Elemente specifice din componenta simulatoarelor de zbor

Elemente specifice din componenta simulatoarelor de zbor

Evolutia simulatoarelor de zbor a fost extrem de rapida; de la primele simulatoare din 1930 pina la cele din ziua de azi s-au succedat cel putin 3 generatii de sisteme de calcul, multe variante de generare a imaginei si 2-3 moduri de a realiza miscarea.

Schema bloc a unui simulator de zbor contine in general urmatoarele elemente :

1. Anvelopa simulatorului

2. Sistem de proiectie

3. Platforma mobila

4. Sistem de miscare

5. Platforma fixa

6. Cabina aeronavei

Cabina simulatorului : este o copie fidela la scara 1 : 1 a cabinei aeronavei ce trebuie simulata. In cabina sunt amplasate toate aparatele de bord, comenzile principale (mansa, palonier, maneta de gaze etc.) si secundare, semnalizarile, comutatoarele etc. Amplasarea lor trebuie sa fie identica cu cea din aeronava, iar pentru a simula lucrul cu comenzile principale, in simulatoarele competitive se utilizeaza simulatoare de efort pe comenzi care sunt comandate de un sistem special condus de sistemul de calcul. Gradul de realism indus astfel contribuie la insusirea pilotajului in conditii normale si de avarie.

Accesul in cabina trebuie sa se faca in conditii cit mai apropiate de cele reale, modul de ventilare si de conectare a sistemelor de comunicatie trebuie sa fie si el cit mai apropiat de cazul real.

Anvelopa simulatorului - in cele mai multe cazuri peste cabina se realizeaza o incinta usoara ce contine un ecran si sistemele de proiectie. Se protejeaza astfel ansamblul de de exterior, asigurind o izolare a sistemului.

Sistemele de proiectie sunt de obicei 2 - 3 canale de proiectie video comandate din exterior si ele realizeaza proiectia pe ecran a unei imagini in conformitate cu executarea zborului.

In alte variante cind se urmareste un realism deosebit proiectia se face pe o oglinda speciala care colimeaza imaginea pe ferestrele cabinei. Sistemele de proiectie sunt realizate cu 1, 2, 3 sau chiar 8 canale functie de specificul simulatorului.

In anumite cazuri se poate asigura o buna imagine cu 2 canale, in alte situatii este nevoie de peste 8 canale. Ecranul este citeodata cilindric sau depinzind de aprilatie dreptunghiular. Majoritatea sistemelor sunt color, dar mai exista si variante mai vechi alb-negru.

Sistemul de generare a imaginei este un sistem de care se vorbeste in permanenta deoarece impreuna cu sistemul de proiectie asigura o caracteristica principala in simulare, realismul imaginei.

La inceput imaginea a lipsit cu desavirsire la primele simulatoare, apoi o etapa importanta a fost cind pe masura perfectionarii televiziunii s-a reusit un sistem de imagine TV in circuit inchis. Imaginea era preluata de pe o macheta la scara 1/50 cu ajutorul unei camere de luat vederi si proiectata in fata pilotului. Functie de comenzile date din cabina se actioneaza asupra pozitiei camerei care se deplaseza la scara deasupra machetei. Se realizau astfel decolari si aterizari "pe machete", gradul de realism era redus, dar caracteristicile generale erau bine redate ca raspuns la comenzi.

In prezent sistemul de generare al imaginei este un sistem de calcul specializat cu ajutorul carora se compune o imagine corespunzatoare evolutiilor aeronavei si cimpului vizual al pilotului folisind baze de date.

Sursele pentru imagini sunt :

- fotografii aeriene, inregistrari video,

- harti digitizate ce contin, drumuri, cladiri, rauri

- caracteristici de relief, poze din satelit etc.

Pe baza lor se genereaza o baza de date cu anumite dimensiuni care contine texturi, culori, detalii etc. Pe masura evolutiei si a calcului de traiectorie in generatorul de imagine se apeleaza programe specifice care determina o imagine adecvata atitudinii aeronavei, altitudini etc. Punctul slab al acestor sisteme a fost la inceput lipsa lor de realism ca performante de imagine si faptul ca nu reuseau sa genereze un numar suficient de cadre pe secunda.

In prexent ambele performante sunt atinse, numarul de cadre ajungind si pina la 60 pe secunda, iar "imaginea caligrafica" cu numar mare de pixeli, da un grad bun de realism.

