Тренажерное устройство имитации полета с виртуальной визуализацией
FLIGHT SIMULATION TRAINING APPARATUS WITH VIRTUAL VISUALISATION

Раздел 1. Область техники, к которой относится изобретение.
Изобретение относится к тренажерным устройствам имитации полета, применяемым в целях подготовки и контроля профессиональных навыков членов летных экипажей воздушных судов.
Раздел 2. Уровень техники.
Известны аналогичные тренажерные устройства имитации полета с использованием виртуальной визуализации: патент RU 2191432 С1 от 03.07.2001 года на изобретение «Виртуальный тренажер самолета» и RU 2361281 С2 от 04.09.2006 года на изобретение «Персональный виртуальный тренажер летчика».
Наиболее близким к предложенному изобретению является «Персональный виртуальный тренажер летчика» патент RU 2361281 С2 от 04.09.2006 года выбранный авторами в качестве прототипа, содержащий рабочее место летчика в кабине реального самолета, органы управления самолетом РУС (ручка управления самолетом), РУД (рычаги управления двигателем) и педали, персональный компьютер (ноутбук), защитный шлем летчика с виртуальными очками и блоком позиционирования, отличающийся тем, что на отклоняющихся поверхностях элеронов, руля высоты и направления самолетов устанавливаются легкосъемные на магнитных присосках датчики углов крена, тангажа и курса, а в кабине самолета устанавливается датчик РУД, выход которых через адаптер подключен к входу ноутбука, причем выход последнего соединен с виртуальными очками и блоком позиционирования, расположенными на защитном шлеме летчика, обеспечивающими на земле виртуальное пилотирование самолета, а после снятия датчиков и виртуальных очков совершение реальных полетов на том же самом самолете, как на тренажере.
Существенными недостатками прототипа являются:
- задействуется реальное воздушное судно;
- не имитируются усилия (загрузки) на органах управления воздушным судном;
- не имитируется работа с арматурой кабины (АЗС, тумблеры, переключатели, расположенные на пультах и приборных досках в кабине) в виртуальной среде и не отрабатывается тактильное взаимодействие тренируемого с ними и как следствие не представляется возможным выполнение нормальных эксплуатационных процедур, действий в особых случаях и аварийных ситуациях полета;
- не отображаются точно позиционированные конечности тренируемого в виртуальной среде;
- невозможна имитация акселерационных эффектов при выполнении тренировки;
- невозможно использовать тренажер в отрыве от воздушного судна.
Целью данного изобретения является устранение указанных недостатков прототипа и создание тренажерного устройства имитации полета с виртуальной визуализацией, позволяющего тренируемому выполняя задание в виртуальной среде, получать весь спектр визуальных и тактильных ощущений от взаимодействия с органами управления и арматурой полномасштабной точной копии кабины воздушного судна, наблюдая визуализацию своих действий, кабинную и закабинную обстановку в виртуальном пространстве.
Раздел 3. Раскрытие сущности изобретения.
Задачей изобретения является подготовка и контроль профессиональных навыков членов летных экипажей воздушных судов на тренажерном устройстве имитации полета с виртуальной визуализацией, позволяющем тренируемому выполняя задание в виртуальной среде, получать весь спектр визуальных и тактильных ощущений от взаимодействия с органами управления и арматурой полномасштабной точной копии кабины воздушного судна, наблюдая визуализацию своих действий, кабинную и закабинную обстановку в виртуальном пространстве..
Сущность изобретения состоит в том, что тренажерное устройство имитации полета с виртуальной визуализацией, состоит из закрытой полномасштабной точной копии кабины летного экипажа воздушного судна, включая все элементы, в том числе: полностью функционирующие рычаги управления воздушным судном и силовой установкой с блоками имитации усилий на них, переключателями и органами управления приборным оборудованием, программно-аппаратного комплекса виртуальной реальности (ПАК BP) в составе шлема виртуальной реальности и системы позиционирования, компьютерных вычислителей со специализированным программным обеспечением, устройств сопряжения и обмена данными, кабельной сети и рабочего места инструктора, отличающееся тем, что тренируемый в ходе тренажерной подготовки, находясь в шлеме виртуальной реальности, получает весь спектр тактильных ощущений от взаимодействия с органами управления и арматурой копии кабины воздушного судна, наблюдая визуализацию своих действий, кабинную и закабинную обстановку в виртуальном пространстве, в том числе точное положение конечностей в результате передачи данных через систему позиционирования в вычислитель, обработки данных в вычислителе и дальнейшую передачу данных для формирования изображения на мониторах шлема виртуальной реальности, при этом данные поступающие от системы позиционирования комбинируются в вычислителе с данными от контроллеров имитаторов функциональной копии кабины экипажа (рычаги управления воздушным судном, рычаги управления силовой установкой, переключатели и органы управления приборным оборудованием), поступающими в вычислитель через устройства сопряжения и обмена данных, при этом ввод условий тренировки и изменение ситуационной модели осуществляется с рабочего места инструктора (РМИ).
