Абсолютная иллюзия полета

Абсолютная иллюзия полета
Подвижность первых тренажеров обеспечивала команда помощников

Kак отмечают опытные пилоты-инструкторы, чувство полета противоестественно для человеческого существа. Поэтому методы и способы обучения пилотированию были актуальны со времени появления первых самолетов.

На заре авиации для подготовки пилота после нескольких полетов в качестве пассажира применялись специальные самолеты, которые можно условно назвать первыми тренажерами. Сначала выполнялись пробежки по летному полю на самолете с маломощным двигателем, в ходе которых будущий пилот осваивал управление рулем направления. Затем он пересаживался на самолет с двигателем помощнее, способный выполнять подскоки, в ходе которых пилот осваивал руль высоты. Альтернативный вариант — обычный самолет с укороченным крылом, который не способен взлететь. Так постепенно пилот набирался опыта и добирался до реального самолета.

Первым прообразом современных тренажеров стало созданное в 1910 г. на базе компонентов биплана Sanders устройство Sanders Teacher. По сути, это был облегченный самолет, закрепленный на специальном шарнирном устройстве, что позволяло направлять его по ветру и управлять им с помощью элеронов и рулей высоты и направления. Разумеется, требовался ветер.

Первая мировая война значительно подстегнула прогресс в разных областях авиации. Появились первые тренажеры с автоматизированным электромеханическим приводом, то есть система имитировала отклик самолета на действия пилота. Предусматривалась и возможность вмешательства инструктора для моделирования турбулентности и других проблем во время полета.

Самым популярным тренажером такого типа стало устройство Link Trainer, запатентованное в 1930 г. Система имела электропневматический привод, клапаны которого открывались пилотом при движении ручки управления и педалей. Успех тренажера можно понять — его создатель Эдвин Линк прежде работал на фабрике своего отца, выпускающей механические пианино и органы, и применил в своей конструкции пневматические механизмы от органных приводов.

С развитием авиации, уже к концу 1920-х гг. встал вопрос о необходимости подготовки пилотов к полету по приборам, или, как тогда чаще говорили, к слепому полету. Были приняты два подхода: либо существующие подвижные тренажеры оборудовались фиктивными учебными приборами с системами для выдачи показаний на них, либо изобретались специальные фиксированные тренажеры.

Продажи тренажеров Link Trainer, оборудованных функцией полета по приборам, резко возросли в начале 1930-х, когда армейская авиация США получила контракт на перевозку почты (доставлять ее надо в любую погоду) и почти сразу произошло несколько катастроф, которые заставили пересмотреть подход к обучению пилотов.

Дальнейшее развитие тренажеров шло по пути расширения применения электроники. Появились и системы визуализации — проектор показывал на экране закольцованную киноленту, причем система имитировала эффекты смены курса, тангажа и крена.

С началом Второй мировой войны потребности в подготовке большого количества пилотов резко увеличились, что привело к росту спроса на тренажеры. В 1941 г. был создан первый тренажер для отработки астронавигации по звездам, причем он представлял собой кабину бомбардировщика, в которой размещался весь экипаж. "Звезды" располагались на поверхности 15-метрового подвижного купола, смещение которого отображало суточное вращение звезд и изменение долготы и широты полета.

Создавалось и много тренажеров для отработки специальных задач — например, для обучения работе с радиолокаторами или для ориентации по наземным радиомаякам.

В 2015 году голландская компания Multy Pilot Simulation представила первый в мире тренажер легендарного самолета Douglas DC-3, совершившего первый полет в 1935 году  и до сих пор остающегося в эксплуатации даже на регулярных пассажирских перевозках. Систему визуализации поставила компания Barco

В 2015 году голландская компания Multy Pilot Simulation представила первый в мире тренажер легендарного самолета Douglas DC-3, совершившего первый полет в 1935 году и до сих пор остающегося в эксплуатации даже на регулярных пассажирских перевозках. Систему визуализации поставила компания Barco

Фото: Barco

Электронные и цифровые тренажеры  

Новая эпоха в создании тренажеров началась после распространения сначала аналоговых, а потом и цифровых компьютеров. Появилась возможность численно решать уравнения движения самолета и моделировать его поведение под воздействием аэродинамических сил.

