Уместен вопрос о научных основах построения тренажёров. В тренажёростроении пересекаются множество областей современной техники; агрегаты тренажеров имеют различные научные основы построения [1]. Трудности создания общей науки о тренажёрах обуславливаются, прежде всего, трудностями формализации деятельности человека, его восприятия и реакций. Всякая точная наука оперирует математическими моделями субсистем и процессов, составляющих предмет данной науки [4,5]. Формализованные модели восприятия лётного экипажа, его профессиональной деятельности в полёте составляют фундаментальную, необычайно трудную проблему авиационной инженерной психологии, эргономики. Пока не удается решить на стадии проектирования формализованными методами задачи синтеза АТ и расчета показателей их эффективности (недостаточная разработанность моделей). Сегодня уже определены научные основы построения тренажёрных субсистем и тренажёрных комплексов в целом; они составляют достаточно стройную и практически важную научную дисциплину и в их современном виде. Это относится и к имитатору динамики полета, который должен воспроизводить в наземных условиях движение самолёта в пространстве путём решения замкнутой системы нелинейных дифференциальных уравнений. Входными параметрами являются управляющие воздействия экипажа в кабине самолёта, а выходными – параметры полёта. Имитатор в составе тренажёра должен обеспечивать выполнение следующих задач: руление по ВПП и рулёжным дорожкам; взлёт и набор высоты; полёт по маршруту, снижение и заход на посадку; уход на второй круг с использованием средств комплекса стандартного пилотажно-навигационного оборудования; экстренное снижение; полёт пo кpyгу, заход на посадку и посадку; пробег по ВПП с использованием всех средств торможения; полёт в условиях опасных внешних воздействий. При решении этих задач учитываются: температура воздуха и атмосферное давление; высота (уровень местности) аэродрома; горизонтальная составляющая скорости ветра; вертикальный и горизонтальный «сдвиг ветра»; горизонтальные и вертикальные порывы ветра; влияние обледенения на аэродинамические характеристики; влияние состояния ВПП; масса и центровка самолёта; режимы работы силовой установки (включая режим обратной тяги); положение управляющих поверхностей, механизация крыла, шасси; аэроупругость.

Принцип имитации динамики полёта основывается на непрерывном вычислении параметров полёта с помощью математических зависимостей, определяемых в реальном масштабе времени с целью создания подобия моделируемого на АТ «полёта» реальному. Подобие «полёта» создается за счёт предоставления экипажу визуальной, акустической и акселерационной информации, а также воспроизведения показаний приборов пилотажно-навигационного комплекса и положения органов управления, в том числе и нагрузок на органы управления. Структурная схема модуля имитатора динамики полёта и взаимосвязь его с другими имитаторами приведена на рис. 1 (использованы стандартные обозначения [1]; определяются:

).

В имитаторе используются сигналы и параметры:

- (система управления);

- (силовая установка);

- ( взлётно-посадочные средства);

- (тормозная система);

- (имитатор навигационной обстановки);

- , , состояние ВПП (имитатор атмосферных явлений);

- противообледенительной системы (включение ПОС, «Обледенение»);
- с рабочего места инструктора (сигналы «Исходное место», «Останов»).

Уравнения движения в имитаторе динамики полёта разбиваются на 4 группы: продольное движение; боковое движение; движение по земле; вычисление аэродинамических коэффициентов. Все параметры содержатся в вычислителе в виде кодов. Шаг интегрирования выбирался из условия обеспечения устойчивости решения ( 25мс). Связь модуля имитатора динамики полёта с модулями других систем и имитаторов осуществлялся на основе внутримашинного и межмашинного обмена информацией. Предусматривалась возможность ввода и вывода на дисплейный модуль значений параметров в физических величинах, что позволяло производить оперативное изменение динамической модели (при необходимости). 
По данным независимой экспертизы принятая структура имитатора динамики полета и использованное программно-алгоритмическое обеспечение позволили получить удовлетворительные имитационные характеристики тренажера, обеспечивающие формирование у операторов необходимых навыков пилотирования [1,2].

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.