Комплексный тренажер воздушного судна

Комплексный тренажер воздушного судна

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области тренажеров, предназначенных для обучения управлению транспортными средствами, и может быть использовано для обучения и тренировки пилотов воздушных судов при одиночном полете, при полете в составе группы однородных воздушных судов или при совместном взаимодействии с разнородными транспортными средствами.

Известны тренажеры для обучения управлению транспортными средствами: самолета (RU 2191432 С1, МПК 7 G 09 B 9/08, 2002); вертолета (RU 10479 U1, МПК G 09 B 9/08, 1999; RU 2219587 С1, МПК 7 G 09 B 9/08, F 41 G 3/00, 2003; RU 2230371 С2, МПК 7 G 09 B 9/46), а также унифицированный многофункциональный авиационный тренажер (RU 2087037 С1, МПК 6 G 09 B 9/08).

Недостатком указанных тренажеров является недостаточная эффективность в системе подготовки летного состава из-за недостаточной универсальности и малой приближенности к реальным условиям эксплуатации авиационной техники.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для выполнения тренировочного полета по патенту (RU 2156501 С1, МПК 7 G 09 B 9/08). В летательном аппарате расположены реальные органы управления ЛА, его агрегатами и системами или имитаторы этих органов управления с датчиками, подключенными к бортовым средствам объективного контроля и бортовым вычислительным машинам, устройство загрузки органов управления, устройства предъявления звуковой информации, экраны отображения закабинной визуальной информации, экраны отображения приборного оборудования. Летательный аппарат через устройство сопряжения связан с вычислительной машиной. В вычислительной машине размещается оборудование, обеспечивающее выполнение тренировки: устройство генерирования закабинной визуальной обстановки, блок формирования изображения панелей приборного оборудования, блок моделирования акустических эффектов, блок обработки сигналов, блок базы данных тренировочного полета, блок обмена данными. Если производится групповой тренировочный полет, то все летательные аппараты оснащаются оборудованием, необходимым для его выполнения группового тренировочного полета. Для выполнения группового тренировочного полета может использоваться одна вычислительная машина. При этом каждый летательный аппарат с размещенным в нем оборудованием должен быть подключен к вычислительной машине через индивидуальное устройство сопряжения.

Указанное устройство обеспечивает выполнение тренировочного полета на реальном летательном аппарате, что делает невозможным его применение в помещениях тренажерного центра. Кроме того, все операции по обработке сигналов и моделированию в данном устройстве выполняются в одной вычислительной машине, что снижает надежность его работы.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание тренажера, обеспечивающего изолированную и совместную подготовку пилотов различных типов и модификаций воздушного судна.

Технический результат изобретения выражается в расширении функциональных возможностей тренажера и повышении устойчивости к отказам тренажерных задач за счет построения тренажера по принципу распределенных вычислений на основе представления объектов и возможности оперативного изменения конфигурации тренажера.

Поставленная задача с достижением упомянутого выше технического результата решается тем, что в комплексный тренажер воздушного судна (КТВС), содержащий комплект бортового оборудования воздушного судна (ВС), соединенный двухсторонней связью с блоком моделирования систем бортового оборудования ВС, блок моделирования динамики движения ВС, блок инструктора и блок баз данных, введены маршрутизатор пакетов данных, содержащий блоки данных обмена, входы которых являются соответственно раздельными входами маршрутизатора пакетов данных, К блоков системного представления объектов, К блоков предъявления системного представления объектов, диспетчер тренажерных задач, к раздельным входам которого подключены конфигуратор тренажера и блок защиты тренажерных задач, при этом второй вход-выход блока моделирования динамики движения ВС, входы-выходы блока моделирования динамики движения ВС, блока инструктора, блока баз данных, К блоков системного представления объектов, К блоков предъявления системного представления объектов и третий вход-выход диспетчера тренажерных задач соединены с раздельными входами-выходами маршрутизатора пакетов данных.

Поставленная задача решается также тем, что:

блок системного представления объектов содержит блок управления, первый вход-выход которого является входом блока системного представления объектов, а второй вход-выход через маршрутизатор соединен с раздельными входами-выходами N блоков формирования системного представления объектов, входы-выходы которых соединены с N раздельными входами-выходами блока генерации системного представления объектов, N+1 вход-выход которого соединен с N+1 входом-выходом маршрутизатора;

К блоков системного представления объектов генерируют модельное, визуальное, звуковое, протокольное и инструкторское представления объектов;

К блоков предъявления системного представления объектов реализуют модельное, визуальное, звуковое, протокольное и инструкторское представления объектов;

блок инструктора содержит блок команд инструктора, первый вход-выход которого является входом-выходом блока инструктора, а второй вход-выход соединен с входами-выходами блока редактирования упражнения и блока контроля хода упражнения.