В начале 1950-х британская компания Redifon сделала первый тренажер для пассажирского реактивного самолета Comet 1. Также были созданы тренажеры для пассажирских турбовинтового Lockheed L1049 Super Constellation и реактивного Boeing 707. Заказчиками выступали британская авиакомпания BOAC, австралийская Qantas и американская Pan American.

Одним из главных ограничений того времени было отсутствие точных данных о характеристиках и поведении как планера самолета, так и его двигателей, поэтому разработчики тренажеров вынуждены были применять специфические для каждого конкретного случая методы, чтобы получить требуемое моделирование поведения самолета. Это изменилось с распространением больших самолетов с околозвуковыми скоростями полета, в ходе разработки и испытаний которых появилась возможность получить более исчерпывающие наборы данных о поведении самолета на различных режимах. Однако аналоговые компьютеры уже не могли справиться с этими объемами данных с должной точностью. Серьезной проблемой оказалась и надежность больших аналоговых вычислителей. Несмотря на постоянную работу многочисленных технических бригад, предел интенсивности эксплуатации авиатренажеров застопорился на уровне 10–12 ч в день.

Первые тренажеры с цифровыми компьютерами появились в начале 1960-х гг. Даже при всей ограниченности вычислительных возможностей тогдашних компьютеров преимущества цифровых тренажеров были очевидны, и уже к 1970-м произошел практически полный переход на цифровые платформы. Разумеется, дефицит вычислительных мощностей компьютеров продолжался еще долго — пожалуй, только в XXI в. компьютерная мощность стала достаточно исчерпывающей.

Развитие современных тренажеров с системами подвижности началось с тренажера для первого британского реактивного пассажирского самолета de Havilland Comet

Развитие современных тренажеров с системами подвижности началось с тренажера для первого британского реактивного пассажирского самолета de Havilland Comet

Фото: BBC

Системы подвижности и визуализации  

К середине 1950-х гг. авиатренажеры утратили даже рудиментарные системы подвижности, свойственные ранним тренажерам. Отчасти это оправдывалось тем, что при управлении более или менее тяжелым самолетом пилот должен в большей степени полагаться на показания приборов, нежели на свои ощущения. Повышение уровня достоверности достигалось путем тех или иных ухищрений, однако авиакомпаниям были нужны тренажеры нового поколения.

В 1958 г. компания Redifon получила заказ от BOAC на тренажер самолета Comet IV с изменением угла тангажа. Затем последовали более сложные системы подвижности с двумя, тремя, четырьмя, пятью и наконец шестью степенями свободы, что было необходимо для имитации поперечных перегрузок на таких самолетах, как Boeing 747. Заметный прогресс в развитии систем подвижности был достигнуть в результате работ NASA по лунной программе, в ходе которых был создан тренажер отработки посадки на Луну. Полученный набор уравнений движения впоследствии стало использовать большинство производителей тренажеров.

Использование систем подвижности вызвало больше всего противоречий при внедрении тренажеров. Всегда оставались вопросы о том, что в ряде случаев подвижный тренажер может вести себя неадекватно по сравнению с реальным самолетом, а это приводит к выработке у пилотов ложных навыков. Более или менее понятно, что системы подвижности могут оказаться недостаточно эффективными для тренажера высокоманевренного истребителя. Вместе с тем в мировой гражданской авиации, использующей большие и маломаневренные коммерческие самолеты, подвижные тренажеры стали обязательным элементом подготовки пилотов, регламентированным регулирующими органами. Впрочем, в отношении подготовки пилотов к выводу коммерческого самолета из сложного пространственного положения полного согласия нет до сих пор. Поскольку в реальности в таких режимах никто старается не летать, адекватность поведения тренажера остается под большим вопросом. В идеале, конечно, пилотам не нужно оказываться в подобных положениях, тогда не будет необходимости и выходить из них. Однако такие случаи хотя и редко, но бывают, так что проблема остается.

Системы визуализации тоже прошли большой путь развития. После появления цветной кинопленки проецирование на экран изображения неба особых вопросов не вызывало, но главные проблемы возникали при отработке взлетов и посадок, где требовалось изображение земли и максимальное приближение к реальности. Опуская всю серию инженерных ухищрений, можно сказать, что развитие систем визуализации на современном уровне началось только с внедрением цифровых компьютеров, синтезирующих изображение.

