Letecký simulátor - Flight simulator
Letový simulátor je zařízení, které uměle znovu vytvoří letadla letu a prostředí, ve kterém letí, pro výcvik pilotů, designu, nebo pro jiné účely. Obsahuje replikaci rovnic, které řídí, jak letadlo létá, jak reagují na aplikace řízení letu, účinky jiných systémů letadla a jak letadlo reaguje na vnější faktory, jako je hustota vzduchu , turbulence , střih větru, mrak, srážky atd. Simulace letu se používá z různých důvodů, včetně letového výcviku (hlavně pilotů), návrhu a vývoje samotného letadla a výzkumu charakteristik letadel a vlastností ovládání.
Historie simulace letu
V roce 1910 byly z iniciativy francouzských velitelů Clolusa a Laffonta a poručíka Clavenada postaveny první pozemní cvičné letouny pro vojenská letadla. „Tonneau Antoinette“ (barel Antoinette), vytvořený společností Antoinette , se zdá být předchůdcem leteckých simulátorů.
První světová válka (1914-1918)
Oblast výcviku byla pro leteckou dělostřelbu, kterou řídil pilot nebo specializovaný letecký střelec. Střelba na pohybující se cíl vyžaduje míření před cíl (což zahrnuje takzvaný úhel náběhu), aby byl umožněn čas, který střely potřebují k dosažení blízkosti cíle. Tomu se někdy také říká „vychylovací střelba“ a vyžaduje to zručnost a praxi. Během první světové války byly vyvinuty některé pozemní simulátory, které tuto dovednost učí nové piloty.
20. a 30. léta 20. století
Nejznámějším zařízením pro ranou letovou simulaci byl Link Trainer , který vyrobil Edwin Link v Binghamtonu v New Yorku v USA a který začal stavět v roce 1927. Později si nechal patentovat svůj design, který byl poprvé k prodeji v roce 1929. The Link Trainer byl základní kovový rámový letecký simulátor obvykle malovaný ve své známé modré barvě. Některé z těchto letových simulátorů z rané války stále existují, ale najít stále funkční příklady je stále obtížnější.
Rodinná firma Link v Binghamtonu vyráběla hráčská piana a varhany a Ed Link byl proto obeznámen s takovými součástmi, jako jsou kožené měchy a jazýčkové spínače. Byl také pilotem, ale nespokojen s množstvím skutečného letového výcviku, který byl k dispozici, se rozhodl vybudovat pozemní zařízení, které takové školení poskytne bez omezení počasí a dostupnosti letadel a letových instruktorů. Jeho návrh měl pneumatickou pohybovou platformu poháněnou nafukovacími měchy, které poskytovaly stoupání a rolování. Vakuový motor podobný těm, které se používají u klavírů hráčů, otáčí plošinu a poskytuje narážky. Na pohybovou plošinu byl namontován generický replikový kokpit s funkčními nástroji. Když byl kokpit zakryt, mohli piloti cvičit létání podle přístrojů v bezpečném prostředí. Pohybová platforma dávala pilotovi podnět ke skutečnému úhlovému pohybu ve stoupání (nos nahoru a dolů), naklánění (křídlo nahoru nebo dolů) a zatáčení (nos vlevo a vpravo).
Letecké letecké školy zpočátku projevovaly malý zájem o „Link Trainer“. Link také předvedl svého trenéra americkému armádnímu letectvu (USAAF), ale bez výsledku. Situace se však změnila v roce 1934, kdy armádní letectvo dostalo vládní zakázku na létání poštou. To zahrnovalo nutnost létat za špatného počasí i za dobrého počasí, na což USAAF dříve příliš nevycvičil. Během prvních týdnů poštovní služby zahynul téměř tucet pilotů armády. Hierarchie armádního letectva si pamatovala Eda Linka a jeho trenéra. Link přiletěl, aby se s nimi setkal v Newark Field v New Jersey, a byli ohromeni jeho schopností přijet v den se špatnou viditelností, kvůli cvičení na jeho tréninkovém zařízení. Výsledkem bylo, že USAAF koupilo šest Link Trainerů, což lze označit jako začátek světového odvětví letových simulací.