Кроме того, блок баз данных содержит совокупность следующих баз данных: база данных упражнений, база данных классов моделируемых объектов, картографическая база данных районов моделирования, база данных визуальных параметров объектов, база данных звуковых параметров объектов, база данных эксплуатационных параметров воздушного судна, база данных параметров метеообстановки, база данных аэронавигационной обстановки, база данных отказов бортового оборудования воздушного судна, база данных стандартных географических моделей, база данных моделей счисления координат.

Комплект бортового оборудования ВС может повторять внешний вид и расположение элементов оборудования кабины пилотов реального ВС.

В другом варианте органы управления, входящие в состав комплекта оборудования воздушного судна, размещены в штатном варианте, а приборное оборудование выполнено в виде имитаторов, отображаемых на экранах, которые выполнены в виде активных сенсорных мониторов.

Поставленная задача решается также тем, что вход-выход блока предъявления визуального представления объектов подключен к входу-выходу блока визуального представления объектов.

Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображены:

на фиг.1 - структурная электрическая схема заявляемого КТВС;

на фиг.2 - структурная электрическая схема блока системного представления объектов;

на фиг.3 - структурная электрическая схема блока инструктора;

на фиг.4 - блок-схема алгоритма работы конфигуратора тренажера;

на фиг.5 - структурная электрическая варианта реализации заявляемого КТВС.

КТВС содержит комплект 1 бортового оборудования ВС, соединенный двухсторонней связью с блоком 2 моделирования систем бортового оборудования ВС, блок 3 моделирования динамики движения ВС, блок 4 инструктора, блок 5 баз данных, маршрутизатор 6 пакетов данных, содержащий блоки данных обмена, входы которых являются соответственно раздельными входами маршрутизатора 6 пакетов данных, К блоков 7 системного представления объектов, К блоков 8 предъявления системного представления объектов, диспетчер 10 тренажерных задач, к раздельным входам которого подключены конфигуратор 9 тренажера, и блок 11 защиты тренажерных задач. Второй вход-выход блока 2 моделирования систем бортового оборудования ВС, входы-выходы блока 3 моделирования динамики движения ВС, блока 4 инструктора, блока 5 баз данных, К блоков 7 системного представления объектов, К блоков 8 предъявления системного представления объектов и третий вход-выход диспетчера 10 тренажерных задач соединены с раздельными входами-выходами маршрутизатора 6 пакетов данных.

Блок 4 инструктора содержит блок 4-1 команд инструктора, первый вход-выход которого является входом-выходом блока 4 инструктора, а второй вход-выход соединен с входами-выходами блока 4-2 редактирования упражнения и блока 4-3 контроля хода упражнения.

Блок 4 инструктора обеспечивает: управление блоками тренажера, редактирование упражнения, контроль за ходом выполнения упражнения, изменение параметров упражнения в процессе тренировки, воспроизведение записей параметров упражнения.

Каждый блок 7 системного представления объектов содержит блок 12 управления, первый вход-выход которого является входом-выхода блока 7 системного представления объектов, а второй вход-выход через маршрутизатор 13 соединен с раздельными входами-выходами N блоков формирования системного представления объектов, входы-выходы которых соединены с N раздельными входами-выходами блока 14 генерации системного представления объектов, N+1 вход-выход которого соединен с N+1 входом-выходом маршрутизатора.

Блок 11 защиты тренажерных задач обеспечивает использование в поставляемом тренажере только лицензированных тренажерных задач, а также защиту от их несанкционированного запуска.

Комплект 1 бортового оборудования ВС входит в оснащение рабочего места оператора, а блок 4 инструктора в состав рабочего места инструктора.

Заявляемый КТВС может быть реализован на IBM PC совместимых компьютерах, объединенных в локальную вычислительную сеть.

Тренажерные задачи могут быть реализованы на основе программ для ЭВМ, правообладателем которых является ЗАО "Транзас", например ПрЭВМ №2004611869 "Навиагационный тренажерный комплекс" "Transas Navi-Trainer Professional 4000", 2004; ПрЭВМ "Обобщенная математическая модель динамики движения вертолета для тренажера (DHTRoot)", 2004; ПрЭВМ "Визуализация цифровой модели местности" (Aurora Viewer), 2004; ПрЭВМ "Построение цифровой модели местности" (Aurora Builder), 2004.

