Вертолет, 2004 № 3 - читать бесплатно онлайн полную версию книги автора (Электронные технологии создания тренажеров) #8

Электронные технологии создания тренажеров

С усложнением современного бортового оборудования воздушных судов (ВС) возрастает роль авиационных тренажеров при подготовке авиационного персонала. Однако тренажеры, не обладающие требуемым уровнем подобия воздушному судну и не оснащенные средствами объективного контроля и анализа действии обучаемых, не могут обеспечить качественную подготовку специалистов. Эффективность таких тренажеров низка, а их роль в обеспечении безопасности полетов ничтожно мала. Эти обстоятельства отчасти уже привели в середине 90-х годов к снижению значимости применения отечественной тренажерной техники при обучении летных кадров.

Успешный мировой опыт внедрения авиационных тренажеров, построенных на основе наукоемких технологий, показал, что авиатренажеры существенно влияют на качество, сроки и стоимость подготовки специалистов. Поэтому в авиационной отрасли за рубежом тренажеры стали обязательным, а часто и незаменимым средством подготовки экипажей ВС. По разным оценкам в печати, в результате применения высококачественной тренажерной техники удалось сократить сроки подготовки экипажей вертолетов в среднем на 40–60 % (в зависимости от типа вертолета и видов подготовки). При этом в результате переноса на тренажеры уровня «С» и «D» большей части подготовки летных специалистов (в отдельных случаях до 90 %) стал очевиден экономический эффект от их внедрения. Действительно, стоимость летного часа на реальном ВС в среднем на порядок выше часа «полетов» на тренажере аналогичного типа летательного аппарата, а риск при отработке экипажами сложных полетных заданий практически отсутствует. Сейчас в системе подготовки летных кадров за рубежом соотношение времени обучения на учебно-тренировочных самолетах (вертолетах) к времени обучения на тренажерах продолжает неуклонно меняться в сторону увеличения времени «полета» на тренажерах (в зависимости от специальности обучаемых по видам подготовки).

За последние годы появились различные типы авиационных тренажеров, которые могут использоваться на разных этапах подготовки летных экипажей. И хотя применение тренажеров в системе подготовки летных кадров в большей мере относится к методике обучения — очень важно, чтобы было из чего выбирать!

Принятые в России «Нормы годности авиационных тренажеров», гармонизированные с мировыми JAR и FAR, а также с «Руководством по критериям квалификационной оценки пилотажных тренажеров», позволяют классифицировать тренажеры по уровням сложности воспроизведения характеристик реального ВС. По такой классификации можно установить роль и место тренажера в системе подготовки летных кадров. Следует отметить, что классифицировать устаревшую отечественную тренажерную технику весьма сложно: слишком велик разрыв между тем, что требуется для подготовки, и тем, что мы имеем на самом деле.

Так чем же должен отличаться современный авиационный тренажер от устаревших, громоздких и малопригодных для задач обучения тренажеров недавнего прошлого, чтобы его могли успешно применять в системе подготовки летных кадров?

Прежде всего, высоким уровнем подобия имитируемых на нем процессов, которые заданы нормативам и в указанных ранее документах. В число основных имитируемых на тренажере процессов входят:

— динамика полета ВС и адекватность поведения имитируемого ВС при воздействии членов экипажа на органы управления;

— логика работы бортовых систем и время реакции имитируемых приборов на управляющие воздействия;

— качество воспроизведения и подробность отображения закабинного визуального пространства;

— точнее воспроизведение акустических шумов на всех режимах работы ВС;

— соответствие акселерационной информации, получаемой экипажем при пространственном движении имитируемого ВС.

Важнейшим отличием тренажеров нового поколения является то, что практически все моделируемые процессы, в том. числе имитация работы всех систем и комплексов, установленных на ВС, выполняются в виде программного обеспечения, то есть без использования реальных блоков бортовых систем и комплексов или полунатурного моделирования, как это было в тренажерах еще прошлого десятилетия. Такой подход в построении тренажеров позволяет обеспечить их гибкость, модульность и возможность легко менять состав оборудования в случае его модернизации на ВС. Тренажеры нового поколения имеют минимальный состав собственного оборудования. В основном, эго кабина имитируемого ВС, вычислительный комплекс и система отображения визуальной информации. Такой тренажер мобилен, прост в эксплуатации, потребляет малое количество электроэнергии и, конечно же, дешевле своих предшественников при значительно более высокой эффективности в обучении специалистов.

