CABINE SI INTERFETE PENTRU SIMULATOARE

CABINE SI INTERFETE PENTRU SIMULATOARE

1. Cabinele de simulator

Una din cerintele importante ale unui bun antrenament este realizarea unei corespondente cat mai buna intre cabina aeronavei reale si cabina simulatorului.

Primele cabine pentru simulatoare au fost facute pornind de la cabine reale care erau prelucrate si adaptate pentru a fi utilizate la simulatoare.Avantajul mare era existenta comenzilor reale, a tuturor comutatoarelor si panourilor din cabina originala fapt care asigura un mare grad de realism in antrenamente.

Cu timpul datorita faptului ca pretul acestor cabine era relativ ridicat s-a trecut la crearea de cabine pentru simulator in care structura si invelisul cabinei nu mai era la nivelul de constructie aeronautica, iar elementele exterioare se faceau din materiale plastice, structuri din materiale compozite, lemn etc.

Interiorul cabinei insa era construit astfel incit sa reproduca exact la scara 1:1 atit ca dimensiuni si ca amplasare toate panourile de la bord ,cit si culorile si iluminarile aferente etc,.

Panourile de comanda din cabina aeronavei simulate se pot fie realiza la diferite companii specializate, fie se realizeaza functie de tehnologiile existente la nivelul producatorului aeronavei sau la nivelul producatorului de simulatoare.

Echiparea panourilor consta de obicei din comutatoare, lampi de iluminare si semnalizare.In realizarea cabinei de simulator se utilizeaza elemente pe cit posibil care sa arate ca aspect la fel ca in cazul cabinei reale, lampile de semnalizare se aleg dupa acelasi criteriu ,dar este de dorit ca pentru lampa propriu-zisa sa nu se utilizeze becuri de aviatie care sunt la un pret ridicat si sa se inlocuiasca cu LED.

Pentru comenzile principale se folosesc sisteme de comenzi de simulator in care si efortul poate fi comandat in concordanta cu evolutiile aeronavei care sunt livrate de mai multi producatori.

In aceasi cabina de simulator se pot introduce sisteme de vibratie a scaunelor care sa fie comandate in conformitate cu regimul de zbor si acela al motoarelor toate aceste elemente depinzind de anvergura proiectului.

La simulatoarele militare o alta problema o constituie castile pilotilor si scaunele pilotilor care uneori pot fi scaune de catapultare care contin reglaje si au elementr ce trebuie actionate.

Pentru casti se folosesc sau castile reale sau casti adaptate special aplicatiei respective, iar pentru scaunele de catapultare se folosesc fie scaune replica, care nu au cartuse pirotehnice , fie scaune reale care au fost folosite si la fel nu au elemente care sa permita lansarea.

Pentru simulatoare simple ,reconfigurabile sau pentru cele din domeniul jocurilor si aplicatiilor didactice primare se poat utiliza direct afisajul pe un display, iar in jurul lui se amplaseaza pedale ,joy-stick si alte elemente de comanda.

Exista o serie de aplicatii in care se utilizeaza elemente de Virtual reality si se creaza cabine virtuale in care imaginile sunt proiectate in apropierea ochiului cu display-uri de mici dimensiuni amplasate pe o casca si cu ajutorul unor dispozitive de tip "manusa" care permit actionarea comenzilor din cabina virtuala, dar aceste aplicatii sunt inca la inceput si sunt tipice pentru clasa de simulatoare CBT-computer based training.

2. Simularea si stimularea aparaturii din cabina

Inca de la primele realizari in domeniul simulatoarelor o necesitate obiectiva a fost ca reprezentarea cabinei, a comenzilor si a aparatelor de bord sa fie cit mai veridica.

Din conditiile initiale se defineau in acel moment doua variante de a rezolva aceasta problema si implicit si cea a comandei aparatelor de bord:

1.- varianta utilizarii in totalitate a aparatelor originale reale, asa cum sunt pe aeronava originara,.