В первое время вычислительной мощности тоже не хватало и приходилось идти на различные ухищрения. Например, был создан тренажер истребителя, в котором отслеживалось направление взгляда пилота, — перед ним картинка на экране формировалась в максимальном разрешении, для периферийного зрения разрешение снижалось, а в невидимой части и вовсе отсутствовало. Для пассажирских самолетов создавались шестиканальные системы, по отдельности синтезирующие изображение для каждого окна кабины пилотов. Пожалуй, только в XXI в. компьютерная мощность стала достаточно исчерпывающей, чтобы с хорошей точностью рассчитать и визуализировать ситуацию, проецируя изображение в диапазоне 180° на изогнутый экран. При этом визуализируются не только конкретные аэропорты, но и разнообразные погодные явления.

Стандартизация тренажеров  

Поначалу, разумеется, никаких стандартов не было и каждый производитель тренажеров предлагал авиакомпаниям то, что, на его взгляд, лучше всего им подходит, — точнее, они, скорее всего, это купят. Говорят, с точки зрения пилота не было двух одинаковых тренажеров даже для одного типа самолета и даже выпущенных одним и тем же производителем. Это вызывало большие сомнения как у пилотов, так и у регулирующих органов. Оценка тренажеров проводилась субъективно одним или несколькими пилотами авиакомпании.

В начале 1970-х гг. подразделения по техническому обслуживанию тренажеров нескольких авиакомпаний создали ассоциацию IAFSTA (International Airline Flight Simulator Technical Association), в рамках которой обсуждались проблемы, связанные с тренажерами и их производителями. Впоследствии эта ассоциация влилась в структуру IATA, где в 1973 г. в рамках Технического комитета был сформирован Подкомитет по тренажерам (FSTSC — Flight Simulator Technical Sub-Committee).

Авторитет IATA и усилия отдельных крупных авиакомпаний привели к тому, что FSTSC смог эффективно заняться разработкой стандартов в области авиатренажеров, одновременно формулируя требования к данным, которые должны предоставлять самолетостроители и производители авионики для создания адекватных тренажеров.

Результатом этой работы стала современная международно признанная система сертификации тренажеров, которая позволяет надежно их использовать для подготовки пилотов гражданской авиации.

Основа современного полно­пилотажного тренажера — система подвижности

Основа современного полно­пилотажного тренажера — система подвижности

Фото: Марина Лысцева

Новый тренажер для самолета нового поколения  

Разработка в России магистрального самолета нового поколения МС-21, разумеется, потребовала и создания полнопилотажного (комплексного) тренажера для него. Первый такой тренажер размещен в учебно-тренажерном центре компании "Аэрофлот", которая выступает стартовым и крупнейшим заказчиком самолетов этого типа. Данный тренажер позволяет досконально изучить поведение систем самолета и освоить его пилотирование как в штатных, так в нештатных ситуациях, в сложных метеоусловиях и при любых, даже самых маловероятных, отказах.

Тренажер создан научно-производственной фирмой "Системы комплексных тренажеров" (СКТ), которая имеет опыт разработки тренажеров для Ил-96, Ту-204, Ан-124 и других российских самолетов. Однако для МС-21 был принят новый подход. "Это тренажер, который для новых самолетов делается не на базе самолетного оборудования, а на базе имитации процессов функционирования систем самолета", — рассказывает начальник отделения разработки систем обучения корпорации "Иркут" Владимир Алымов. По его словам, работа тренажера полностью базируется на математических моделях, имитирующих поведение самолета. Благодаря сложнейшим математическим расчетам электроника полностью имитирует работу систем лайнера вообще без использования, в отличие от других тренажеров, элементов реальных систем самолета. Это позволило серьезно снизить стоимость тренажера. "Такой подход позволяет быстро дорабатывать тренажер по ходу проектирования воздушного судна, — поясняет Владимир Алымов. — Алгоритмы работы тренажера будут дорабатываться и по мере продвижения программы летных испытаний МС-21-300".

Тренажеры для МС-21, как и сам самолет, спроектированы в соответствии с международными стандартами. Это позволит готовить на них экипажи для полетов и в России, и за рубежом. Такие системы обучения увеличивают конкурентные преимущества МС-21 и, конечно, повышают безо­пасность полетов.