Повышение обучающего эффекта на тренажерах нового поколения достигается средствами объективного контроля и анализа деятельности обучаемых. При этом в автоматизированном режиме формируются рекомендации по продолжению подготовки с учетом всех задач, выполненных во время тренировочных полетов. Важно также получить объективные данные о психофизиологическом состоянии каждого члена экипажа, особенно при выполнении сложных действий во время «полета» на тренажере. Основная цель использования таких оценок заключается в выявлении внутренних резервов и снижении нагрузок на пилота, в более точном анализе динамики освоения техники пилотирования на тренажере и ее последующей корректировке.

Такая система оценки операторской деятельности в нашей стране создана в санкт- петербургской компании «транзас», которая уже более 10 лет профессионально занимается разработкой, поставкой и обслуживанием тренажерной техники.

Все имитируемые на тренажере процессы воспринимаются интегрально. Однако наибольшая часть информации воспринимается зрительно (на комплексном тренажере вертолета уровня «А» и выше — это около 80 % всей получаемой оператором информации в зависимости от режима полета). Причем значительная часть визуальной информации формируется по видимому закабинному пространству, исходя из специфики полета на вертолете. Поэтому так важно обеспечить высокий уровень подобия тренажера именно средствами визуализации закабинного пространства или внешней среды.

Понимая всю важность формирования качественной визуальной среды, компания «Транзас» постоянно совершенствует технологии создания систем визуализации. В настоящее время разработана и успешно эксплуатируется уже третья версия программно-аппаратного комплекса (ПАК) «Аврора». Комплекс создан специально для разработки систем визуализации авиационных тренажеров (основные характеристики ПАК «Аврора» приведены в таблице 1). На сегодняшний день ПАК «Аврора» является единственным. в России передовым, постоянно развивающимся продуктом, конкурентоспособным на мировом рынке. Кроме того, ПАК «Аврора» ориентирован на IBM-технологии, что делает его особенно привлекательных для использования в составе относительно недорогих тренажеров.

Мы рассказали лишь о двух системах, без которых современный авиационный тренажер не может претендовать на роль качественного средства подготовки. Построить же тренажер нового поколения можно только опираясь на электронные технологии, которые продолжают свое бурное развитие уже в новом тысячелетии.

Санкт-петербургская компания «Транзас» производит морские и авиационные тренажеры нового поколения. Наукоемкой и высокотехнологичной продукцией для авиации являются бортовые навигационные и вычислительные системы (АБРИС и TNC-1G), системы раннего предупреждения столкновения с землей (ТТА-12), бортовые интегрированные комплексы вертолетов (ИБКВ-17), разработанные компанией.

Важнейших направлением деятельности компании «Транзас» является разработка и производство авиационных тренажеров всех уровней сложности для различных типов вертолетов и самолетов, а также автоматизированных систем обучения (АОС) и функциональных тренажеров в составе АОС.

Таблица. Характеристики программно-аппаратного комплекса «Аврора»