2.-varianta modificarii aparatelor si transformarea lor pentru simulator astfel incit sa primeasca o comanda electrica.

Prima varianta s-a utilizat la inceputul simulatoarelor in cazul cind aparatura de bord era redusa si precizia nu era foarte mare. Pentru primele simulatoare s-a utilizat aceasta solutie si aparatele erau cele originale, tipice pentru o aeronava : vitezometru, altimetru,etc. Dezavantajul major era ca in acel timp aparatele erau de tip pneumatice in majoritate si sistemul trebuia sa furnizeze semnale de presiune in corespondenta si cu alte semnale.

Varianta a doua s-a utilizat pana in prezent si se bazeaza pe urmatorul principiu:

-aparatura de bord de natura mecanopneumatica este modificata in totalitate pentru a primii semnale electrice.

-aparatura electrica este comandata cu semnale electrice direct dintr-o interfata specializata.

Modificarea aparaturii se face prin utilizarea a doua sisteme:

-modificarea aparatelor de bord astfel incit acele indicatoare ale aparatelor de bord sa fie actionate de elemente electrice.

-elementele de actionare electrica pot fi : ori selsine care se comanda corespunzator, ori motoare pas cu pas (care au avantajul unei pozitionari foarte precise, dar care necesita sisteme de comanda tipizate si mai costisitoare).

Se utilizeaza pentru actionarea acelor selsine , motoare servo sau motoare pas cu pas, folosind dispozitive specializate pentru a oferi toate functionalitatile de pe instrumentele reale de pe aeronave, de exemplu, nu " steaguri" de VOR, sau setarea presiunii barometrice pentru un altimetru. Aceste instrumente sunt comandate de tensiuni analogice prin intermediul unuei interfete specializate .Aceasta modificari a aparaturii a inceput sa se faca de o serie de firme care produc si echipament avionabil, dar si echipamente pentru simulatoare.

Toate aceste modificari se integreaza in metoda de a utiliza aparate de bord simulate.

In prezent pe masura echiparii cabinelor cu aparatura din ce in ce mai sofisticata a aparut necesitatea de a utiliza sisteme sofisticate si avionabile, deoarece nu era posibil sa se realizeze astfel de echipamente pentru simulare si ar fi fost necesar sa se scrie programe foarte dificile pentru transferul informatiilor.

Solutia a fost ca la inceput:

-utilizarea aparaturii avionabile aproape in totalitate si comanda ei - aceasta metoda se numeste stimulare. In acest mod se utilizeaza toate facilitatile de lucru a aparaturii avionabile si instruirea se desfasoara corespunzator.

Pe masura ce sistemul este dezvoltat se face cuplarea direct cu unitatea de baza a simulatorului.

Dezavantajul principal al acestui mod de a stimula aparatura era ca pretul avionicii este de cca. 40% din valoarea aeronavei si deci implicit pretul simulatorului se mareste cu aceasta valoare importanta.

Din 1980, cele mai multe aeronave civile si militare au trecut la tehnologia Glass- Cockpit adica la afisare a parametrilor pe ecrane intr-un sistem denumit EFIS.

EFIS -Electronic Flight Instrument System un concept de sistem de afisare in cabina de zbor in care tehnologia de afisare electronice utilizata este majoritara ramainind doar citeva aparate mecanice sau electromecanice. Sistemul EFIS consta dintr-un ecran primar al zborului (PFD), un display multifunctional (MFD) pentru a cuprinde si indicatiile motorului si un sistem de alertare (EICAS). Pornite cu tuburi catodice (CRT) in prezent sunt folosite display-uri cu cristale lichide (LCD).

Ecranele de acest tip sunt de dimensiunea 200 mm ( 8-inch )special construite si rigidizate pentru a fi avionabile , de obicei cu functioneaza la 20 Hz. Placa grafica de comanda are un memorate indicatiile ce trebuie afisate si include algoritmi anti-aliasing pentru a netezi orice neregularitati sau linii in miscare.