Техническими результатами изобретения являются:
- исключение задействования реального воздушного судна в процессе тренажерной подготовки;
- реализация имитации усилий (загрузок) на органах управления воздушным судном, путем включения в состав функциональной копии кабины экипажа воздушного судна соответствующих функциональных блоков;
- получение тренируемым во время выполнения задания в виртуальной среде, всего спектра тактильных и визуальных ощущений от взаимодействия с реальными органами управления, арматурой и управляющим полем кабины;
- отображение точно позиционированных конечностей тренируемого в виртуальной среде;
- имитация акселерационных эффектов при выполнении тренировки;
- корректное восприятие имитации закабинной обстановки и оценка расстояний тренируемым;
- корректная имитация и отображение закабинных элементов воздушного судна;
- неограниченный обзор тренируемого при повороте головы на 360°;
- корректное затенение и освещение кабины, отражение света от элементов кабины и закабинных элементов воздушного судна;
- корректная имитация отображения в зеркалах;
- виртуальная, корректная имитация работы ПНВ, ИЛС, нашлемной индикации без дополнительных устройств;
- виртуальная индикация приборного оборудования;
- исключение из состава тренажерного устройства имитации полета традиционных систем визуализации;
- снижение массы и габаритных размеров тренажерного устройства имитации полета, повышение его мобильности.
Раздел 4. Краткое описание чертежей, иных графических материалов, в том числе трехмерной модели изобретения в электронной форме (если они содержатся в заявке).
На фигуре 1 приведена функциональная блок-схема тренажерного устройства имитации полета с виртуальной визуализацией.
Раздел 5. Осуществление изобретения.
Тренажерное устройство имитации полета с виртуальной визуализацией работает следующим образом.
Функциональная копия кабины экипажа воздушного судна (4) оснащается системой позиционирования из состава программно-аппаратного комплекса виртуальной реальности (3). Инструктор с рабочего места инструктора (7), запускает тренажер и задает условия сценария тренировки. Помогает тренируемому занять место в кресле пилота, надеть, подогнать и настроить шлем виртуальной реальности (2). После этого происходит калибровка системы позиционирования (3).
В результате калибровки происходит точное позиционирование конечностей тренируемого и его головы с надетым шлемом виртуальной реальности с учетом направления взгляда, в любой момент времени, при этом данные о пространственном положении конечностей тренируемого, и его головы с учетом направления взгляда, поступают через устройства системы позиционирования в вычислитель (6).
Одновременно в ходе функционального, тактильного, взаимодействия тренируемого (1) с элементами точной копии кабины летного экипажа воздушного судна, в том числе: полностью функционирующими рычагами управления воздушным судном и силовой установкой с блоками имитации усилий на них, переключателями и органами управления приборным оборудованием (4) данные о положении органов управления воздушным судном и арматуры кабины через устройства сопряжения и обмена данными (5) поступают в компьютерные вычислители со специализированным программным обеспечением (6) где изменяются и рассчитываются параметры работы систем и силовой установки воздушного судна, параметры полета и математические модели воздушного судна, его узлов, систем и агрегатов.
При этом данные поступающие от системы позиционирования комбинируются в вычислителе с данными от контроллеров элементов точной копии кабины летного экипажа воздушного судна (рычаги управления воздушным судном, рычаги управления силовой установкой, переключатели и органы управления приборным оборудованием), поступающими в вычислитель через устройства сопряжения и обмена данных, формируется визуальное изображение как кабинного, так и закабинного пространства и передается на мониторы шлема виртуальной реальности, в том числе визуализированная имитация индикации приборного оборудования.
При этом при имитации обратной связи (например, движение рычагов управления двигателями при изменении режима их работы автопилотом), соответствующий данные передаются от вычислителя обратно через устройства сопряжения и обмена данными на соответствующий контроллер, управляющий соответствующим оборудованием в функциональной копии кабины экипажа воздушного судна.
Таким образом тренируемый визуально воспринимая виртуальную среду и взаимодействуя с ней, одновременно, тактильно взаимодействует с реальными объектами, соответствующими виртуальным, нарабатывая моторику движений и мышечную память, исключая возможность привития ложных навыков в ходе подготовки и отрабатывая весь комплекс нормальных эксплуатационных процедур, действий в особых случаях и аварийных ситуациях полета.
Применение тренажерного устройства имитации полета с виртуальной визуализацией позволит улучшить качество тренажерной подготовки и повысить уровень безопасности полетов при существенном снижении стоимости и эксплуатационных затрат тренажерной подготовки, снижении массы и уменьшения габаритных размеров тренажерных устройств. Позволит реализовать новые возможности подготовки, недоступные на прототипе и тренажерных устройствах имитации полета с традиционными системами визуализации. Сделает возможной оперативное перебазирование тренажерных устройств имитации полета в интересах эксплуатантов.