ДИНАМИЧЕСКИЙ ТРЕНАЖЕР ВОЖДЕНИЯ ТАНКА

Предлагаемая полезная модель относится к техническим средствам обучения и может быть использована для подготовки механиков-водителей модернизированных (как, например, танк Т-90МС) и перспективных танков, в ходе технической, огневой и тактической подготовки боевых расчетов мотострелковых, механизированных подразделений. Обучение на тренажере проводится с использованием синтезированной местности в реальном масштабе времени с имитацией динамического подобия движения танка по пересеченной местности.
Широко известны динамические тренажеры для обучения и подготовки механиков-водителей танков и боевых гусеничных машин, содержащие установленную на динамической платформе кабину рабочего места механика-водителя с размещенными внутри нее имитаторами пультовой аппаратуры и средств управления, подключенными к устройству сопряжения, систему визуализации в виде имитаторов оптических приборов наблюдения для дневного и ночного вождения, установленных перед видеомонитором, размещенным в смотровом окне механика-водителя с внешней стороны кабины, а также аппаратно-программный комплекс в составе двух вычислителей, объединенных между собой в единую локальную сеть посредством сетевого коммутатора, и рабочее место инструктора в составе двух видеомониторов, к одному из которых подключены клавиатура и манипулятор «мышь», при этом видеовходы и информационные входы первого и второго видеомониторов подключены к соответствующим выходам первого вычислителя, видеовыход второго вычислителя подключен к видеовходу видеомонитора механика-водителя, первый информационный выход/вход второго вычислителя подключен к соответствующему информационному входу/выходу устройства сопряжения, и второй информационный выход - ко входу блока управления динамической платформой (см., например, патенты РФ по кл. G09B 9/04 на ИП №2396604; №2410756; №2433483; по кл. G09B 9/00 на ПМ №89265; №146886).
Однако известные тренажеры характеризуются низкими функциональными возможностями, т.к. не позволяют проводить обучение и привитие навыков боевой работы механикам-водителям в режиме автоматического управления движением подвижного комплекса вооружения и не содержат в своем составе средств для имитации данного режима, т.е. имитации автоматического переключения передач трансмиссии двигателя и контроля его параметров.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному является динамический тренажер для обучения и подготовки механика-водителя боевой машины пехоты, содержащий установленный на динамической платформе имитатор кабины рабочего места механика-водителя с размещенными внутри нее имитаторами пультовой аппаратуры и средств управления, входы/выходы которых подключены к выходам/входам устройства сопряжения, систему визуализации в виде имитаторов оптических приборов наблюдения для дневного и ночного вождения, установленные перед видеомонитором, размещенным в смотровом окне механика-водителя с внешней стороны имитатора кабины, а также аппаратно-программный комплекс в составе двух вычислителей, объединенных между собой в единую локальную сеть посредством сетевого коммутатора, рабочее место инструктора в составе двух видеомониторов, к одному из которых подключены клавиатура и манипулятор «мышь», при этом видеовходы и информационные входы первого и второго видеомониторов инструктора подключены к соответствующим выходам первого вычислителя, видеовыход второго вычислителя подключен к видеовходу видеомонитора механика-водителя, первый информационный выход/вход второго вычислителя подключен к соответствующему информационному входу/выходу устройства сопряжения, второй информационный выход второго вычислителя подключен ко входу управления динамической платформой, имитатор автоматического избирателя передач с элементами индикации номера передачи, механически соединенный посредством тяги с приводом, электродвигатель которого соединен с блоком управления, информационный вход которого подключен к информационному выходу второго вычислителя (см. патент на полезную модель №156963, кл. G09B 9/00, заявка №2015120102 от 27.05.2015 г.).
Указанный тренажер также характеризуется низкими функциональными возможностями, т.к. не позволяет в полной мере привить механику-водителю навыки вождения боевой машиной в зависимости от условий движения и текущих параметров работы силовой установки, а также не обеспечивает формирование рекомендаций механику-водителю по недопущению аварийных ситуаций и возможности мгновенного перехода на ручной режим работы.