В рамках данного изобретения используются следующие определения.

Как с физической, так и с программной точек зрения тренажер представляет собой набор систем моделирования объектов.

Каждый объект принадлежит к определенному классу. Класс объекта определяет совокупность статистических данных, хранящихся в базе данных классов объектов. В рамках систем моделирования для каждого объекта формируется и предъявляется их представление.

Объекты функционируют в районе. Статистические данные о районе хранятся в базе данных картографического представления районов моделирования. Для района, как и для объекта, создаются представления. При этом представления создаются во всех системах.

Позиция объекта - это одно из самых важных его состояний. Под позицией объекта понимается три пространственные (широта, долгота и высота) и три угловые (крен, тангаж и курс) координаты, а также их производные.

Тренажерная задача - это программа, написанная по определенным правилам, и отвечающая за какое-то системное представление об объектах.

Упражнение - это набор данных, включающих в себя район моделирования, список моделируемых объектов, их начальное состояние и заданное поведение.

Тренажерная сессия - взаимодействие группы задач тренажера (в пределе одной задачи), объединенное синхронно текущим модельным временем.

Конфигурация тренажера - назначение тренажерных задач и их параметров с распределением по блокам.

Каждый из блоков 7 системного представления объектов в зависимости от его инсталляции решает один из видов системного представления объектов.

При выполнении блоком 7 модельного представления объектов блок обеспечивает формирование представления о позиции объекта в текущий момент модельного времени.

Блок 7 формирования инструкторского представления объектов формирует для блока 4 инструктора картографические представления объектов:

для прорисовки электронной карты;

медленно меняющихся частей объектов упражнения (контура погодных зон, маршруты движущихся объектов, отметки высот и глубин, которые не входят в статическую карту);

быстро и плавно меняющихся частей объектов упражнения (контура движущихся объектов).

При выполнении блоком 7 визуального представления объектов блок формирует визуальную обстановку, элементами которой являются (в порядке убывания важности) визуальная сцена района, трехмерные модели объектов упражнения с учетом перемещения точки зрения наблюдателя, поверхность моря, небо, солнце, луна, туман, облака и т.д.

При выполнении блоком 7 звукового представления объекта блок синтезирует звуковые представления моделируемых объектов с учетом перемещений наблюдателя.

При выполнении блоком 7 протокольного представления объекта блок обеспечивает формирование протокольных представлений объектов для записи параметров состояния объектов в процессе выполнения упражнения и воспроизведения хода выполнения упражнения.

Блок 2 моделирования систем бортового оборудования обеспечивает сопряжение с комплектом 1 бортового оборудования и имитацию работы бортовых систем и оборудования воздушного судна при различных вариантах реализации комплекта 1 бортового оборудования.

Блок 3 моделирования динамики полета ВС обеспечивает моделирование динамики пространственного движения ВС, работу его силовой установки, системы управления ВС и системы воздушных сигналов. Моделирование конкретного ВС обеспечивается путем задания в качестве исходных данных информации, характеризующей: схему ВС, массовые, геометрические и аэродинамические параметры ВС; параметры силовой установки; структуру системы управления и системы воздушных сигналов.

В блоке 5 баз данных хранятся базы данных, необходимые для формирования системных представлений объектов.

Блоки 8 предъявления системного представления объектов в зависимости от их инсталляции выполняют один из видов предъявления системного представления объектов (модельный, звуковой, визуальный и т.д.). В зависимости от решаемых тренировочных задач блок 8 предъявления визуального представления объектов может быть выполнен как по проекционной, так и коллимационной схеме. Проекционная схема отображения обеспечивает наибольшие углы обзора вплоть до сферического. При необходимости отработки навыков визуального определения скорости полета и размеров удаленных (более 6 м) объектов, целесообразно использовать оптико-коллимационные устройства отображения.

КТВС работает следующим образом.

Работой тренажера управляет инструктор с блока 4 инструктора.

Работа начинается с анализа задания на тренировку, на основании которого выбирается перечень необходимых тренажерных задач.

Конфигуратор 9 тренажера, на основе перечня тренажерных задач, производит назначение тренажерных задач, установку их параметров и распределение тренажерных задач по блокам тренажера. Блок-схема алгоритма работы конфигуратора 9 тренажера, приведена на фиг.4.