Sistemul de calcul si interfata - este nucleul simulatorului, adevaratul loc in care se fac calcule ce genereaza simularea pe intregul sistem.

Ca evolutie primele calculatoare erau pneumatice apoi au fost analogice din 1942 si pina in 1970 cind au aparut primele calculatoare numerice,existind si multe simulatoare cu calculatoare hibride..

Totalitatea programelor care simuleaza zborul aeronavei sunt rulate incepind de la initializare.Programele includ date generale privind aeronavele, atmosfera, caracteristicile aerodinamice ale aeronavei, modelele de functionare a motoarelor, a comenzilor, a combustibilului, a sistemelor hidraulice. Datele de intrare sunt introduse intr-o forma tipizata pornind de la comenzile aeronavei pina la calculator prin intermediul unei interfete bidirectionale. Functie de aceste date se fac calcule de atitudine (unghiurile Euler), traiectorie si se determina raspunsul aparatelor de bord, a semnalizarilor. Totodata se modeleaza toate sistemele de la bordul aeronavei si logica actiunilor, se memoreaza un numar mare de situatii si se dau comenzi corespunzatoare pentru sunet, miscare.

Sistemul de calcul are in memorie date caracteristice aerodinamice si anvelopa de zbor pentru a rezolva evolutiile aeronavei in diferite situatii normale si de avarie.

Interfata are rolul de a converti semnalele ce vin din cabina si pe cele din calculator catre aparatura din cabina.

In general, toate semnalele din cabina la nivel de comenzi sunt preluate prin traductori in analogic si apoi se convertesc digital pentru sistemul de calcul.

Pentru semnalele de tip comutator se alege o logica binara si ele sunt "citite" periodic si comunicate sistemului de calcul care pe baza programelor determina reactii corespunzatoare. In sens invers dupa calculul parametrilor specifici care sunt prezentati in cabina (de ex. altitudine, viteza, inclinari, radiocompas) se transforma acesti parametri digitali in semnale analogice specifice aparaturii din cabina. O parte din echipamente care primeau semnale in presiune sau de alta natura se transforma pentru simulator in aparate electrice in care indicatoarele (acele) sunt actionate cu selsine sau motoare pas cu pas.

Sistemul de miscare este sistemul care prin miscarea cabinei si a anvelopei determina asupra echipajului senzatii specifice evolutiilor aeronavei la sol si in aer.

La inceput simulatoarele nu aveau sistem de miscare si apoi pentru a creste realismul simulatoarelor s-a trecut la sisteme cu 3 grade de libertate si apoi cu 6 grade de libertate.

Dupa natura lor sistemele de miscare pot fi hidraulice sau electrice. Componenta lor este urmatoarea :

- platforma mobila - o platforma pe care se instaleaza cabina si anvelopa cu toate sistemele aferente,

- un sistem de actionare /miscare cu cilindri hidraulici sau electrici care misca aceasta platforma

- o platforma fixa care este incastrata la sol si sustine cilindri si anvelopa

- un sistem de comanda a miscarii

- un sistem de generare a presiunii hidraulice sau de alimentare a motoarelor electrice.

Functie de evolutiile aeronavei se face un calcul care tine de acceleratiile ce trebuie simtite la nivelul cabinei si determina miscari functie de atitudinea cabinei care sa dea senzatiile corespunzatoare. Sistemul de comanda primeste de la traductorii amplasati pe verinii hidraulici semnale corespunzatoare pozitiei si presiunii din camerele verinului si determina comanda unor servovalve ce alimenteaza progresiv camerele verinului. Sistemul este controlat in permanenta pentru a nu iesi din "anvelopa" de miscare prescrisa si pentru a determina miscari adevate. Miscarea se realizeaza la inceput pentru a da senzatia si apoi se revine pe nesimtite la pozitia neutrala pentru a putea incepe o alta miscare.

La baza programului stau o serie de calcule privind evolutiile aeronavei si calcule efectuate in timp real de sistemul de comanda a miscarii.

Sistemul de generare a sunetului este un sistem de generare de sunete specifice zgomotului aeronavei in diverse regimuri. Functie de o serie de inregistrari facute si functie de posibilitatile generatoarelor de semnal si a difuzoarelor se genereaza sunete caracteristice. Comanda este data de un sistem din calculatorul central care determina cuplari de semnale functie de turajul motoarelor, altitudine, alte elemente aerodinamice ce influenteaza zgomotul exterior.