Кроме того, конструкция имитатора системы автоматического переключения передач в известном тренажере сложна, имеет большие габариты и трудоемка в отладке, что снижает эффективность его использования.
Перед авторами стояла задача создать конкурентноспособный динамический тренажер с широкими функциональными возможностями обучения и подготовки механиков-водителей как перспективных, так и модернизируемых, и стоящих на вооружении танков.
Поставленная цель решена за счет того, что в динамический тренажер вождения танка, содержащий установленный на динамической платформе имитатор кабины рабочего места механика-водителя с размещенными внутри нее и подключенными к устройству сопряжения имитаторами пультовой аппаратуры и средств управления, включающие щиток приборов механика-водителя с элементами индикации и световой сигнализации, датчики исполнительных механизмов управления с механизмами имитации нагрузок, имитаторы педалей подачи топлива, сцепления и тормоза, избиратель передач, входы/выходы которого подключены к выходам/входам блока управления избирателем передач и систему визуализации в виде имитаторов оптических призменных перископических приборов наблюдения для дневного и ночного вождения, установленных перед видеомонитором, размещенным в смотровом окне механика-водителя с внешней стороны имитатора кабины, а также аппаратно-программный комплекс в составе двух вычислителей, объединенных между собой в единую локальную сеть посредством сетевого коммутатора, и рабочее место инструктора, включающее два видеомонитора, к одному из которых подключены клавиатура и манипулятор «мышь», при этом видеовходы и информационные входы первого и второго видеомониторов подключены к соответствующим выходам первого вычислителя, видеовыход второго вычислителя подключен к видеовходу видеомонитора механика-водителя, первый информационный выход/вход второго вычислителя подключен к соответствующему информационному входу/выходу устройства сопряжения, а второй и третий информационные выходы второго вычислителя подключены соответственно ко входу блока управления динамической платформой и входу блока управления избирателем передач, дополнительно введен имитатор дисплейного комплекса механика-водителя в составе блока управления, выносного табло и установленных в щитке приборов механика-водителя блока кнопок управления и видеосмотрового устройства, при этом первый, второй и третий информационные входы блока управления подключены соответственно к четвертому информационному выходу второго вычислителя, к выходу блока кнопок управления и к дополнительному выходу устройства сопряжения, а первый и второй выходы блока управления имитатора дисплейного комплекса механика-водителя подключены соответственно к видеосмотровому устройству и выносному табло.
Предлагаемый динамический тренажер обладает совокупностью существенных признаков, неизвестных из уровня технических решений подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «Новизна» для полезной модели.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется с помощью чертежей, где на:
- фиг. 1 представлена структурная схема тренажера;
- фиг. 2 - общий вид избирателя передач;
- фиг. 3 - общий вид блока управления, выносного табло и блока кнопок управления;
- фиг. 4 - общий вид пультовой аппаратуры внутри имитатора кабины механика-водителя.
Динамический тренажер (фиг. 1) содержит имитатор 1 кабины рабочего места механика-водителя с размещенными внутри нее имитаторами пультовой аппаратуры и средств управления, включающие щиток 2 приборов механика-водителя, датчики 3 исполнительных механизмов управления, подключенные к соответствующим механизмам 4 имитации нагрузок, имитаторы педали 5 подачи топлива, педали 6 сцепления и педали 7 тормоза, избиратель 8 передач, входы/выходы которого соединены с соответствующими выходами/входами блока 9 управления избирателем 8 передач, устройство 10 сопряжения, входы/выходы которого соединены с соответствующими выходами/входами имитаторов пультовой аппаратуры и средств управления имитатора 1 кабины рабочего места механика-водителя, систему визуализации в составе имитаторов оптических призменных перископических приборов 11 наблюдения для имитации дневного и ночного вождения, установленных перед видеомонитором 12, размещенным в смотровом окне механика-водителя с внешней стороны имитатора 1 кабины.