Характеристики	Описание
Исходные данные	Электронные топографические, аэронавигационные и морские карты различных общепринятых форматов; аэрофотоснимки, снимки из космоса, наземные фотоснимки, базы 3D-объектов
Текстура земной поверхности	Сочетание мозаичного принципа текстурирования ландшафта и использования спутниковых или аэро, орто, фото изображений, автоматическая выкладка мозаичных текстур на большие площади, обширная база данных исходных текстурных мозаик для разных широт, плавность перехода от одного типа ландшафта к другому, точнее наложение спутниковых или аэрофотоснимков по координатам привязки, высока⁰, детализация текстур до сантиметрового разрешения
Генерация 3D-объектов по исходным, данным. (цифровой карте, топографическому плану)	Дороги, реки, озера, моря и т. п. создаются как ЗБ-объекты с точностью их воспроизведения на карте, используемой в качестве исходной информации, леса заполняются трехмерными деревьями, внутри контуров городов и поселков генерируются отдельные строения, высокая детализация объгктового состава вплоть до трехмерного отображения растительности в соответствии с типом поверхности, точная генерация объектового состава сцены при использовании топопланов
Генерация рельефа	Модель рельефа создается по изолиниям, отметкам, высот, изобатам с точностью их воспроизведения на карте, используемой в качестве исходной информации
Наличие картографического модуля	Загрузка (конвертирование) карт различных форматов, контроль корректности карты, возможность редактирования карты
Визуализация сцены	Значительные размеры сцены 1000x1000 км и более; детальность проработки — 1 м и выше, оперативность создания — от 10 мин для сцены 100x100 км; широкий набор спецэффектов: дымы, пожары, взрывы, снежные, пылевые вихри и т. д.; корректная визуализация при изменении дальности наблюдения от единиц до десятков тысяч метров, изменение положения и углов камеры наблюдения, возможность применения для различных приложений
Моделирование объемной облачности	Облачность является ЗБ-обгектом, имеет прозрачность, учитывается подсветка солнцем
Моделирование туманов, дымки	Задание дальности видимости на высоте земли, автоматический пересчет видимости при наборе высоты, возможность задания локальных туманов
Моделирование дыма, открытого огня, пожара, взрывов	Эффективная система генерации частиц позволяет пользователю смоделировать широкий спектр эффектов; при создании собственных моделей пользователь может задавать различные физические параметры — притяжение, направление, силу ветра и др.
Учет положения солнца, луны, звезд	Моделирование освещенности ландшафта, динамический расчет освещенности 31) — о6лаков
Ночные сцены и огни	Моделирование освещения небосклона с учетом физической модели атмосферы, реалистичнее отображение огней с учетом яркости, направленности, углов обзора неограниченное количество огней в сцене, отображение несколько тысяч огней в поле зрения, моделирование локального освещения ландшафта, динамическое освещение фарой или прожектором любого участка местности (количество прожекторов не ограничено); минимальное падение производительности при отображении ночной сцены, использование новейших технологий, поддержка языка Сд
Создание и встраивание в визуализацию сцены уникальных сооружений	Модели уникальных сооружений создаются с помощью специального инструмента поддерживается экспорт моделей из 3D Мах и AutoCAD; простая установка объектов на местности — осуществляется одним, щелчком мыши или в автоматическом режиме через связывание моделей с объектами электронной карты
Протяженные коммуникации	Параметрическое моделирование различных систем энергетики и коммуникаций: ЛЭП, нефте- и газопроводы, линии связи
Виртуальные объекты	Возможно визуальнсе отображение различных виртуальных объектов: границы, зоны безопасности и др.
Смена времен года	Широкий выбор библиотечных объектов и материалов позволяет моделировать как времена года, так и различные климатические пояса (зоны)

В 2001 году компанией был создан комплексный тренажер вертолета Ми-8МТВ/АМТ, сертифицированный по новым отечественным. «Нормам годности авиационных тренажеров» (установлен в ОАО «СПАРК»), а в 2002 году этот тренажер получил от Департамента летной службы (ДЛС) ГС ГА России сертификат на проведение тренажерной подготовки и переподготовки летного состава.

Все поставляемые компанией тренажеры выполнены на модульной основе и при использовании принципа «открытой архитектуры», на базе широко распространенных IBM PC технологий вычислительной техники. При разработке и производстве тренажеров «Транзас» применяет передовые программные и системотехнические решения, что гарантирует всем поставляемым изделиям высокое качество, надежность и технологичность в эксплуатации.

Использование созданных компанией тренажеров нового поколения в системе подготовки экипажей ВС дает ряд преимуществ, основные из которых: отсутствие расхода авиационного топлива, ресурса ВС и двигателей; возможность показа правильности выполнения действий и контроля их реализации обучаемыми; сокращение времени подготовки и переучивания на новую технику. И конечно, безопасность при отработке действий в сложных ситуациях, которые могут возникнуть з реальном полете.

Александр Бандурин, канд. техн. наук, инженер-пилот, Борис Некрасов, руководитель научного направления, Олег Hоcоpeb, начальник отдела, Павел Рожков, канд. техн. наук

ЭКСПЛУАТАЦИЯ