После завершения конфигурации тренажера запускается диспетчер 10 тренажерных задач, который передает на блоки тренажера назначенные тренажерные задачи. На блоках тренажера запускаются зарегистрированные на диспетчере 10 программные модули, которые определяют функции конкретных блоков.

Инструктор на основе задания на тренировку создает в блоке 4-2 новое упражнение или редактирует ранее созданное. В каждом упражнении содержатся данные о районе моделирования, список моделируемых объектов, их начальное состояние и заданное поведение.

Инструктор запускает тренажерную сессию. Для определенности будем считать, что произошла инсталляция блоков 7 для выполнения следующих стандартных представлений: блок 7-1 - модельного, блок 7-2 - инструкторского, блок 7-3 - визуального, блок 7-4 - звукового, блок 7-5 - протокольного. Для моделируемых объектов в рамках каждого из блоков 7 создаются представления объектов. Эти представления способны получать данные от объекта и передавать данные в объекты. Взаимодействие между блоками тренажера и обращение к блоку 5 баз данных происходит через блоки данных обмена маршрутизатора 6 пакетов данных.

Исходным для моделирования является позиция объекта в пространстве. Блок 7-1 модельного представления объектов передает данные о позициях объектов в пространстве всем тренажерным задачам. Блок 7-2 инструкторского представления объектов выдает данные картографического представления объектов в блок 4 инструктора, в соответствии с которыми значок объекта переместится в нужное место на экранной карте блока 4-3 контроля за ходом упражнения. Блок 7-3 визуального представления объектов сформирует данные для перемещения изображения в нужную точку и в нужное положение и изменения положения наблюдателя, если он связан с движущимся объектом. Блок 7-4 звукового представления объекта сформирует звуковые сигналы объекта с учетом направления на объект, дальности до объекта, состояния атмосферы. Блок 7-5 протокольного представления запишет положение объекта и его внутреннего состояния в протокол процесса выполнения упражнения. Если же объекту требуется изменить состояние, например выпустить шасси, то блок 7-1 модельного представления обеспечит вычисление положения шасси и передаст эти положения в другие представления. Блок 7-3 визуального представления объекта выдает новую "картинку". Блок 7-5 протокольного представления объекта записывает положение шасси в протокол и т.д.

Блоки 8 предъявления системного представления объектов создают соответствующие компоненты образа объектов по сгенерированным системным представлениям.

КТВС может решать тренировочные задачи, которые определяются составом комплекта 1 бортового оборудования ВС, включенного в его состав.

При реализации комплекта 1 бортового оборудования ВС, повторяющего внешний вид и расположение элементов оборудования кабины пилотов реального воздушного судна, КСВТ решает следующие тренировочные задачи для ВС конкретного типа и модификации:

первоначальное обучение пилотированию с учетом тактильных ощущений;

отработка навыков эксплуатации бортовых систем;

выполнение тренировочных полетов по приборам днем или ночью в простых и сложных метеоусловиях;

решение навигационных задач;

ведение визуальной ориентировки;

отработка взаимодействия и технологии работы членов экипажа;

отработка задач летно-тактической подготовки с применением штатных средств поражения;

отработка действий при возникновении отказов оборудования, систем, приборов;

отработка действий в сложных и аварийных ситуациях;

эргономическая оптимизация оборудования информационно-управляющего поля кабины;

исследование влияния человеческого фактора на точность и эффективность выполняемых процедур.

При реализации органов управления, входящих в состав комплекта 1 оборудования ВС, в штатном варианте, а приборного оборудования в виде имитаторов, отображаемых на экранах, решаются те же задачи, только без учета тактильных ощущений. Вместе с тем, такой вариант реализации комплекта 1 позволяет производить тренировки на различных модификациях ВС одного типа без замены комплекта 1 бортового оборудования ВС.

Тренажер может дополнительно содержать блок имитации акселерационных эффектов, включающий платформу для установки комплекта 1 бортового оборудования ВС в составе реальной кабины пилотов, снабженную блоком управления и подсоединенного к маршрутизатору 6 пакетов данных.

При необходимости организации группового тренировочного процесса нескольких ВС или ВС и транспортных средств других видов (например, кораблей) в КТВС необходимо ввести комплекты бортового оборудования соответствующих средств.

Наличие конфигуратора 7 и диспетчера 10 позволяет менять конфигурацию тренажера как под новый вид ВС, так и при групповом использовании транспортных средств, что расширяет функциональные возможности тренажера.