Sistemul de comanda al instructorului de zbor

Instructorul de zbor dispune de o consola de comanda de la care poate urmari si interveni in intreaga functionare a simulatorului de zbor. El initializeaza sistemul de calcul central, pregateste baza de date specifica si scenariul general al zborulu, urmareste evolutiile avind imaginea vazuta de pilot in fata si poate urmari si indicatiile aparatelor de zbor. Prin actiunile sale si prin discutia cu pilotul el joaca si rolul controlorului de trafic sau al navigatorului. Este interesant ca in cadrul play-back sa se faca analize si sa se determine scoruri ale instruirii si gradul de calificare a pilotilor.

Supravegherea nu trebuie sa necesite actiuni multiple, instructorul intervenind cind considera ca este necesar. De la consola de comanda se pot declansa avarii simulate si se urmareste cum reactioneaza personalul navigant in timp si ca variante de interventie controlate.

Rolul instructorului trebuie amintit deoarece acesta are un dublu rol ; de a pregati exercitiul si de a simula legatura cu solul, cu navigatorii cu ATC.

Primul rol in cazul simulatoarelor militare este mai complicat deoarece presupune si o cunoastere a fortelor inamice, a strategiei si tacticii.

In pregatirea unui exercitiu, a unui scenariu, se tine seama de urmatoarele :

- efective existente, aeronautica tipica, performante

- mediu meteorologic si geografic, dispunere aeroporturi

- scenariul in timp cu determinarea amunitor reactii

- modul de evaluare a situatiei

- interferenta cu evolutiile aeronavelor inamice.

Pe parcursul desfasurarii exercitiilor si a efectuarii zborului simulat, instructorul urmareste pe de o parte modul cum pilotul realizeaza manevrele, iar pe de alta parte poate sa modifice :

- starea aparatului (eventual inducerea de avarii)

- parametrii legati de mediu: ceata, noapte

- modul de alimentare cu combustibil

- situatia aparaturii de la sol

- modificari ale planului de zbor

In vederea simularii unor situatii dificile, rolul instructorului este de a "nu" indica manevrele ce trebuiesc executate,pentru a lasa pilotului intreaga libertate de actiunesi apoi de a face apoi critica exercitiului utilizind elemente ale simulatorului (eventual posibilitatile de inghetare a exercitiului efectuat, diagrame specifice sau play-back-ul.

Pe linga aceste elemente principale, simulatorul mai comporta diverse sisteme de alimentare cu energie electrica, de climatizare pentru cabina si anvelopa, de inregistrare a caracteristicilor, de pornire secventiala etc. care nu au fost prezentate si care sunt anexe ale intregului sistem.

Complexitatea sistemului este foarte mare si numarul de componente este important. La realizarea unui simulator concura de obicei oameni de pregatiri diferite, deoarece calitatile sistemelor trebuiesc realizate in domenii diferite la cea mai inalta fidelitate. Esential in structura si in intreaga activitate legata de simulatoare si instruire este sa nu se invete gresit o manevra, sa nu se formeze o deprindere care sa fie alterata, care sa conduca la posibilitatea unei catastrofe aeriene.

O problema esentiala este gradul de fidelitate al simulatoarelor :

fidelitatea reprezinta masura in care un simulator se apropie de aeronava reala.

De la aparitia primelor simulatoare s-a discuta despre gradul de fidelitate si pina unde poate merge simularea, fiind foarte clar ca fidelitatea absoluta n se poate atinge.

In acest domeniu al gradului de fidelitate exista trei directii pe care se cauta sa se atinga un grad ridicat de fidelitate :

-fidelitate fata de aeronava :care presupune o cabina echipata cit mai apropiat de cea reala ,utilizarea unor instrumente,comenzi si simulatoare de comenzi,intrerupatoare etc care sa dea pilotului impresia ca actioneaza la fel ca in aeronava reala.

-fidelitatea fata de mediul in care opereaza aeronava :ne referim la sistemele de generare a imaginei,la sistemele de miscare,la sistemele care genereaza ambienta acustica .

-fidelitatea dinamica :adica asigurarea ca intregul sistem reactioneaza in timp real

si se comporta astfel incit sa asigure inchiderea buclei om-aeronava cit mai aproape de situatia reala .