Solutia aleasa in prezent si care se aplica din ce in ce mai mult este:

-renuntarea la aparate de bord si trecerea la afisarea unor imaginii corespunzatoare generate electric. Pe display-uri speciale se arata imaginea aparatelor de bord si cu ajutorul unor 'masti' si a unor butoane adecvate se modeleaza in totalitate functiile aferente echipamentelor aeronavelor.

Aparitia in prezent a LCD de mici dimensiuni si cu o buna rezolutie permite inlocuirea tuturor aparatelor de la bord chiar daca amplasarea lor este speciala.

Prin modelare se determina functiile de transfer si apoi se comanda corespunzator imaginea pe ecran. Un simplu PC poate gestiona cu ajutorul unor placi grafice aceasta situatie si corectarea sau modificarea imaginei se face rapid. Dezvoltarea acestei metode din ce in ce mai aplicata a condus la ideea simulatoarelor reconfigurabile in care se poate trece cu usurinta de la o structura de simulator la alta (de la elicopter la avion etc) - simulatoare generice.

Pentru a asigura navigatia moderna trebuie asigurate pe simulatoare indicatiile VOR, cautarea automata a directiei (ADF) si sistemele ILS .Acest lucru necesita integrarea cu panourile de reglare pe frecvente ale sistemelor radio pentru a selecta frecventa receptorului ales si livrarea de informatii de la FMS precum si o baza de date de radio-faruri si emitatoare pentru navigare. Chiar si erorile asociate cu aceste sisteme trebuie sa fie modelate in mod corect. De exemplu,daca un emitator VOR ce functioneaza in frecventa foarte inalta (VHF) banda este obstructionata de un deal acest fenomen trebuie reprodus .
Pentru navigarea pe un anumit traseu sisteme de navigatie inertiale (INS) si sistemul global de pozitie (GPS) sunt de asemenea simulate , de exemplu acuratetea GPS variaza in functie de anumite pozitionari ale satelitului GPS. Pentru raza scurta de actiune de zbor un 'model de pamant plat' poate fi adecvat pentru navigare, dar peste 160-200 km un model sferic sau chiar elipsoid al Pamintului este necesar.

3 Interfete de proces de timp real

Interfetele utilizate in simulatoare sunt bidirectionale si se pot grupa in 3 grupe:

- grupa 1: grupa de interfatare dinspre cabina catre sistemul de calcul - legatura cu semnale analogice ce trebuiesc convertite in semnale digitale .

- grupa 2: grupa de semnale dinspre cabina catre sistemul de calcul - prin intermediul comutatoarelor - semnale logice.

- grupa 3 : grupa de semnale dinspre sistemul de calcul catre aparatele indicatoare din cabina. Structura de elemente din fiecare grupa este urmatoarea:

Pentru grupa 1:

Pentru grupa 2:

Pentru grupa 3:

Pe langa aceste elemente in cadrul interfetei exista si elemente specializate:

blocuri de generare a functiilor trigonometrice

blocuri de comanda a alimentarilor , surselor de diverse valori etc.

ceasuri interne pentru a determina sincronizarea in citire.

blocuri de control al nivelului de alimentare

modem - uri specializate pentru legatura cu calculatorul.

sisteme de modelare si de comanda in diferite frecvente pentru sistemele radio.

Schema generala a unui modem, este:

Schema clasica pentu multiplexoare este:

Iesirile de pe 'portile' calculatorului sunt multiplexate si semnalul compus este aplicat la un modem.

Transmisia se face pe un cablu obisnuit ( coaxial ). La receptie semnalul este trecut printr-un modem un multiplexor si circuitele care comanda aparatele.

Sistemul este extrem de avantajos pentru grupa a 3 de semnale din interfata deoarece astfel se micsoreaza foarte mult numarul de fire.

Esential pentru simulatoare sunt canalele care trebuie sa functioneze in timp real urmarind sa asigure fluxul de date si raspunsul avionului la comenzi.

In prezent aceste lanturi de comunicatie nu mai ridica probleme, tehnica actuala rezolvand rapid aceste transferuri de date.