ПЛАТФОРМА ПОДВИЖНАЯ ДЛЯ АВИАСИМУЛЯТОРА

Полезная модель относится к области тренировочного или развлекательного оборудования, в частности, к устройствам, имитирующим пилотирование летательных аппаратов. [G09B 9/00, A63G31/00].
Из уровня техники известен УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ВИРТУАЛЬНЫЙ СИМУЛЯТОР [US2020143699, опубл. 07.05.2020].Устройство содержит капсулу, установленную на компьютеризированной механической платформе, обеспечивающей до шести степеней свободы движения в реальном времени, и кресло пилота. Для более точной имитации реальных ощущений пилота капсула может также быть оборудована ручкой управления, одним или несколькими рычагами тяги и педалями. Стерео очки используются для создания виртуальной реальности. Изобретение улучшает функциональные возможности тренажера за счет введения виртуального аватара с искусственным интеллектом, который при полете с обучаемым может имитировать действия капитана, второго пилота, авиадиспетчера или инструктора. Аватар также может поддерживать устный диалог с обучаемым в рамках стандартного тезауруса протокола связи пилота. Устройство подходит для любого типа самолета без замены оборудования.
Недостатками аналога являются:
- высокая конструктивная сложность аналога из-за введения виртуального аватара с искусственным интеллектом, что требует реализации дополнительных технических и программных решений, увеличивает стоимость производства аналога и предъявляет дополнительные требования к частоте и качеству проведения технического обслуживания;
-большие масса-габаритные показатели аналога из-за наличия капсулы в которой размещается пользователь, что существенно ограничивает область применения в местах с ограниченным пространством.
Также из уровня техники известен АТТРАКЦИОН СИМУЛЯЦИИ ДВИЖЕНИЙ [RU114616, опубл. 10.04.2012], состоящий из платформы, вращающейся вокруг вертикальной оси, трех опор подвесной системы с выдвигающимися стержнями, подвесной системы (кабины) с креслом пассажира, блоком педалей, системы управления симулятором, 3D-экрана, звуковой системы, центрального компьютера, отличающийся тем, что вращающаяся платформа установлена на разборное основание и выполнена с возможностью вращения на основании с помощью вспомогательных колес, центральный компьютер и блок управления моторами установлены внутри вращающейся платформы , трубы подвижных стержней установлены на подшипниках скольжения, причем приводами стержней являются мотор-редукторы, оборудованные устройством позиционирования, подвесная система состоит из жесткого сварного каркаса, выполненного из прямоугольного профиля.
Недостатками аналога являются:
-низкий уровень визуализации при использовании изделия из-за отсутствия возможности использования персональных средств виртуальной реальности, вместо которых используется 3D-экран;
- низкая скорость перекладки из крайних положений из-за большого расстояние на которые разнесены между собой опоры.
Наиболее близкой по технической сущности является СИСТЕМА ОБУЧЕНИЯ ПИЛОТОВ НА ОСНОВЕ ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ [US2021074173, опубл. 11.03.2021], которая включает в себя тренировочный терминал, интегрированный с тренировочным креслом пилота, с панелью сиденья, имеющей шесть степеней свободы, при этом тренировочный терминал сконфигурирован исключительно для обеспечения и воспроизведения моделируемой среды летной тренировки и вывода управляющих сигналов для синхронизации движения поддона сиденья с имитируемой средой. Система транспортабельна, так что ее можно использовать для проведения летной подготовки в выбранном пользователем и перемещаемом месте. Система также может включать в себя инструкторский терминал, расположенный на месте инструктора. Место обучения и место инструктора могут быть расположены удаленно. Инструктор может обеспечивать дистанционное обучение обучаемого, например, отправляя вводимые инструкции на обучающий терминал по сети, чтобы управлять аспектами моделируемой среды.
Основной технической проблемой прототипа является его низкая надежность из-за того, что синхронизация движения пользователя с модулируемой средой осуществляется посредством поддона, при этом статическая нагрузка на элементы конструкции изделия становится тем выше, чем больше увеличиваются углы тангажа и крена. Учитывая, что при обучении пилотов большую часть времени установка с пилотом будет находится в состояниях большого отклонения от продольной или поперечной оси, конструкция аналога будет подвержена дополнительным нагрузкам, способствующим снижению надежности прототипа.
Задачей полезной модели является устранение недостатков прототипа.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение надежности.