Аппаратно-программный комплекс 13 тренажера содержит два вычислителя 14 и 15, объединенных между собой в единую локальную сеть посредством сетевого коммутатора 16.
Рабочее место 17 инструктора динамического тренажера включает в себя два видеомонитора 18 и 19, к одному из которых подключены клавиатура 20 и манипулятор 21 «мышь».
Видеовходы и информационные входы первого и второго видеомониторов 18 и 19 подключены к соответствующим выходам первого вычислителя 14, а видеовыход второго вычислителя 15 подключен к видеовходу видеомонитора 12 механика-водителя.
Первый информационный выход/вход второго вычислителя 15 подключен к соответствующему информационному входу/выходу устройства 10 сопряжения, второй и третий информационные выходы вычислителя 15 подключены соответственно к входу блока 22 управления динамической платформой 23 и входу блока 9 управления избирателем 8 передач.
Дополнительно в состав динамического тренажера введен имитатор дисплейного комплекса механика-водителя (ДКМВ) в составе блока 24 управления, выносного табло 25 и установленных в щитке 2 приборов механика-водителя, блока 26 кнопок управления и видеосмотрового устройства 27, при этом четвертый информационный выход второго вычислителя 15 подключен к первому информационному входу блока 24 управления, второй и третий информационные входы которого подключены соответственно к выходу блока 26 кнопок управления и к дополнительному выходу устройства 10 сопряжения, а первый и второй выходы блока 24 управления подключены соответственно к видеосмотровому устройству 27 и к выносному табло 25.
В качестве блока 24 управления (см. фиг. 3) дисплейным комплексом механика-водителя в предлагаемом тренажере может быть использован блок ДКМВ ИЯЕЛ5.002.007 (разработчик и изготовитель АО «Тулаточмаш» г. Тула, 2016 г.), выполненный на базе микроконтроллера ATmega 16-16PU и микросхем (преобразователей интерфейсов RS-485 и RS-232) 5559 серии (5559ИН10АУ и 5559ИН4У).
Блок 26 кнопок управления предназначен для управления дисплейным комплексом механика-водителя в части навигации по меню, смены информационных окон, ручного изменения через блок 24 яркости свечения индикаторов выносного табло 25, с помощью которого производится отображение оперативной информации (обороты двигателя, скорость танка, аварийные сигналы и др.).
С помощью видеосмотрового устройства 27 обеспечивается отображение текущей и аварийной информации о работе силовой установки и трансмиссии танка. Эта информация поступает с устройства 10 сопряжения через блок 24 управления и отображается на экране видеосмотрового устройства 27 в виде шкал.
С помощью избирателя 8 передач осуществляется ручное или автоматическое переключение передач силовой установки танка с первой передачи по седьмую и обратно. Управление работой избирателя 8 передач производится через блок 9 управления в зависимости от условий движения, режимов работы двигателя и действий механика-водителя по управлению движением танка.
В качестве избирателя 8 передач (см. фиг. 2) в тренажере использован штатный избиратель передач с электроприводом (разработчик и изготовитель АО «НПК «Уралвагонзавод» г. Нижний Тагил), а в качестве блока 9 управления избирателем 8 - блок управления АПП ИЯЕЛ3.624.172 (разработчик и изготовитель АО «Тулаточмаш»).
С помощью имитаторов педали 5 подачи топлива и педали 7 тормоза осуществляется выбор скорости движения танка, а имитатор педали 6 сцепления используется при выборе механиком-водителем ручного режима переключения передач.
В качестве выносного табло 25 и блока 26 кнопок управления (см. фиг. 3) в тренажере использованы блоки из состава штатной аппаратуры танка (разработчик и изготовитель АО «НПО «Электромашина» г. Челябинск).
С помощью динамической платформы 23 осуществляется имитация колебаний танка при движении по пересеченной местности в соответствии с программой, установленной в вычислителе 15. В качестве динамической платформы 23 и блока 22 управления платформой в тренажере использована 3-х степенная динамическая платформа ДП-03 (разработчик и изготовитель АО «Тренажерные системы» г. Тула) и блок управления ИЯЕЛ3.624.132 (разработчик и изготовитель АО «Тулаточмаш»).