Druhá světová válka (1939-1945)
.jpg)
Hlavním pilotním trenérem používaným během druhé světové války byl Link Trainer. Bylo vyrobeno asi 10 000 na výcvik 500 000 nových pilotů ze spojeneckých zemí, mnoho v USA a Kanadě, protože mnoho pilotů bylo v těchto zemích vyškoleno, než se vrátili do Evropy nebo Pacifiku, aby mohli létat v bojových misích. Téměř všichni piloti amerického letectva byli vyškoleni v Link Trainer.
Pro noční navigaci hvězd byl použit jiný typ trenéra druhé světové války. Celestial Navigation Trenér roku 1941 byl 13,7 m (45 ft) vysoký a schopný pojmout navigační tým o bombardéru posádky. Umožnilo to použít sextanty k pořizování „hvězdných záběrů“ z promítaného zobrazení noční oblohy.
1945 až 1960
V roce 1954 koupily United Airlines od Curtiss-Wright čtyři letecké simulátory za cenu 3 miliony dolarů, které byly podobné předchozím modelům, s přidáním vizuálu, zvuku a pohybu. Jednalo se o první z dnešních moderních leteckých simulátorů pro komerční letadla.
Dnes
Výrobci simulátorů konsolidují a integrují vertikálně, protože školení nabízí dvouciferný růst: CAE předpovídalo od roku 2017 do roku 2027 255 000 nových pilotů leteckých společností (70 denně) a 180 000 prvních důstojníků se vyvíjí na kapitány . Největším výrobcem je Canadian CAE Inc. se 70% podílem na trhu a ročními tržbami 2,8 miliardy USD, která vyrábí cvičná zařízení 70 let, ale v roce 2000 přešla do školení s několika akvizicemi. Nyní CAE vydělává více na školení než na výrobě simulátorů. Crawleyská L3 CTS vstoupila na trh v roce 2012 získáním výrobního závodu Thales Training & Simulation poblíž letiště Gatwick, kde montuje až 30 zařízení ročně, poté britská školicí škola CTC v roce 2015, Aerosim v Sanfordu na Floridě v roce 2016 a Portugalská akademie G Air v říjnu 2017.
S 20% podílem na trhu zařízení stále tvoří více než polovinu obratu L3 CTS, ale to by mohlo být brzy zvráceno, protože každoročně vzdělává 1600 komerčních pilotů , 7% z 22 000 vstupujících do profese ročně a usiluje o 10% v roztříštěný trh. Třetí největší je TRU Simulation + Training , vytvořená v roce 2014, kdy mateřská společnost Textron Aviation spojila své simulátory s Mechtronix , OPINICUS a ProFlight , se zaměřením na simulátory a vývojem prvních plných letových simulátorů pro 737 MAX a 777X . Čtvrtý je FlightSafety International , zaměřený na obecná , obchodní a regionální letadla . Airbus a Boeing investovaly do vlastních školicích center, jejichž cílem je vyšší marže než výroba letadel, jako je MRO , a konkurují svým dodavatelům CAE a L3.
V červnu 2018 bylo v provozu 1270 simulátorů komerčních leteckých společností, což je nárůst o 50 za rok: 85% FFS a 15% FTD s. Společnost CAE dodala 56% této instalované základny, L3 CTS 20% a FlightSafety International 10%, zatímco školící střediska CAE jsou největším provozovatelem s 13% podílem. Severní Amerika má 38% světových tréninkových zařízení, Asie a Tichomoří 25% a Evropa 24%. Typy Boeingů představují 45%všech simulovaných letadel, následuje Airbus s 35%, dále Embraer se 7%, Bombardier se 6%a ATR s 3%.
Typy letových výcvikových zařízení v provozu
Výcvik pro piloty
V moderním leteckém výcviku se používá několik různých zařízení. Trainer Procedures Cockpit (CPT) se používají k procvičování základních postupů v kokpitu, jako je zpracování nouzových kontrolních seznamů, a pro seznámení s kokpitem. Některé systémy letadel mohou, ale nemusí být simulovány. Aerodynamický model je obvykle extrémně generický, pokud vůbec existuje.
