Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

В небо, не отрываясь от земли

Доктор технических наук А. БЮШГЕНС.

Можно ли научится летать на самолёте, которого ещё нет? Да, с помощью авиационного тренажёра — он не только помогает лётчику заранее освоить новую модель, но и позволяет инженерам и конструкторам внести в проект необходимые изменения. Работа над созданием авиационных тренажёров началась в СССР более сорока лет назад. В нашей стране это направление появилось и активно развивалось в Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ). Тренажёрной тематикой занимались академик Г. С. Бюшгенс, профессор Г. В. Александров, доктор технических наук Р. В. Студнев, кандидат технических наук А. Н. Предтеченский, которые уже тогда поняли, насколько важными окажутся тренажёрные технологии для проектирования и эксплуатации самолётов. Несмотря на отдельные успехи советские тренажёры в целом заметно уступали зарубежным образцам. Сейчас ЦАГИ разрабатывает тренажёры совместно с Центром научно-технических услуг «Динамика», и новая техника становится конкурентоспособной на мировом рынке.

Авиационные тренажёры состоят из трёх основных частей: подвижного макета кабины с органами управления и контроля, системы визуализации обстановки за пределами кабины и математической модели, которая, реагируя на действия пилота, имитирует условия полёта.

Обеспечим библиотеки России научными изданиями!

Работа над тренажёром начинается одновременно с началом проектирования нового самолёта. До принятия самолёта в эксплуатацию тренажёр называют инженерным. Его конструкция и параметры многократно меняются, по мере того как меняется и совершенствуется конструкция самолёта.

После первых продувок самолёта в аэродинамической трубе появляются данные, позволяющие создать математическую модель динамики полёта. Она-то и становится базой для дальнейшей работы над тренажёром. Модель постоянно уточняется, и соответственно приходится менять параметры тренажёра. Чтобы инженеры могли делать это гибко и оперативно, используют специальные программы. В частности, у нас для исследования поведения самолёта в воздухе разработана программа FlightSim (имитатор полёта).

С её помощью разрабатывают компьютеризированную систему управления. На современных самолётах она в том числе служит «защитой от дурака». Если действия пилота могут привести к нарушению штатного режима, система их не пропустит. Но поскольку, например, боевой самолёт должен выполнять сложнейшие манёвры, то и задаваемые системе ограничители предельных режимов необходимо отрабатывать очень тщательно.

Для пилота важно расположение индикаторов и приборов, информирующих его о состоянии систем самолёта и полётной обстановке. Разработанная нами программа DeskSim (имитатор приборной доски) позволяет из «заготовок» (стрелок, шкал, счётчиков, табло) создавать макеты приборной доски (на профессиональном языке — информационно-управляющего поля) и, как в мозаике, легко менять расположение приборов по рекомендациям лётчиков.

Так, постепенно меняясь и совершенствуясь, инженерный тренажёр сопровождает весь процесс проектирования, строительства и испытания самолёта. Последние уточнения вводятся по результатам испытательных полётов. Для этого используют данные записи в устройствах, напоминающих принципом работы «чёрные ящики», но следящих за гораздо большим числом параметров полёта. В ряде случаев изменения в конструкцию тренажёра приходится вносить по замечаниям пилотов.

Современные инженерные тренажёры позволяют отрабатывать режимы полёта ещё до того, как самолёт поднимется в небо. Представить, какие подробности содержит математическая модель, можно по такому случаю. Однажды перед демонстрацией тренажёра перспективного истребителя высокому начальству готовивший его инженер забыл после прошлых испытаний «убрать» тормозной парашют. Так с раскрытым парашютом и «полетел». Естественно, горючее быстро израсходовалось, и «дотянуть» до полосы не удалось.

Такое внимание к «мелочам» даёт результат: пилот, поднявший в первый раз SSJ-100 в воздух, после приземления сообщил, что реальный самолёт вёл себя точно так же, как его виртуальный собрат, — разумеется, в штатных режимах.

На современных тренажёрах имитируются воздействия на органы чувств лётчика, которые участвуют в управлении самолётом. В макете кабины создаётся шум, как от работающих двигателей, — прибавил газ, и тон звука изменился. Чувство осязания активируется усилиями, с которыми приходится двигать педали и рукоятки управления. Работает и так называемое акселерационное чувство, поскольку имеющая шесть степеней свободы кабина может менять положение в пространстве и даже двигаться с ускорением.

Но главное — зрение, поэтому особое внимание разработчики тренажёров уделяют системе визуализации. Она должна создавать реалистичную картину внекабинной обстановки и менять её в зависимости от манёвров самолёта. Всё трёхмерное виртуальное пространство за стенками кабины состоит из сотен тысяч элементарных составляющих, называемых полигонами. Для каждого полигона нужно задать пространственные координаты, ориентацию (направление нормали) и цвет.

Гораздо сложнее сымитировать картину, наблюдаемую в инфракрасных лучах с помощью приборов ночного видения. Нельзя «превратить» день в ночь, просто сделав цветную картинку монохромной, например зелёной. Для каждого полигона приходится дополнительно задавать характеристики его излучения.

После этого компьютерная программа синтезирует изображение, как в компьютерных играх, — правда, лётчик меняет её не мышкой или джойстиком, а штурвалом или ручкой, педалями и рукояткой газа.

Но создать картину мало. Необходимо, чтобы пилот её правильно воспринял. Если вместо переднего остекления поставить компьютерный экран, то лётчику придётся адаптировать глаза на расстояние в несколько сантиметров. А в реальном полёте предметы расположены практически в бесконечности.

С этой точки зрения наилучший эффект дают оптико-коллимационные устройства, представляющие собой как бы зеркальный видоискатель наоборот. Изображение с монитора попадает на наклонное полупрозрачное зеркало и отражается в сторону вогнутого сферического зеркала, а дальше лучи движутся параллельным пучком, создавая иллюзию, что объект расположен очень далеко от наблюдателя.

К сожалению, компоновочная схема оптико-коллимационных устройств не позволяет получать большие поля обзора в вертикальном направлении. Их используют на тренажёрах одноместных манёвренных самолётов. В остальных случаях применяют проекционные установки с цилиндрическими или сферическими экранами, расположенными на расстоянии 3—4 м от кабины. На экраны подаётся изображение с многоканальной (от 3 до 9 каналов) проекционной системы. Чтобы она давала неискажённое изображение, пришлось решить две задачи. Во-первых, разработать программу, которая, искажая проецируемую плоскую картину, создавала бы неискажённое изображение на криволинейном экране и позволяла получать бесшовные стыки соседних каналов. Во-вторых, с помощью другой программы добиться, чтобы при переходе изображения из канала в канал соблюдались слитность и непрерывность изображения.

В кабине тренажёра, когда тебя трясёт, крутит и бросает, когда слышишь рёв двигателей и видишь проносящуюся землю, начинает казаться, что участвуешь не в техническом эксперименте, а в каком-то фантастическом аттракционе.

Современные средства вычислительной техники позволяют соединять компьютеры нескольких тренажёров в сеть и таким образом имитировать условия группового полёта. Более того, за рубежом разработан интерфейс HLA (High Level Architecture — архитектура высокого уровня). С его помощью удаётся объединять разнородные тренажёры (авиационные, танковые, артиллерийские и т. д.) и проводить манёвры любых уровней, не выходя из здания.


Случайная статья


Другие статьи из рубрики «Техника. Вести с переднего края»