Видеомонитор 12 предназначен для отображения на нем участков местности, которые следует преодолевать танку в процессе обучения и подготовки механика-водителя на тренажере.
Изображение на экране видеомонитора 12 можно наблюдать только через имитаторы оптических призменных перископических приборов 11 наблюдения для имитации дневного и ночного вождения. Видеомонитор 12 и прибор 11 наблюдения закрываются кожухом, который крепится к каркасу имитатора 1 кабины.
Датчики 3 исполнительных механизмов органов управления и приборы пультовой аппаратуры, установленные в имитаторе 1 кабины механика-водителя, заимствованы из штатной пультовой аппаратуры танка и доработаны в части установки механизмов 4 имитации нагрузок.
Устройство 10 сопряжения предназначено для преобразования аналоговых сигналов с датчиков 3 и других органов управления пультовой аппаратуры в цифровой код для передачи/приема по последовательному интерфейсу в вычислитель 15, а также для формирования сигналов управления контрольными приборами и индикаторами щитка 2 механика-водителя и другой пультовой аппаратуры.
Видеомонитор 18 на рабочем месте 17 инструктора предназначен для управления режимами работы тренажера и отображения на нем состояния органов управления и контрольных приборов пультовой аппаратуры. Второй видеомонитор 19 предназначен для отображения на нем видеоинформации, аналогичной и отображаемой на видеомониторе 12 механика-водителя. Вывод такой информации на видеомонитор 19 рабочего места 17 инструктора осуществляется с вычислителя 15 через коммутатор 16 локальной сети. В качестве вычислителей 14 и 15 в тренажере использованы цифровые вычислители УВМ РАМЭК-011-153.10 (разработчик и производитель АО «РАМЭК-ВС» г. Санкт-Петербург), а в качестве видеомониторов 12, 18 и 19 - мониторы фирмы «Samsung», сетевого коммутатора 16 - коммутатор RVi-NS0402L (поставщик АО «Радиант-ЭК» г. Москва).
Аппаратно-программную основу вычислительных средств тренажера составляют управляющий вычислитель 14 и моделирующий вычислитель 15. Выбор и запуск учебных задач, ввод тестовой информации и управление работой тренажера в целом осуществляется инструктором с помощью клавиатуры 20 и манипулятора 21 «мышь» в соответствии с программами, установленными в вычислителе 14, и информацией, отображаемой на видеомониторах 18 и 19.
Принцип действия предлагаемого динамического тренажера основан на моделировании динамики движения танка по реальной местности, отработке и привитии механику-водителю навыков по обращению с пультовой аппаратурой и навыков вождения танка с ручным или автоматическим управлением в зависимости от условий движения режимов работы двигателя, выбранной скорости движения и самостоятельных действий механика-водителя.
Информационное подобие тренажера по зрительному восприятию реальной местности обеспечивается формированием в вычислителе 15 и выводом на экраны видеомониторов 12 и 19 синтезированной местности, которая аналогична местности, наблюдаемой механиком-водителем в реальных условиях.
Динамическое подобие тренажера реальному танку обеспечивается решением в вычислителе 15 дифференциальных уравнений движения танка по пересеченной местности.
Функционирование тренажера поддерживается специализированным программным обеспечением, установленным в вычислителях 14 и 15. Запуск задач на выполнение согласно «Руководства по эксплуатации танка Т-90МС» (индекс 188МС РЭ), раздел «Вождение танка» (разработчик АО «НПК «Уралвагонзавод» г. Нижний Тагил) организован в тренажере в виде систем многоуровневых меню, выбор которых производится инструктором.
Инструктор управляет процессом обучения: ведет журнал обучаемых, выбирает задачу и исходную позиционную обстановку, устанавливает условия выполнения задачи и контролирует ее исполнение.
Динамический тренажер работает следующим образом.