Technologie
Pohyb
Statisticky významné hodnocení přenosu dovedností založené na výcviku na simulátoru a vedoucím k ovládání skutečného letadla je obtížné provést, zejména pokud jde o narážky na pohyb. Jsou vyžadovány velké vzorky názorů pilotů a mnoho subjektivních názorů je obvykle vysíláno, zejména piloty, kteří nejsou zvyklí provádět objektivní hodnocení a reagovat na strukturovaný plán testů. Po mnoho let se věřilo, že simulace pohybu 6 DOF dává pilotovi větší věrnost operacím řízení letu a reakcím letadel na řídicí vstupy a vnější síly a dává studentům lepší výsledky školení než simulace bez pohybu. Toto je popsáno jako „věrnost ovládání“, kterou lze posoudit standardy zkušebního letu, jako je číselná stupnice hodnocení Cooper-Harper pro vlastnosti řízení. Nedávné vědecké studie ukázaly, že použití technologie, jako jsou vibrace nebo dynamická sedadla v letových simulátorech, může být při poskytování výcviku stejně účinné jako velká a drahá zařízení 6-DOF FFS.
Kvalifikace a schválení
.jpg)
Postup
Před zářím 2018, kdy si výrobce přál schválit model ATD, je FAA předložen dokument, který obsahuje specifikace pro modelovou řadu a který dokazuje shodu s příslušnými předpisy. Jakmile bude tento dokument, nazvaný Průvodce schválením kvalifikace (QAG), schválen, všechna budoucí zařízení vyhovující QAG budou automaticky schválena a individuální hodnocení není vyžadováno ani dostupné.
Skutečný postup akceptovaný všemi CAA (úřady pro civilní letectví) na celém světě je navrhnout 30 dní před datem kvalifikace (40 dní pro CAAC) dokument MQTG (Master Qualification Test Guide), který je vlastní jedinečnému simulátoru a bude fungovat podél samotného zařízení obsahující objektivní a funkční a subjektivní testy k prokázání reprezentativnosti simulátoru ve srovnání s letounem. Výsledky budou porovnány s údaji o letových testech poskytnutými výrobci letadel nebo z testovací kampaně objednané výrobci simulátorů nebo mohou být také porovnány s údaji POM (Proof Of Match) poskytovanými vývojovými simulátory výrobců letadel. Některé z QTG budou během roku znovu spuštěny, aby se během průběžné kvalifikace prokázalo, že simulátor je stále v tolerancích schválených CAA.
„Úrovně“ letového simulátoru a další kategorie
V současné době jsou pro FSTD letadel i vrtulníků poskytovány následující úrovně kvalifikace:
Americká federální letecká správa (FAA)
- Letecké výcvikové zařízení (ATD)
- FAA Basic ATD (BATD) - Poskytuje adekvátní výcvikovou platformu a design pro procedurální i provozní výkonnostní úkoly specifické pro požadavky na pozemní a letový výcvik pro osvědčení soukromého pilota a kvalifikaci podle přístrojů podle hlavy 14 kodexu federálních předpisů.
- FAA Advanced ATD (AATD) - Poskytuje adekvátní výcvikovou platformu pro procedurální i provozní výkonnostní úkoly specifické pro požadavky na pozemní a letový výcvik pro osvědčení soukromého pilota, přístrojovou kvalifikaci, osvědčení obchodního pilota a osvědčení leteckého dopravního pilota (ATP) a letové Certifikát instruktora.
- Zařízení pro letecký výcvik (FTD)
- FAA FTD Úroveň 4 - Podobně jako trenér procedur v kokpitu (CPT). Tato úroveň nevyžaduje aerodynamický model, ale je vyžadováno přesné modelování systémů.
- FAA FTD Úroveň 5 - Je vyžadováno aerodynamické programování a modelování systémů, ale může představovat spíše rodinu letadel než pouze jeden konkrétní model.
- FAA FTD Úroveň 6 -Je vyžadováno aerodynamické programování specifické pro model letadla, pocit ovládání a fyzický kokpit.
- FAA FTD úroveň 7 - specifické pro model. Musí být vymodelována veškerá použitelná aerodynamika, řízení letu a systémy. Musí být dodán vibrační systém. Toto je první úroveň vyžadující vizuální systém.
- Full Flight Simulator (FFS)
- FAA FFS Úroveň A - Je vyžadován pohybový systém s alespoň třemi stupni volnosti. Pouze letadla.
- FAA FFS Úroveň B -Vyžaduje tříosý pohyb a aerodynamický model s vyšší věrností než úroveň A. Nejnižší úroveň letového simulátoru vrtulníku.
