолокационного оборудования;

прицельно-навигационного комплекса;

системы управления вооружением;

бортового комплекса обороны.

Моделирование функционирования систем и оборудования летательного аппарата производится в вычислительной системе тренажера. Математические модели отражают алгоритмы и логику работы данных систем, а также отражают характерные погрешности их работы с учетом имитируемых режимов работы, условий полета и внешних факторов.

Вычислительная система с пакетом ПМО выполнена на базе стандартных серийных вычислительных средств и обеспечивает:

общее функционирование тренажера и работу его систем;

моделирование в реальном масштабе времени динамику полета летательного аппарата, взаимодействующих сил и сил противника;

моделирование в реальном масштабе времени работу имитируемых систем и оборудования;

моделирование в реальном масштабе времени тактической обстановки и внешних условий;

управление и наблюдение учебного процесса.

Архитектура вычислительной системы тренажера предусматривает возможность его сопряжения с другими тренажерами (и при удаленном доступе) для обеспечения возможности совместных тренировок на едином аэронавигационном фоне для отработки вопросов взаимодействия при решении различных задач в паре.

Взаимодействие экипажа с моделируемыми системами и оборудованием летательного аппарата осуществляется через соответствующие имитаторы органов индикации и управления, расположенные в блоках 2 и 3 макета 1 кабины летчика на рабочем месте обучаемого. Работа имитаторов радиосвязного оборудования, переговорных устройств, речевого информатора, звуковой сигнализации воспроизводится через штатный гарнитур, подключаемый через стандартные разъемы на рабочем месте.

Рабочее место обучаемого на тренажере представляет собой полноразмерный макет кабины летательного аппарата с имитаторами органов управления и индикации, формирующими информационно-управляющее поле (ИУП) кабины соответствующего летательного аппарата.

Конструкция макета 1 кабины обеспечивает возможность его установки на динамическом стенде системы имитации акселерационных воздействий.

Внутренние геометрические размеры и окраска макета 1 кабины, размещение, размеры и внешний вид имитаторов органов управления и индикации соответствуют реальным. При этом возможные искажения в геометрии кабины, вызванные способом воспроизведения ее ИУП, минимальны и не создают ложных образов у тренирующегося летного состава.

Имитаторы органов индикации и управления в блоках 2 и 3 идентичны по геометрическим характеристикам и внешнему виду реальному оборудованию. При этом изображения некоторых средств отображения информации могут быть выполнены способом компьютерного синтеза.

Имитаторы РУС, педалей и РУД по геометрическим характеристикам и размещению полностью соответствуют реальным. Воспроизводимые нагрузки (усилия) на РУС и педалях соответствуют воспроизводимому режиму полета.

Нагрузка на органах управления воспроизводится путем использования управляемых загружателей, выполненных на базе моментных двигателей или управляемых гидравлических загружателей, воспроизводящих также эффект триммирования.

Макет 1 кабины оборудован освещением, аналогичным освещению кабины реального летательного аппарата, и системой вентиляции и кондиционирования, обеспечивающих нормальные санитарно-гигиенические условия тренировки летного состава.

Система имитации визуальной обстановки (СИВО) тренажера обеспечивает обучаемому видимость с высокой степенью реалистичности изображения закабинного пространства с помощью блока 7 в соответствии с заданием и имитируемым режимом полета, временем суток, метеоусловиями, в следующем объеме:

пространство в районе аэродрома с видимостью ВПП, рулежной дорожки (РД), светотехнического оборудования, зданий, ландшафта прилегающей местности;

объемное изображение ландшафта подстилающей поверхности вне района аэродрома с видимостью рельефа местности, участков леса, рек, водоемов, полей, населенных пунктов, а также типовых наземных объектов;

облачность, туман, дымка, дождевой фронт;

взаимодействующий в паре летательный аппарат;

внешней визуальной наземной и воздушной обстановки при решении задач боевого применения, с имитацией взаимодействующих летательных аппаратов, наземных и воздушных средств противника и эффектов, связанных с применением авиационных средств поражения (АСП) (следы от ракет, снарядов, дым, характерные разрушения объектов и целей после применения АСП и т.п.).

Система имитации визуальной обстановки тренажера СИВО имеет не менее 3 каналов и обеспечивает поле зрения не ниже 160°×40°. Частота смены кадров не ниже 50 Гц, разрешение 1280×1024 пиксель на один канал. В качестве воспроизводящего устройства СИВО используются не менее трех телевизионных проектора, по одному на каждый канал.