Непосредственное обучение экипажей "Аэрофлота" начнется за шесть месяцев до ввода ВС в коммерческую эксплуатацию, причем первых пилотов будет обучать изготовитель, а впоследствии эти функции возьмет на себя эксплуатант.

По словам Алымова, "Аэрофлот" сформулировал требования, согласно которым проходит поставка стартового комплекта технических средств обучения (ТСО). Эта линейка утверждена в Объединенной авиастроительной корпорации (ОАК; материнская структура "Иркута"). К настоящему моменту кроме комплексного тренажера поставлены процедурный и выставочный тренажеры, а также инженерный стенд.

В состав комплекса ТСО, кроме того, входят учебные классы для подготовки всех категорий авиационного персонала и интерактивные действующие учебные стенды самолета. Всего в линейке ТСО 13 наименований. Все они сейчас находятся на разных стадиях готовности.

Для подготовки бортпроводников создается специализированная линейка ТСО, которая включает в себя тренажер аварийно-спасательных процедур, бортовое аварийно-спасательное оборудование, тренажер пожаротушения, тренажер дверей и тренажер сервиса на борту самолета МС-21.

"Для инженерно-технического персонала создается тренажер инженерно-технического обслуживания для отработки задач по устранению неисправностей, наземных и перронных процедур", — добавил Алымов. Все учебные средства по программе МС-21 будут размещены в учебно-тренажерном центре подготовки авиационного персонала "Аэрофлота".

Процедурный тренажер был создан в ноябре 2012 г., менее чем через год он уже был продемонстрирован в рамках Международного авиационно-космического салона МАКС-2013. Сразу после выставки его перевезли в учебный центр "Аэрофлота". Как пояснил Алымов, процедурный тренажер помогает разгрузить работу комплексного — на нем можно отрабатывать до 40% задач летной подготовки, в частности решать учебные задачи по изучению системы самолетовождения и навигации. "Стоимость учебного летного часа на полнопилотажном тренажере составляет 600–700 евро, а на процедурном — 120–150 евро", — добавил Алымов.

Мощности компании СКТ позволяют выпускать до шести полнофункциональных тренажеров в год, а повторить производственный цикл, в рамках которого был создан представленный образец, компания сможет за год. Поэтому любой крупный заказчик МС-21 при необходимости может заказать постройку тренажера для собственного учебного центра.

Применение продвинутых математических алгоритмов и современных систем подвижности и визуализации позволяет сделать полет на тренажере МС-21 практически неотличимым от пилотирования реального самолета.    

Тренажер для МС-21 в учебном центре "Аэрофлота"

Тренажер для МС-21 в учебном центре "Аэрофлота"

Фото: Марина Лысцева

Понравился материал?

Подпишитесь на дайджест "Главное за неделю" от ATO.RU и не пропустите ничего важного!
Авторские материалы из первых рук в вашем почтовом ящике!

Подписавшись на бюллетень и заполнив данные о себе, вы можете принять участие в розыгрыше призов или получать эксклюзивный анализ авиаперевозок от ATO.RU!
Бюллетень "Главное за неделю":


Тематические бюллетени ATO.RU >>

Google предполагает, что вам это будет интересно

Больше аналитики читайте в журнале
"Авиатранспортное обозрение"
№178 апрель 2017

Календарь ATO Events

Сентябрь 2017 г., г. Набережные Челны
Сентябрь 2017 г., г. Москва
24-25 октября 2017 г., г. Москва
20—21 ноября 2017 г., г. Москва
Профессионалы отрасли используют
Ежегодник АТО - 2016
Тенденции, цифры, факты
Приглашаем зарегистрироваться или войти на сайт под своим именем, что позволит вам:
  • получить доступ ко всем материалам в полном объеме
  • проводить поиск по всему архиву материалов (с 2003 года)
  • осуществлять расширенный поиск с указанием желаемых тегов, авторов, событий и т. п.
2017 © Авиатранспортное обозрение
Мобильная версия сайта - mobix1.ru

Некоммерческое использование материалов сайта ATO.ru (в том числе цитирование и сокращенное изложение) разрешается при условии размещения прямой ссылки на цитируемый материал или на главную страницу www.ato.ru. Любое коммерческое использование, а также перепечатка материалов возможны только с письменного разрешения редакции.