Механик-водитель в соответствии с предъявленной визуальной обстановкой и требованиями раздела «Вождение танка» руководства 188МС РЭ выполняет действия по запуску силовой установки и вождению в заданных дорожно-грунтовых условиях, при этом ДКМВ осуществляет самоконтроль и непрерывный контроль технического состояния датчиков и исполнительных механизмов пультовой аппаратуры в кабине 1 механика-водителя.
При необходимости механик-водитель может просматривать информацию на видеосмотровом устройстве 27, листая информационные окна кнопками со стрелками вверх или вниз на блоке 26, либо кнопкой, расположенной на штурвале.
После перелистывания всех информационных окон, а также при прекращении использования кнопок на блоке 26 либо кнопки на штурвале происходит возврат к основному окну-экрану с номером включенной передачи. При необходимости любое информационное окно с основными эксплуатационными параметрами можно зафиксировать на экране видеосмотрового устройства 27 кнопкой «Выбор». Снятие фиксации осуществляется кнопкой со стрелкой вверх или вниз на блоке 26. В случае имитации достижения величин контролируемых параметров предельного допустимого значения (аварийная ситуация) на видеосмотровом устройстве 27 выводится информация об аварийном параметре, мигает соответствующий маркер шкалы, а на выносном табло 25 - соответствующий индикатор. При имитации неисправности на видеосмотровом устройстве 27 выводится информация о ней, а на выносном табло 25 мигает соответствующий индикатор.
ДКМВ исключает пуск двигателя в обратную сторону при скатывании танка назад в случае неудавшейся попытки при имитации преодоления подъема. Функции аварийной сигнализации и защиты двигателя реализованы в программном обеспечении ДКМВ и предназначены для сигнализации о пожаре, заторможенном танке, отключенном вентиляторе системы охлаждения, низком давлении и низкой температуре масла двигателя, высокой температуре охлаждающей жидкости, высокой температуре выпускных газов двигателя, критической частоте вращения коленвала, низком давлении масла трансмиссии, наличии воды в топливе, блокировки запуска двигателя и подогревателя.
Как в ручном, так и в автоматическом режимах работы включение и выключение первой передачи, а также включение и выключение передач заднего хода должно выполняться механиком-водителем только вручную при выключенном тумблере «АВТО» на избирателе 8 передач. При этом включение или отключение режима автоматического переключения передач может производиться в любой момент времени по усмотрению механика-водителя.
При установке тумблера «АВТО» на избирателе 8 передач во включенное положение, при котором в зависимости от условий движения, от частоты вращения коленвала двигателя и соответствующего положения имитатора педали 5 подачи топлива, в вычислителе 15 формируется сигнал для автоматического включения повышенной передачи.
Сигнал с выхода вычислителя 15 поступает на информационный вход блока 9 управления, в котором преобразуется в соответствующее напряжение требуемой амплитуды, которое с выхода блока 9 поступает в электропривод избирателя 8 передач и устанавливает его рычаг в положение, соответствующее требуемому номеру повышенной передачи двигателя.
Включение пониженных передач также осуществляется автоматически при отпускании механиком-водителем педали 5 подачи топлива или при увеличении момента сопротивления движению танка.
Для формирования сигналов управления пультовой аппаратурой имитаторы педалей 5, 6 и 7, датчики 3 исполнительных механизмов и избиратель 8 передач оснащены специальными датчиками, например, потенциометрического типа.
Результаты выполнения механиком-водителем действий по вождению танка во всех режимах работы и на различных маршрутах движения, записываются в базу данных аппаратно-программного комплекса 13 тренажера для последующей оценки действий механика-водителя и ведения статистики процесса обучения и подготовки.
По сравнению с известными тренажерами предлагаемый динамический тренажер характеризуется простотой технической реализации, обладает широкими функциональными возможностями для всесторонней и качественной подготовки механиков-водителей и привития им навыков вождения танка как в ручном, так и в автоматическом режимах работы, а также с использованием имитатора дисплейного комплекса механика-водителя отрабатывать навыки по контролю пультовой аппаратуры и действий при возникновении аварийных ситуаций.