Вертолёт, 2006 № 02

Развитие технологий вертолетного тренажеростроения

Комплексный тренажер вертолета Ми-24П

Специалисты ЦАГИ и ЗАО ЦНТУ «Динамика» за последние годы добились значительных успехов в развитии технологий вертолетного тренажеростроения. Конкретным разработкам ученых в области создания тренажеров был посвящен доклад, сделанный на прошедшем 7 форуме Российского вертолетного общества. Его авторы — д-р техн. наук, главный конструктор ЗАО ЦНТУ «Динамика», заместитель начальника отделения «Динамика и системы управления» ЦАГИ А.Г. БЮШГЕНС, канд. техн. наук, генеральный директор ЗАО ЦНТУ «Динамика» А.А. ЛИТВИНЕНКО, канд. техн. наук, заместитель директора ЦАГИ, председатель Совета директоров ЗАО ЦНТУ «Динамика» В.Л. СУХАНОВ.

Роль тренажерных технологий в современной инженерной практике исключительно высока. Исторически эти технологии оказались наиболее продвинуты в авиации как в области, долгое время лидировавшей по числу передовых научных решений, находящихся на грани технического риска. В настоящее время ситуация радикально изменилась, и актуальность тренажерных технологий в авиации диктуется скорее экономическими соображениями: с наименьшими затратами создать и испытать новый летательный аппарат, затем эффективно и без потерь его эксплуатировать. Исходя из этих соображений, можно рассматривать две области применения тренажерных технологий:

— пилотажные стенды, в западной терминологии — «инженерные тренажеры» (поддержка разработки и создания новых самолетов и сопровождение их летных испытаний);

— собственно тренажеры (обучение и тренировка летного состава для серийных летательных аппаратов).

В отделении динамики и систем управления ЦАГИ накоплен сорокалетний опыт проведения исследований динамики самолетов методами полунатурного моделирования. В процессе этих исследований не только сформировалась уникальная школа специалистов по всем аспектам этой проблемы, создан парк установок, обеспечивающий работы по летательным аппаратам всех типов, но и достигнуты значительные результаты в развитии базисных тренажерных технологий: систем подвижности, загрузки рычагов управления, визуализации, вычислительных комплексов, включая специальное программное обеспечение.

Таким образом, когда несколько лет тому назад в ЗАО ЦНТУ «Динамика» было принято решение о развертывании вертолетного направления, оставалось решить ряд специфических проблем, свойственных этим летательным аппаратам. Среди которых наиболее важными в то время являлись:

— разработка высокоадекватных моделей динамики полета основных типов вертолетов, обеспечивающих имитацию всех эксплуатационных режимов, включая отказные и особые ситуации, а также транспортировку груза на внешней подвеске;

— создание систем визуализации с широкими полями обзора (до 220°H x 60°V) и высоким уровнем детализации подстилающей поверхности;

— создание программных средств визуализации внекабинной обстановки для полетов в ночных условиях (IR и NVG).

Следует отметить, что при общем неблагополучном состоянии отечественных тренажерных технологий вертолетная тематика находится в еще более запущенном состоянии, чем самолетная. В результате практически отсутствуют средства наземной отработки динамики вертолетов в процессе их проектирования, что неизбежно сказывается на качестве и объеме разрабатываемой техники, безопасности проведения летных испытаний. Ощутимо страдает также безопасность эксплуатации серийных вертолетов, снижается экспортный потенциал отечественных вертолетов. Все это заставляет обратиться к опыту создания самолетных тренажерных проектов.

Ведущие самолетные ОКБ и институты оснащаются инженерными тренажерами, предназначенными для поддержки проектирования летательных аппаратов. Они обеспечивают работы по следующим основным направлениям:

— выбор компоновки ЛА с учетом требований к характеристикам устойчивости и управляемости;

— формирование алгоритмов систем управления, в последние годы речь идет о СДУ;

— оптимизация видов пилотажно-навигационной и боевой индикации;

— выбор рациональных характеристик рычагов управления;

— наземная отработка штатных бортовых систем;

— частичная сертификация ЛА;

— сопровождение летных испытаний.

