УДК 656:51-7

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВРЕМЕННОГО АВИАЦИОННОГО ТРЕНАЖЕРОСТРОЕНИЯ

Данилов Александр Максимович1, Пылайкин Сергей Александрович2
1Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, д.т.н., профессор
2Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, аспирант

Аннотация
Рассматриваются состояние и перспективы современного авиационного тренажеростроения. Обсуждаются четыре основных направления. Определяются связи между отдельными модулями тренажера.

Ключевые слова: авиационные тренажеры, модули, структура, тренажеры транспортных средств, формирование управляющих воздействий оператора


MAIN AREAS OF MODERN AIRCRAFT SIMULATOR

Danilov Alexander Maksimovich1, Pylaykin Sergei Aleksandrovich2
1Penza state university of architecture and construction, doctor of science in engineering, professor
2Penza state university of architecture and construction, graduate student

Abstract
Given the condition and prospects of modern aviation simulator. Discusses four main areas. Defined the relationship between the individual modules of the simulator.

Keywords: flight simulators, forming the control actions of the operator, modules, structure, vehicle simulators


Библиографическая ссылка на статью:
Данилов А.М., Пылайкин С.А. Основные направления современного авиационного тренажеростроения // Современная техника и технологии. 2014. № 6 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2014/06/4014 (дата обращения: 27.05.2017).

В современном тренажеростроении, в том числе,  в области подготовки  летного состава и моделирования условий полета сформировалось  четыре основных  направления: первые два  относятся к совершенствованию аппаратных средств [1…4], остальные – к методам их применения [5…8].

Первое направление – переход от разработки отдельных тренажеров к созданию «тотальных систем», в которых тренажеры являются лишь ее частью. Цель таких систем – обеспечение успешного усвоения курсантами и летчиками полной программы подготовки до определенного уровня летной квалификации. В этом случае есть полный комплекс учебно-методического оборудования: классы для теоретического обучения, тренажеры различной сложности и различного функционального назначения, а также учебно-тренировочные самолеты и вертолеты. Предприятие-подрядчик не только строит и эксплуатирует систему учебно-тренажерного оборудования, но и обеспечивает заказчика преподавателями и инструкторами.

Второе направление предполагает все более широкое применение совершенных тренажеров, позволяющих отрабатывать выполнение всех этапов и режимов полета. Для реализации положительных сторон этой тенденции решаются две проблемы: с целью  достижения высокой точности моделирования создается полный пакет достоверной информации в удобной для моделирования форме и обеспечивается пополнение его вновь поступающей информацией  в течение нескольких первых дней после появления.

Третье направление характеризуется повышенным вниманием к стандартизации и модульности исполнения тренажеров, к созданию сетей, связывающих отдельные тренажеры и другие технические обучающие средства между собой с целью комплексного, взаимосвязанного и взаимообусловленного использования. В технических требованиях учитываются особенности архитектуры и интерфейса вычислительной системы с тем, чтобы можно было свести воедино модули тренажера; предусматривается возможность изготовления отдельных модулей тренажера на различных предприятиях, а затем эти части сопрягать в единой структуре тренажера. Такая концепция построения и использования тренажеров позволяет сократить сроки проектирования, облегчает работы по формированию больших сетей из множества взаимосвязанных тренажеров.

Четвертое направление – повышение внимания к формированию баз данных. Использование в тренажерах неполных и недостаточно достоверных баз данных приводят к низкому качеству тренировок, неоправданно высокой сложности и дороговизне тренажеров и большой стоимости их жизненного цикла.

В последнее время делается упор не на оттачивание индивидуального мастерства пилотов, а на подготовку экипажа в целом, а также на обучение экипажей с линейной ориентацией. Кратко этот метод можно охарактеризовать как программу летного обучения в линейной (рейсовой) обстановке, предусматривающей участие всего экипажа в решении полетных ситуаций, ведущих к авиационным происшествиям, с основным упором на мобилизацию человеческих ресурсов. Конечная цель метода состоит в недопущении ошибок, связанных с человеческим фактором, путем эффективного контролирования ресурсов. При этом предусматривается обеспечение  выявления и исправления ошибок в случае их совершения, в результате чего уменьшается вероятность угрозы безопасности полета в целом.