Указанный технический результат достигается за счет того, что платформа подвижная для авиасимулятора, содержащая основание, к которому крепятся три механизма толкателя с шарнирами в верхней части, которые соединяют толкатели с подвижной рампой, на которой расположено кресло пилота и органы управления, при этом места размещения толкателей образуют между собой вершины треугольника, при этом два толкателя вынесены за уровень заднего края основания кресла и расположенысимметрично относительно линии проведенной из середины подвижной рампы вдоль ее длины, третий толкатель расположен на линии проведенной из середины подвижной рампы вдоль ее длины и смещен к противоположному, относительно двух других толкателей, концу подвижной рампы.
Краткое описание чертежей.
На фиг. 1 показан вид сбоку платформы подвижной для авиасимулятора.
На фиг. 2 показан вид сбоку платформы подвижной для авиасимулятора в рабочем положении.
На фиг. 3 показан общий вид платформы подвижной для авиасимулятора.
На фиг. 4 показан общий вид варианта реализации платформы подвижной для авиасимулятора.
На фиг. 5 показана схема размещения толкателей платформы подвижной для авиасимулятора.
На фигурах обозначено:
1 – основание; 2 – толкатель; 3 – шарнир; 4 – подвижная рампа; 5 – подвижное основание крепления педального узла; 6– основание кресла; 7 – каркас кресла; 8 – боковая платформа для органов управления; 9 – подушка; 10 – ремни безопасности; 11 – педальный узел; 12 – органы управления.
Осуществление полезной модели.
Платформа подвижная для авиасимулятора состоит из жесткого основания 1, выполненного с возможностью размещения на горизонтальной поверхности. Основание 1 в верхней части имеет площадку для крепления основных элементов платформы подвижной. В вариантах реализации основание 1 может представлять из себя металлическую конструкцию, выполненную в виде многолучевой звезды, центр которой представляет из себя площадку для крепления основных элементов платформы подвижной.
К верхней части основания 1 крепятся три толкателя 2, с шарниром 3 в верхней части толкателя 2. Каждый толкатель 2 выполнен с возможностью возвратно-поступательного движения в вертикальной плоскости, в ходе которого нижняя часть толкателя 2 может располагаться во внутреннем объеме основания 1. Геометрическое расположение толкателей 2 характеризуется тем, что при общем виде сверху на верхнюю часть основания 1, места монтажа толкателей 2 образуют между собой вершины треугольника (в вариантах реализации места монтажа толкателей 2 образуют между собой вершины равностороннего треугольника ) (показано на фиг. 5). К шарнирам 3 крепится подвижная рампа 4. На передней части подвижной рампы 4 расположено подвижное основание крепления педального узла 5. Подвижное основание крепления педального узла 5 выполнено с возможностью движения вдоль подвижной рампы 4 благодаря ее профилю. С другого конца подвижной рампы располагается жестко закрепленное основание кресла 6, поверх которого жестко закреплен каркас кресла 7. Каркас кресла имеет физиологическую форму для расположения в нем человека. Слева и справа от каркаса кресла 7 в местах крепления подлокотников располагаются боковые платформы для органов управления 8.
Два толкателя 2 (B и С см. фиг. 5) с шарнирами 3 в верхней части расположены за уровнем заднего края основания кресла 6 в задней части подвижной рампы 4симметрично относительно линии проведенной из середины малой стороны подвижной рампы 4 вдоль ее длины (D-D см. фиг. 5). Третий толкатель 2 (A см. фиг. 5) расположен на линии (D-D) проведенной из середины малой стороны подвижной рампы 4 вдоль ее длины и смещен к противоположному, относительно двух других толкателей 2, концу каркаса платформы.
Условное расположение трех толкателей 2 образует треугольник (ABC) (в вариантах реализации равносторонний), геометрический центр которого (F) приблизительно соответствует центру тяжести подвижной рампы 4 с креслом пилота (образованным основанием кресла 6 и каркасом кресла 7) и человеком на борту при нулевых углах наклона.
Благодаря возможности каждого толкателя 2 совершать возвратно-поступательные движения в вертикальной плоскости независимо от остальных, а также благодаря их взаимному геометрическому расположению относительно друг друга обеспечивается изменения пространственного положения подвижной рампы 4 со всеми расположенными над ними функциональными элементами, в трех плоскостях.
Различные варианты положений по высоте трех толкателей 2 обеспечивают возможность наклона подвижной рампы 4 в продольной оси (положительный тангаж порядка 35 градусов, отрицательный тангаж порядка 25 градусов), в поперечной оси (крен порядка 25 градусов в каждую сторону), а также обеспечивает возможность изменения ее высоты.