ЗАО ЦНТУ «Динамика» имеет опыт изготовления и поставки таких установок для российских и зарубежных авиационных предприятий. Среди них следует назвать ОКБ Микояна (пилотажные стенды и вычислительные комплексы для полноразмерных стендов отработки оборудования самолетов МиГ-АТ и МиГ-29К), ОАО «ОКБ Сухого» (стенд отработки информационно-управляющего поля перспективных истребителей), ЗАО «Гражданские самолеты Сухого» (инженерный тренажер в обеспечение проекта RRG), китайский НИИ автоматического управления полетом FACRI и летно-испытательный центр CFTE (два исследовательских стенда с подвижными кабинами). Эксплуатация установок, оснащенных специальными исследовательскими программными комплексами, показала, что они не только значительно сокращают цикл проектирования самолетов, но и многократно снижают объем и риск летных испытаний. Важным аспектом этих работ является также то, что в процессе их проведения происходит и прототипирование соответствующего тренажера в части отработки его программного обеспечения.

По этому пути фактически шли работы по созданию современных тренажеров для самолетов Су-33 и МиГ-29, проведенные «Динамикой» за последние годы. Благодаря современным аппаратным решениям и высокоадекватным математическим моделям на этих тренажерах достигнут уровень соответствия реальным условиям полета примерно 85–90 % в отличие от тренажеров предыдущего поколения, у которых этот показатель находился в пределах 15–20 %.

За время проведения интенсивных работ по вертолетной тематике на ЗАО ЦНТУ «Динамика» решены все вышеперечисленные проблемы, стоявшие на пути создания эффективных вертолетных тренажеров. Разработана технология мелкосерийного производства композитных экранных комплексов с радиусом 3,6 м и изготовлено три комплекта таких систем. Начаты работы по освоению технологии создания панорамных коллимационных систем на основе пленочных зеркал, что, по прогнозам наших специалистов, позволит в ближайшие год-два избежать дорогостоящего импорта таких систем из-за рубежа. Закуплен технологический программный комплекс для создания программного обеспечения генераторов изображения внекабинной обстановки, содержащий богатый инструментарий имитации режимов ночного видения, что уже сейчас позволило создать тренажерные имитаторы очков ночного видения и тепловизоров.

Уникальное положение ЦАГИ в отечественном авиационном комплексе позволило также решить проблему создания высокоэффективных тренажерных моделей вертолетов наиболее массовых семейств — Ми-8/17 и Ми-24. Математические модели динамики пространственного управляемого движения вертолетов разработаны на основе использования нелинейных аэродинамических характеристик несущего и рулевого винтов, а также планера в полном круговом диапазоне углов атаки и скольжения и скоростей полета от 0 до 350 км/ч. Это позволяет моделировать всевозможные эксплуатационные, предельные, закритические режимы и особые ситуации полета. Математические модели динамики полета вертолетов, включающие в себя также модель функционирования силовой установки и других систем, апробированы согласованием результатов моделирования с соответствующими данными летных испытаний.

Вид из кабины тренажера вертолета Ми-24П

Комплексный тренажер вертолета Ми-8/Ми-17

На предприятии ведутся также работы по другим типам технических средств обучения, включая компьютерные классы и процедурные тренажеры. По общепринятой мировой практике, только такой эшелонированный набор средств обеспечивает высокие экономические показатели системы наземной подготовки летного состава.

Прорывные технологические достижения позволили ЗАО ЦНТУ «Динамика» успешно реализовать проекты по изготовлению комплексных тренажеров для вертолетов Ми-8МТВ и Ми-24П, прошедших широкую апробацию летным составом различных государственных и коммерческих авиационных служб. В настоящее время ведутся испытания тренажеров соответствующими структурами ВВС РФ. Тренажер Ми-8МТВ сертифицирован Министерством транспорта РФ.

В дополнение к тренажеру Ми-8 разработан тренажер оператора груза на внешней подвеске, в составе которого имеется специальное программное обеспечение для моделирования динамики груза на упругом тросе и стереоскопическая система визуализации, что обеспечивает оператору возможность оценить положение груза и троса при выполнении прецизионных монтажных работ.

В результате работ по вертолетной тематике, ведущихся в последние годы в ЦНТУ «Динамика», был создан практически полный собственный технологический цикл разработки и производства вертолетных тренажеров нового поколения, позволяющих радикально повысить качество подготовки летных экипажей, а значит, безопасность полетов и эффективность применения отечественных гражданских и военных вертолетов.