СИВО включает базу данных имитации полета в следующих районах:

зона аэродрома(ов) взлета, посадки;

зона маршрутного полета;

район(ы) отработки пилотажных задач.

СИВО включает базу данных имитации подстилающей поверхности размером не менее 150×150 км с привязкой к реальному географическому району с использованием цифровой карты местности.

Имитатор акустической информации с достаточно высокой степенью реалистичности воспроизводит следующие шумы:

аэродинамические;

движения по ВПП, РД;

работы АД, включая нештатные режимы их работы;

работы оборудования и систем имитируемого летательного аппарата;

акустические эффекты, связанные с применением АСП.

Соответствующая акустическая информация синтезирована компьютерными средствами и воспроизводится стереофоническими (или многоканальными) акустическими системами. Аппаратно имитаторы акустической информации реализованы в виде отдельных специальных блоков на базе стандартных мультимедийных средств.

Для воспроизведения на тренажере акселерационных воздействий может использоваться имитатор акселерационной информации, выполненный на базе динамического стенда, как автономный аппаратно-программный модуль. При этом возможно использование динамических стендов с гидравлическим или электрическим приводом.

Рабочее место инструктора (РМИ) выполнено в виде отдельного программно-аппаратного модуля 4, включающего в блоках 5 и 6 средства индикации, предназначенные для вывода информации, необходимой для контроля учебного процесса, и органы управления, через которые инструктор осуществляет ввод необходимой информации и выполняет функции управления процессом.

РМИ содержит следующие компоненты:

вычислительную систему;

дублирующие органы индикации имитируемого летательного аппарата;

видеоконтрольное устройство СИВО;

мониторы отображения требуемой инструктору информации;

органы управления в виде соответствующих пультов, обеспечивающих включение/выключение тренажера и его систем (аварийное отключение);

дисплей, клавиатура и манипулятор типа “мышь” ПЭВМ, для формирования задания, изменения сценариев и управление процессом тренажа.

Вычислительная система РМИ связана с базовой ВС тренажера и осуществляет обработку и представление требуемой информации на средства индикации инструктору в требуемом виде, и обработку команд инструктора.

РМИ предназначено для решения следующих задач управления и наблюдения учебного процесса на тренажере:

включение, выключение и подготовка тренажера к работе, контроль работоспособности систем и тренажера в целом;

предварительный выбор сценария упражнения и ввод исходных данных;

оперативное наблюдение и управление процессом тренировки, наблюдение действий обучаемых, ведение с ними двухсторонней связи, применение игровых приемов обучения (осуществление функций руководителя полета и т.д.);

ввод полетного задания (конфигурация, маршрут, боевая задача, полет одиночного летательного аппарата, в паре) и условий его выполнения (время суток, погодные условия, условия видимости, район боевого применения);

задание тактической обстановки (воздушные, наземные цели, огневое и другое противодействие и т.д.);

оперативное изменение сценария текущего упражнения (ввод отказов);

контроль и корректировку действий обучаемого;

показ правильных действий;

подыгрыш действий противника и летательных аппаратов группы;

объективный контроль и оценка действий обучаемых;

отображение результатов контроля по выполненным упражнениям.

Тренажер включает систему объективного контроля (СОК), предназначенную для обеспечения автоматизированного наблюдения и оценки действий обучаемых в процессе тренировок. Функционирование СОК обеспечивает программное обеспечение, реализованное в ВС РМИ. Формируемые СОК оценки действий обучаемого представляются на индикацию РМИ и фиксируются на магнитных и бумажных носителях.

СОК осуществляет накопление статистических данных для каждого обучаемого по результатам всех тренировок, их обобщение и определение интегральной оценки с указанием возможных ошибок каждого обучаемого. Результаты объективного контроля представляются на РМИ оперативно в процессе тренировки и по окончании тренировки в виде интегральной оценки с указанием ошибок каждого обучаемого по всем упражнениям.

Общетренажерное оборудование предназначено для обеспечения работоспособности и нормального функционирования отдельных систем и тренажера в целом. В состав общетренажерного оборудования и систем тренажера входят:

система электропитания, обеспечивающая электроэнергией все системы тренажера от промышленной (или аэродромной) сети, включая преобразование промышленной сети к требуемому виду (постоянное, переменное напряжение, его амплитуда и частота) и качеству (допустимые отклонения), а также обеспечение аварийной защиты тренажера и его систем от перенапряжения и других аварийных факторов;

система кондиционирования и вентиляции, обеспечивающая нормальные по температуре, влажности и чистоте воздуха условия функционирования тренажера и его систем;

система автоматизированного контроля работоспособности и диагностики систем тренажера.