В системе летной подготовки большое значение уделяется и роли инструкторов. Существуют  методы, которые могут способствовать повышению летного мастерства путем усиления роли инструктора (трансакциональный анализ). Широко внедряются методы автоматизированного и адаптивного обучения на базе отработанных учебных программ.

Анализ номенклатуры тренажеров показывает, что тренажерный парк планомерно модернизируется в соответствии с созданием новых функциональных модулей и, в первую очередь, с вычислительными системами, имитаторами визуальной обстановки и имитаторами акселерационной обстановки.  Возможность указанной модернизации обусловлена модульностью конструкции и программно-математического обеспечения, позволяющей избежать большей части затрат на разработку и модернизацию тренажеров. Конечной целью использования модульного подхода являются сокращение затрат на разработку, повышение надежности и гибкости, т.е. в конечном счете, соображения экономического плана.

Тренажеры могут поставляться в различной комплектации: с подвижной кабиной или стационарной, с имитатором  визуальной обстановки или без него. Основными частями такого тренажера являются: кабина экипажа, вычислительная система и рабочее место инструктора с электронным терминалом, обеспечивающим управление процессом обучения и контроль над ним. Большим достоинством описанной концепции является возможность изготавливать на различных предприятиях такие макромодули, как динамическая платформа, система визуализации, составные части вычислительной системы. Комплексирование же из них конкретной конфигурации тренажера может осуществляться на предприятии – поставщике изделия в целом. Наибольшая потенциальная опасность при реализации модульного подхода заключается в желании выбрать узкоспециализированный подход, который определяет некую архитектуру ЭВМ, жестко устанавливает структуру интерфейса, диктует использование специального языка программирования или нацеливает на решение других узких вопросов. Кроме того, если модули выделены и стандартизированы неправильно, способность промышленности внедрять технические новинки будет снижена.

Длительное время на выбор структуры тренажера доминирующее влияние оказывала архитектура управляющей цифровой вычислительной системы и ее вычислительная мощность, в связи с чем распределение этой мощности между потребителями  находилось в противоречии с основными критериями технического уровня тренажеров, такими как обучающие качества, надежность, сроки разработки и освоение тренажеров в серии, уровень унификации и возможность модернизации. Дефицит вычислительных мощностей приводил к тому, что каждый потребитель завышал свою потребность, что приводило к увеличению количества вычислительных комплексов в системе со всеми вытекающими отрицательными последствиями. Для решения этой проблемы была внедрена распределенная вычислительная системы на базе функциональных микропроцессоров при параллельной их работе и применении рефлективной памяти: вопрос о распределении мощностей сам собой отпадает; возможно простое наращивания количества микропроцессоров по потребности. Основными преимуществами модульного исполнения тренажеров являются гибкость применения, возможность независимой разработки и простота модернизации. Модульный подход не предполагает обязательной стандартизации аппаратного обеспечения – главным является стандартизация интерфейсов функциональных модулей.

Каждый функциональный модуль (МФ) представляет собой конструктивно-законченное изделие, реализующее определенную функцию тренажера – обучение пилотов, бортинженеров, операторов. Другого рода модули – модули полетной информации (МПИ), к которым относятся такие устройства как имитатор визуальной обстановки, имитатор акселерационных эффектов движения, имитатор системы управления, имитатор акустических шумов в кабине  экипажа, рабочее место инструктора (РМИ). Интерфейс должен позволять легко объединять любое число модулей в комплексный или специализированный тренажер или тренажер с ограниченным числом модулей полетной информации, например, без имитатора визуальной обстановки (пилотажный тренажер для отработки слепого полета) или без имитатора акселерационных эффектов (штурманский тренажер или тренажер бортинженера). Стандартизованный интерфейс, программное и аппаратное обеспечение, устройства управления и отображения информации входят в состав функциональных модулей и модулей полетной информации.  Физический уровень функциональных модулей должен обеспечивать такие условия, при которых изменения на одном уровне не влекут за собой изменения на другом. Модульный подход требует дополнительной обработки данных для приведения их в совместимую форму. Но это стоит того, ибо присущая модульному принципу гибкость компенсирует эти дополнительные затраты на обработку данных и перепрограммирование. Выбор физической связи модулей между собой является основой всего модульного подхода. Эти связи должны быть унифицированными, долгосрочными, гибкими и совершенствуемыми. При правильной структуре модулей должны быть стандартизованы только устройства сопряжения, а внутри модулей должна быть полная свобода совершенствования. Внедрение модульности требует четкой координации работ по определению функций модулей и интерфейса, а также осуществлению их проверки и сертификации. Например, типичный тренажер кабинных процедур состоит из 4 модулей: кабины экипажа, рабочего места инструктора, упрощенных модулей аэродинамики полета и силовой установки. В более сложный тренажер, кроме кабины экипажа и рабочего места инструктора, должны входить полные модули аэродинамики и силовой установки, модули системы визуализации, акселерационных эффектов, самолетных и атмосферных шумов. Для оператора бортовых систем обычно создается специализированный тренажер на базе модуля кабины и  имитаторов бортовых систем, дополненный упрощенными модулями аэродинамики и силовой установки, а также модулем специализированного рабочего места инструктора. Естественно, в составе комплексного тренажера будут все модули, которые входят в специализированные тренажёры. При этом упрощенные модули аэродинамики и силовой установки заменятся  полными модулями. Отдельный функциональный модуль тренажера при этом можно разрабатывать как законченное изделие, представляющее собой основу специализированного тренажера (летчика, бортинженера, штурмана, оператора). Одновременно предусматривается возможность применения этого модуля в составе комплексного тренажера.