В варианте реализации устройства, жесткий каркас кресла 7 дополнительно оснащен мягкими подушками 9 вдоль спинки и вдоль основания кресла 6, а также ремнями безопасности 10, выполненных с возможностью фиксации человека в каркасе кресла 7. К подвижному основанию крепления педального узла 5 подсоединен педальный узел 11, который может в себя включать педали управления рулем направления и ножным тормозом. На боковой платформе 8размещены элементы управления 12, которые могут включать в себя рычаги управления движением, панель управления автопилотом, блоки переключателей, тачпад, клавиатуру и т.д.Также у основания каркаса кресла 7, между ног пользователя расположен элемент управления 12 в виде контроллера для авиасимуляторов.  Совокупность элементов управления и педальный узел 11 образуют органы управления. Для полноценного функционирования заявленного устройства также в комплектацию входит шлем виртуальной реальности, наушники закрытого типа и персональный компьютер (ЭВМ), которые соединены с элементами управления платформы подвижной для авиасимулятора посредством сетевого шнура и кабеля управления (на фиг. не показано). При этом на персональном компьютере заблаговременно установлено специализированное программное обеспечение. Которое включает в себя как минимум одну программу симуляторов полета (например, Flight Simulator) и периферийную программу для корректной подачи управляющих команд на элемент управления платформы.
Платформа подвижная для авиасимулятора используется следующим образом.
Первоначально пользователя платформы размещают на каркасе кресла 7, поверх подушки 9, далее пристегивают ремни безопасности 10, надевают шлем виртуальной реальности и наушники закрытого типа. Далее на персональном компьютере включают программу симуляторов полета, которая через периферийную программу передает управляющие команды на элемент управления платформы. При этом в шлеме виртуальной реальности отображаются визуальные эффекты программы симулятора полетов, а в наушниках закрытого типа происходит аудио сопровождение программы симуляторов полета. Элемент управления синхронизирует между собой работу шлема виртуальной реальности, наушников закрытого типа и платформы подвижной. Далее пользователь платформы осуществляет симуляцию управления авиасредством через элементы управления 12. Возможны варианты реализации, когда пользователь платформы не использует элементы управления, а получает только аудиовизуальный контент из программы симулятора полетов. Синхронно с аудиовизуальными эффектами, путем подачи управляющих команд осуществляют функционирование толкателей 2 подвижной платформы. В зависимости, от ситуации, которая имитируется в программе симуляторе полета, каждый из толкателей 2 независимо от других динамически меняет свое положение в вертикальной плоскости. Изменение положения в вертикальной плоскости толкателей 2, приводит к изменению пространственного положения подвижной рампы 4 со всеми расположенными над ними функциональными элементами и пользователе устройства, в трех плоскостях. В зависимости от имитируемой ситуации полета различные конфигурации пространственного положения толкателей 2 в вертикальной плоскости обеспечивают наклон подвижной рампы 4 в продольной оси, наклон подвижной рампы 4 в поперечной оси и изменение его высоты.
Рассмотрим несколько вариантов пространственного положения толкателей 2.
В случае, когда все три толкателя 2 располагаются на одном уровне в вертикальной плоскости, углы тангажа и крена равны нулю (показано на фиг. 1), при этом статическая нагрузка на сами толкатели 2, шарниры 3 и основание 1 является повышенной из-за того, что геометрический центр условного расположения трех толкателей 2 приблизительно соответствует центру тяжести подвижной рампы 4 с креслом пилота и человеком на борту.
В случае, когда третий толкатель 2 расположен выше или ниже толкателей 2 расположенных за уровнем заднего края основания кресла 6осуществляют наклон платформы подвижной в вертикальной плоскости (показано на фиг. 2). В таком случае статическая нагрузка на толкатели 2, шарниры 3 и основание 1 существенно снижается из-за того, что центр тяжести подвижной рампы 4 и размещенных на нем функциональных элементов с пользователем платформы смещается в сторону от равностороннего треугольника, образованного геометрией расположения толкателей 2.
В случае, когда любые два толкателя 2 расположены выше или ниже оставшегося толкателя 2 дополнительно осуществляется наклон платформы подвижной в продольной оси. В таком случае статическая нагрузка на толкатели 2, шарниры 3 и основание 1 существенно ниже случая, когда все три толкателя 2 располагаются на одном уровне в вертикальной плоскости, но несколько выше случая, когда третий толкатель 2 расположен выше или ниже толкателей 2. Центр тяжести подвижной рамы 4 с размещенными на нем функциональными элементами и пользователем платформы смещается в сторону от равностороннего треугольника образованного геометрией расположения толкателей 2, но статическая нагрузка при этом распределяется несимметрично относительно линии проведенной из середины малой стороны подвижной рампы 4 вдоль ее длины.
Уменьшение статической нагрузки при увеличении углов тангажа и крена объясняется принципом обратной устойчивости и обеспечивается благодаря описанному положению толкателей 2.
Технический результат полезной модели - повышение надежности - достигается за счет того, что при общем виде сверху на верхнюю часть основания 1, места монтажа толкателей 2 образуют между собой вершины треугольника. Два толкателя 2, шарниры 3 которых крепятся к подвижной рампе 4, расположены за уровнем заднего края основания кресла 6 в задней части подвижной рампы 4симметрично относительно линии проведенной из середины малой стороны подвижной рампы 4 вдоль ее длинны. Третий толкатель 2, шарнир 3 которого крепится к подвижной рампе 4, расположен на линии проведенной из середины малой стороны подвижной рампы 4 вдоль ее длины и смещен к противоположному (относительно других двух толкателей 2) концу подвижной рампы 4.
При размещении пользователя платформы подвижной для авиасимулятора расположение трех толкателей 2 образует треугольник, геометрический центр которого приблизительно соответствует центру тяжести подвижной рампы 4 с креслом пилота (образованным основанием кресла 6 и каркасом кресла 7) и человеком на борту при нулевых углах наклона. Так как помимо непосредственно пользователя платформы, наиболее массивным элементом, влияющим на расположение центра тяжести, является основание кресла 6, то вынос двух толкателей 2 за его задний край позволяет увеличить площадь треугольника, образованного вершинами толкателей 2 и обеспечить расположение центра тяжести внутри него. При этом, нетиповые значения веса и габаритов пользователя не могут повлиять на то, что центр тяжести будет находиться близко к геометрическому центру треугольника из-за того, что площадь треугольника увеличивается за счет расположенных за уровнем заднего края основания кресла 6 толкателей 2 и вклада в суммарный вектор силы тяжести, расположенного на подвижной рампе 4, в области треугольника, основания кресла 6 и всех расположенных над ним функциональных элементов. При использовании платформы подвижной для авиасимулятора, вышеописанное расположение толкателей 2 обеспечивает выполнение принципа обратной устойчивости, что гарантируетувеличение статической устойчивости и существенно снижает статическую нагрузку на такие элементы как толкатели 2, шарниры 3 и основание 1 и увеличивает срок их службы.Также повышение надежности достигается за счет того, что два толкателя 2 расположены симметрично, что обеспечивает их равномерный износ.
Рассмотрим пример достижения технического результата. Пользователь платформы размещается в каркасе кресла 7, при этом благодаря тому, что два толкателя 2, шарниры 3 которых крепятся к подвижной рампе 4, расположены за уровнем заднего края основания кресла 6 в задней части подвижной рампы 4симметрично, относительно линии проведенной из середины малой стороны подвижной рампы 4 вдоль ее длинны,центр тяжести подвижной рампы 4 с креслом пилота и пользователем,при нулевых углах наклонарасполагается максимально близко к геометрическому центру треугольника образованного толкателями 2. Большую часть времени при использовании платформы подвижной пользователь проводит при существенных углах тангажа и крена, либо близким к максимально возможным им значениям. Таким образом наиболее часто платформа подвижная находится в состояниях, когда любые два толкателя 2 расположены выше или ниже оставшегося толкателя 2 либо, когда третий толкатель 2 расположен выше или ниже толкателей 2 расположенных под спинкой каркаса 7 кресла пилота. Из этого следует, что большую часть времени центр тяжести подвижной рампы 4 и размещенных на нем функциональных элементов с пользователем платформы находится рядом с геометрическим центромравностороннего треугольника, образованного геометрией расположения толкателей 2. Тем самым обеспечивается снижение нагрузки на толкатели 2, шарниры 3 и основание 1 и, как следствие, увеличение статической устойчивости, что увеличивает надежность изделия при его длительной эксплуатации и позволяет увеличивать длительности сессий использования платформы подвижной (за счет возможности находиться в положениях наклона продолжительные промежутки времени). При этом увеличение надежности приводит к снижению требований к прецизионности исполнительных механизмов, снижению расхода энергии на перемещение, увеличению компактности установки, увеличению динамических характеристик (скорости перекладки из крайних положений).
Заявитель в 2021 году изготовил промышленный и коммерческий образец заявленного устройства, опытная эксплуатация которого подтвердила заявленный технический результат. Увеличение надежности за период эксплуатации устройства составило порядка 80%.