- FAA FFS Úroveň C - Vyžaduje pohybovou platformu se všemi šesti stupni volnosti. Také nižší přepravní zpoždění (latence) nad úrovněmi A a B. Vizuální systém musí mít horizontální zorné pole vnějšího světa alespoň 75 stupňů pro každého pilota.
- FAA FFS Úroveň D - Nejvyšší úroveň kvalifikace FFS, která je v současné době k dispozici. Požadavky jsou pro úroveň C s dodatky. Pohybová platforma musí mít všech šest stupňů volnosti a vizuální systém musí mít horizontální zorné pole vnějšího světa alespoň 150 stupňů s kolimovaným (vzdáleným zaostřením) displejem. Vyžadovány jsou realistické zvuky v kokpitu, stejně jako řada speciálních pohybových a vizuálních efektů.
Evropská agentura pro bezpečnost letectví (EASA, ex JAA)
- Trenér letové navigace a postupů (FNPT)
- EASA FNPT Úroveň I
- EASA FNPT úroveň II
- EASA FNPT úroveň III - pouze helikoptéra.
- MCC-Není to skutečná „úroveň“ kvalifikace, ale doplněk, který umožňuje použít jakoukoli úroveň FNPT k výcviku koordinace více posádek .
- Zařízení pro letecký výcvik (FTD)
- EASA FTD Úroveň 1
- EASA FTD Úroveň 2
- EASA FTD úroveň 3 - pouze helikoptéra.
- Full Flight Simulator (FFS)
- EASA FFS Úroveň A
- EASA FFS Úroveň B
- EASA FFS Úroveň C
- EASA FFS Úroveň D
Moderní špičkové letové simulátory
Vertical Motion Simulator (VMS) ve společnosti NASA/Ames
Největší letecký simulátor na světě je Vertical Motion Simulator (VMS) ve výzkumném centru NASA Ames , jižně od San Franciska. Jedná se o velmi pohybový systém s velkým pohybem s vertikálním pohybem 60 stop (+/- 30 stop) (zvednutí). Systém zvedání podporuje vodorovný paprsek, na kterém jsou namontovány 40 stopové kolejnice, což umožňuje boční pohyb kabiny simulátoru +/- 20 stop. Na nosník 40 stop je namontována konvenční šestistupňová platforma hexapod a na plošinu je namontována vyměnitelná kabina. Tato konstrukce umožňuje rychlé přepínání různých kabin letadel. Simulace sahaly od vzducholodí, komerčních a vojenských letadel až po raketoplán. V případě raketoplánu byl velký vertikální pohybový simulátor použit ke zkoumání podélné pilotně indukované oscilace (PIO), ke které došlo při časném letu raketoplánu těsně před přistáním. Po identifikaci problému ve VMS byl použit k vyzkoušení různých algoritmů podélného řízení a doporučen nejlepší pro použití v programu Shuttle.
Nácvik dezorientace
AMST Systemtechnik GmbH (AMST) z Rakouska a Environmental Tectonics Corporation (ETC) z Philadelphie, USA, vyrábějí řadu simulátorů pro trénink dezorientace, které mají plnou volnost při zatáčení. Nejsložitější z těchto zařízení je simulátor Desdemona ve Výzkumném ústavu TNO v Nizozemsku, vyráběný společností AMST. Tento velký simulátor má kardanový kokpit namontovaný na rámu, který přidává vertikální pohyb. Rám je namontován na kolejnicích připevněných k otočné plošině. Kolejnice umožňují umístění kabiny simulátoru v různých poloměrech od středu otáčení, což poskytuje trvalou schopnost G až asi 3,5.
Amatérská a videoherní simulace letu
Viz také
- FlightSimCon
- Plně pohybový závodní simulátor
- Systém syntetického vidění
- Simulace bezpilotního letadlového systému
- Simulátor virtuální reality
Reference
Poznámky
Bibliografie
- Kelly, Lloyd L. jak řekl Robert B. Parke. Pilot Maker . New York: Grosset & Dunlap, 1979, první vydání 1970. ISBN 0-448-02226-5 .
externí odkazy
- Black Magic and Gremlins: Analog Flight Simulations at NASA's Flight Research Center by Gene L. Waltman
- The Art of Flight Simulation (Aersopace MEng Thesis on Flight Simulation)
- MiGMan's Flight Sim Museum , letové simulátory videoher od 70. let minulého století až po současnost