Для объединения тренажерных модулей в комплексный тренажер необходимо определить функциональные связи, т.е. состав и структуру массивов информации, которыми должны обмениваться между собой тренажерные модули. Устройства сопряжения должны быть стандартизированы.

Функциональные модули, а также  такие модули полетной информации,  как имитатор системы управления, имитатор динамики полета, имитатор акселерационных воздействий и имитатор визуальной обстановки целесообразно реализовывать в одном вычислительном комплексе. Связи между модулями ИДП, ИСУ, ИНО, РМИ, СВД должны сохраняться как унифицированные для всех типов тренажеров. Количество вычислительных комплексов, используемых в каждом модуле, не должно менять структуру связей с другими модулями. Если резерва в данном устройстве коммутации (УК) больше нет, то вводимые дополнительно вычислительные комплексы должны связываться с основным вычислителем модуля с помощью автономных средств (например, с помощью дополнительного внутримодульного устройства коммутации). Однако следует помнить, что нормальное функционирование тренажера (информационная и динамическая адекватность модели) может достигаться только при условии правильного формирования полетной информации, необходимой для получения полноценных профессиональных навыков. Это условие может быть выполнено при учете психофизиологии летного труда при создании функциональных модулей, формирующих полетную информацию.


Библиографический список
  1. Авиационные тренажеры модульной архитектуры: монография [Текст] /  Лапшин Э.В., Данилов А.М., И.А.Гарькина, Б.В.Клюев, Н.К. Юрков. – Пенза, ИИЦ ПГУ, 2005. – 146 с.
  2. Andreev A.N., Danilov A.M., Klyuev B.V., Lapshin E.V., Blinov A.V., Yurkov N.K. Information models for designing conceptual broad-profile flight simulators / Measurement Techniques. August 2000. –  Vol.43.  Issue 8. – P.667-672.
  3. Гарькина И.А., Данилов А.М., Пылайкин С.А. Тренажеры и имитаторы транспортных систем: выбор параметров вычислений, оценка качества / Мир транспорта и технологических машин. –№3(42). –2013. –С.115-121.
  4. Гарькина И.А, Данилов А.М., Пылайкин С.А. Транспортные эргатические системы: информационные модели и управление  / Мир транспорта и технологических машин. –№1(40). –2013. –С.115-122.
  5. Гарькина И.А., Данилов А.М., Петренко В.О. Проблема многокритериальности при управлении качеством сложных систем / Мир транспорта и технологических машин. –№2(41). –2013. –С.123-130.
  6. Гарькина И.А., Данилов А.М. Аппроксимационные задачи при разработке имитаторов транспортных систем: распараллеливание вычислительных процессов / Вестник Таджикского технического университета.  –№ 4 (24). – 2013.  –С.75-80.
  7. Данилов А.М., Гарькина И.А., Домке Э.Р. Математическое моделирование управляющих воздействий оператора в эргатической системе / Вестник МАДИ, №2, 2011. –С.18-23
  8. Гарькина И.А., Данилов А.МУправление в сложных технических системах: методологические принципы управления  / Региональная архитектура и строительство. -2012.- №1 (12).   -С.39-43.


Все статьи автора «fmatem»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: