СИМУЛЯТОР ПИЛОТИРОВАНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Настоящая полезная модель относится к области учебно-развлекательного и тренировочного оборудования, в частности, учебным тренажерам и аттракционам, имитирующим пилотирование летательных аппаратов.
Из уровня техники известны различные устройства (тренажеры), оказывающие воздействия на органы чувств человека подобные тем, которые он испытывает в реальных условиях (RU 51775, RU 76154, RU 111942, RU 2009107382). Чем больше задействовано органов чувств, тем полнее ощущение реальности. Тренажеры, имитирующие управление транспортными средствами, имеют обратную связь по управлению, которая обеспечивает изменение характера и силы воздействий. Такие устройства могут быть использованы в качестве обучающего оборудования и как развлекательные аттракционы.
Для устройств, имитирующих управление летательными аппаратами, характерно наличие нескольких степеней свободы движения кресла пилота и большая их амплитуда (US 2011039235). Некоторые тренажеры создают иллюзию преимущественно горизонтального полета (US 2010028837, US 2008034678, GB 2423032 GB 2449214). Гидравлические системы позволяют наклонять кресло или кабину пилота под различными углами в соответствии с положением органов управления и изображением на экране монитора.
Другие устройства имитируют свободный полет, включая фигуры высшего пилотажа. Кинематическая схема таких тренажеров обеспечивает полный оборот кабины пилота вокруг своей оси, не менее чем в двух взаимоперпендикулярных плоскостях. Известен тренажер для обучения пилотированию (полезная модель РФ №114206), который направлен на создание ощущения перегрузок и перемещения в пространстве, имитирующего все нюансы движения техники. Это достигается применением кинематической системы с электромеханическими приводами, обеспечивающей неограниченность свободного хода кабины тренажера по крену, тангажу, вращению вокруг своей оси.
2
Тренажер для обучения пилотированию включает кабину управления тренажером, размещенную на полуосях в центре каркасной металлической трапеции прочно скрепленной по диаметру с помощью двух полуосей, установленных в подшипниковых узлах. Узлы располагаются внутри двух полых труб, жестко скрепленных внутри подвижного кольца (К) вертикальной кольцевой структуры (ВКС). К структуре (ВКС) жестко закреплены две взаимно перпендикулярные горизонтальная и вертикальная несущие металлические фермы, которые скреплены с платформой тренажера, через четыре соединительных узла с направляющими, на которых установлены ролики перемещения и двух гидроцилиндров, обеспечивающих возвратно-поступательные движения тренажера по вертикали. На внешней верхней части структуры (ВКС) закреплен механизм перемещений кабины по крену. На внешней боковой поверхности трапеции жестко закреплен механизм вращения кабины. На внутренней поверхности нижнего основания трапеции жестко закреплен механизм перемещения кабины по тангажу.
Тренажер для обучения пилотированию имеет восемь степеней свободы движения, что позволяет совершать управляемые неограниченные перемещения кабины: по крену (вправо, влево), по тангажу (вверх, вниз), вращение в обе стороны вокруг собственной оси, при этом совершать за счет гидроцилиндров возвратно-поступательные движения по вертикали. Все перечисленные перемещения могут совершаться как раздельно, так и одновременно, что позволяет имитировать все элементы высшего пилотажа.
Система управления тренажером использует беспроводную связь Wi-Fi, для этого в кабине размещены органы управления тренажером, виртуальный шлем, или иная компьютеризированная система, предназначенная для вывода мультимедийного изображения и осуществления ввода-вывода сигналов через систему управления.
В описанной полезной модели все подшипниковые узлы имеют жесткое соединение, что с одной стороны приводит к повышенной шумности тренажера, а с другой в случае разрушения узла вследствие усталости металла может приводить к повышенной травмоопасности. Такой износ подвижных частей нельзя будет обнаружить визуально при осмотре тренажера. Кроме того этот тренажер за счет большого числа механических степеней свободы достаточно сложен, а его монтаж и перевозка трудоемки. Посадка и высадка пилота также относительно сложны и занимают много времени.
Настоящая полезная модель направлена на удешевление и упрощение конструкции симулятора управления летательным аппаратом, уменьшение его веса, снижение шумности и повышение безопасности его эксплуатации. Одновременно с этим облегчается процедура его использования, и снижаются возрастные ограничения.
Заявленный технический результат достигается тем, что во всех подшипниковых узлах настоящей полезной модели используют сайлент-блоки, а сама кинематическая конструкция симулятора имеет две механические степени свободы по тангажу и крену.
Симулятор пилотирования летательных аппаратов включает:
- кабину, содержащую кресло пилота, средства управления движением, видео устройство и механизм осевого вращения;
- раму тангажного вращения с кольцевым каналом;
- основание со стойками и механизм для тангажного вращения рамы.
Кабина пилота устанавливается внутри рамы тангажного вращения с возможностью поворота вокруг своей продольной оси, а сама рама устанавливается между стойками основания посредством подшипникового узла, который выполнен на сайлент-блоках. Рама тангажного вращения содержит вилку, соединенную с кабиной посредством подшипникового узла, выполненного на сайлент-блоках, и перпендикулярное плоскости вилки кольцо, которое охватывает кабину. Снаружи кабины расположено по окружности, по крайней мере, три ролика, которые установлены с возможностью качения по упомянутому кольцу.
Сайлент-блок представляет из себя жесткое шарнирное соединение, в котором между двумя металлическими втулками запрессована резиновая или полиуретановая вставка. Функция сайлент-блока - гасить или полностью устранять нежелательные колебания и вибрации. Кроме того, в случае износа сайлент-блока начало его разрушения можно определить визуально, по выпиранию вставки, еще до наступления необратимых последствий. Отличительной особенностью настоящей конструкции является отсутствие консольно нагруженных элементов, что при аналогичных прочностных характеристиках допускает применение тонкостенных профильных труб уменьшенного сечения и более дешевых материалов и технологий при изготовлении подшипниковых узлов.
Каркас кабины обычно включает центральную кольцевую раму, которая устанавливается внутри кольца (кольцевого канала) рамы тангажного вращения посредством трех пар обрезиненных роликов, размещенных через 120 градусов. Это обеспечивает надежную опору и, в тоже время, «мягкое» осевое вращение кабины.
Основание симулятора чаще всего устанавливают на виброопорах, которые выносят за пределы центров тяжести вращающихся элементов, что обеспечивает стабильную устойчивость при осевом и тангажном вращении рамы и кабины. Такое техническое решение полностью исключает аварийную ситуацию в случае износа ответственных узлов и превышения допустимых нагрузок.
Средства управления движением тренажера имеют возможность перемещаться относительно кресла пилота. Элементы управления (джойстик и педали) обычно размещены на платформе, которая может скользить по рельсу, закрепленному на полу кабины, с возможностью фиксации в требуемых положениях. С одной стороны это позволяет легко осуществлять посадку и высадку пилота на тренажер, а с другой подстраивать положение элементов управления под рост конкретного человека. Дополнительно в кабине симулятора может быть установлена приборная доска с индикаторами, выполненными аналогично реальным устройствам, и отражающими параметры виртуального полета.
Видео устройство (монитор или шлем виртуальной реальности), формирует для пользователя стерео (трехмерное) изображение. Для усиления полноты погружения могут быть использованы дополнительные эффекты: стереозвук, свет, напор воздуха, вибрации, охлаждение, нагрев и т.п.
Дополнительно симулятор может быть оборудован видеокамерой и/или другими записывающими устройствами, запечатлевающими движение кабины и поведение пилота (некий аналог «черных ящиков»). При использовании симулятора в качестве учебного тренажера это позволит проанализировать допущенные ошибки и облегчит процесс обучения. Если симулятор используется в качестве аттракциона, то такие видеозаписи могут быть предоставлены пользователям на электронных носителях в виде сувениров.
Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами:
На Фигуре 1 представлен общий вид симулятора;
На Фигуре 2 представлен вид симулятора сверху;
На Фигуре 3 представлен вид симулятора спереди;
На Фигуре 4 представлен блок управления движением симулятора.
Симулятор пилотирования летательных аппаратов, выполненный в соответствие с настоящей полезной моделью, включает кабину 1 пилота, раму 2 тангажного вращения и основание со стойками 3 (Фигуры 1, 2, 3).
Каркас кабины 1 образован продольным элементом 4 и перпендикулярной ему кольцевой рамой 5. К продольному элементу 4 крепится кресло 6 пилота, средства управления движением 7, экран монитора 8. Кабина устанавливается внутри рамы 2 тангажного вращения, которая в свою очередь содержит вилку 9 и перпендикулярное плоскости вилки кольцо 10 (кольцевой канал), охватывающее кабину снаружи кольцевой рамы 5. Между кольцевой рамой 5 и кольцом 10 расположены по окружности на равном расстоянии друг от друга шесть пар обрезиненных роликов 11, которые имеют возможность качения. Электродвигатель 12 с редуктором обеспечивает поворот кабины 1 вокруг ее продольной оси на любой угол как в одну, так и в другую сторону. Рама 2 тангажного вращения устанавливается между стойками основания 3 посредством двух подшипниковых узлов 13, выполненных на сайлент-блоках. Электродвигатель 14 с редуктором обеспечивает поворот рамы 2 по тангажу. Основание симулятора установлено на виброопорах 15, которые вынесены за пределы центров тяжести вращающихся элементов.
Кабина 1 пилота может быть дополнительно оборудована приборами, показывающими параметры виртуального полета, видеокамерой, устройствами для спецэффектов, имитаторами управления комплексом вооружения боевых самолетов и вертолетов и т.п. (на Фигурах не показаны). К средствам управления движением 7 относятся джойстик 16 и педали 17. Положение джойстика 16 задает угол поворота по тангажу и крену, а также угол рыскания путем смещения изображения на мониторе 8. Положение педалей 17 определяет скорость и ускорение виртуального летательного аппарата (скорость изменения изображения на экране). Средства управления 7 установлены с возможностью перемещения относительно кресла пилота и друг друга (Фигура 4). Блок 18 установки джойстика имеет возможность скользить вдоль платформы 19, крепящейся к продольному элементу 4. Требуемое положение фиксируется с помощью штока 20. Блок 21 установки педалей может скользить вдоль блока установки джойстика и, в свою очередь, фиксироваться штоком 22. Таким образом, положение органов управления регулируется по росту и длине ног пилота.
Первоначально блок средств управления сдвигается в крайнее положение (на чертеже Фиг.4 обозначено тонкой линией), что обеспечивает пользователю симулятора удобство при посадке в кабину. Затем положение джойстика и педалей регулируется для каждого индивидуально. Специальное кресло 6 обеспечивает удобство положения для тела пилота и его безопасность при всех вращениях кабины. Включение тренажера и управление им осуществляется из кабины.
Пример реализации:
На основании описанной полезной модели был создан симулятор пилотирования самолета:
Габаритные размеры симулятора, мм -
2135×3090×1860;
Вес симулятора, кг -
320;
Угол поворота кабины пилота по тангажу, градусов - без ограничений;
Угол поворота по крену, градусов - без ограничений;
Скорость тангажного поворота, м/с -
не менее 3;
Скорость крена, м/с -
не менее 3;
Расчетный рост пилота, мм -
от 1400 до 2300
Расчетный вес пилота, кг -
не более 150.
Настоящая полезная модель не ограничивается только приведенным примером и включает в себя все возможные случаи реализации настоящего симулятора пилотирования летательных аппаратов.