При выполнении блока 7-1 визуального представления объектов многоканальным, что требуется, например, при использовании в качестве экрана отображения закабинной обстановки блока 8-1 сферического экрана, возникает необходимость передачи больших объемов данных через маршрутизатор 6 пакетов данных. Для уменьшения объема циркулирующих пакетов данных возможен вариант реализации КТВС, в котором вход-выход блока 8-1 визуального представления объектов подключен непосредственно к входу-выходу блоку 7-1 визуального представления объекта (см. фиг.5).

Построение КТВС по принципу распределенных вычислений на основе представлений объектов подразумевает полное отсутствие программных модулей на блоках 7 и 8 тренажера, позволяет гибко распределять тренажерные задачи, что обеспечивает многофункциональность работы и повышает надежность работы тренажера в целом. В случае отказа одной из тренажерных задач, которые выполнялись на одном из блоков тренажера, тренажерные задачи могут быть перенастроены с помощью конфигуратора 9 и запущены диспетчером 10 на других блоках.

Таким образом, комплексный тренажер воздушного судна, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивает изолированное и совместное обучение пилотов, обладает расширенными функциональными возможностями и повышенной устойчивостью к отказам тренажерных задач.

1. Комплексный тренажер воздушного судна, содержащий комплект бортового оборудования ВС, соединенный двухсторонней связью с блоком моделирования систем бортового оборудования ВС, блок моделирования динамики движения ВС, блок инструктора и блок баз данных, отличающийся тем, что в него введены маршрутизатор пакетов данных, содержащий блоки данных обмена, входы которых являются соответственно раздельными входами маршрутизатора пакетов данных, К блоков системного представления объектов, К блоков предъявления системного представления объектов, диспетчер тренажерных задач, к раздельным входам которого подключены конфигуратор тренажера и блок защиты тренажерных задач, при этом второй вход-выход блока моделирования систем бортового оборудования ВС, входы-выходы блока моделирования динамики движения ВС, блока инструктора, блока баз данных, К блоков системного представления объектов, К блоков предъявления системного представления объектов и третий вход-выход диспетчера тренажерных задач соединены с раздельными входами-выходами маршрутизатора пакетов данных.

2. Тренажер по п.1, отличающийся тем, что блок системного представления объектов содержит блок управления, первый вход-выход которого является входом блока системного представления объектов, а второй вход-выход через маршрутизатор соединен с раздельными входами-выходами N блоков формирования системного представления объектов, входы-выходы которых соединены с N раздельными входами-выходами блока генерации системного представления объектов, N+1 вход-выход которого соединен с N+1 входом-выходом маршрутизатора.

3. Тренажер по п.1, отличающийся тем, что К блоков системного представления объектов генерируют модельное, визуальное, звуковое, протокольное и карточное представления объектов.

4. Тренажер по п.1, отличающийся тем, что К блоков предъявления системного представления объектов реализуют модельное, визуальное, звуковое, протокольное и карточное представления объектов.

5. Тренажер по п.1, отличающийся тем, что блок инструктора содержит блок команд инструктора, первый вход-выход которого является входом-выходом блока инструктора, а второй вход-выход соединен с входами-выходами блока редактирования упражнения и блока контроля хода упражнения.

6. Тренажер по п.1, отличающийся тем, что блок баз данных содержит совокупность следующих баз данных: база данных упражнений, база данных классов моделируемых объектов, картографическая база данных районов моделирования, база данных визуальных параметров объектов, база данных звуковых параметров объектов, база данных эксплуатационных параметров воздушного судна, база данных параметров метеообстановки, база данных аэронавигационной обстановки, база данных отказов бортового оборудования воздушного судна, база данных стандартных географических моделей, база данных моделей счисления координат.

7. Тренажер по п.1, отличающийся тем, что комплект бортового оборудования воздушного судна повторяет внешний вид и расположение элементов оборудования кабины пилотов реального воздушного судна.

8. Тренажер по п.1, отличающийся тем, что органы управления, входящие в состав комплекта оборудования воздушного судна, размещены в штатном варианте, а приборное оборудование выполнено в виде имитаторов, отображаемых на экранах.

9. Тренажер по п.8, отличающийся тем, что экраны выполнены в виде активных сенсорных мониторов.

10. Тренажер по п.1, отличающийся тем, что вход блока предъявления визуального представления объектов подключен к выходу блока визуального представления объектов.