Аналіз сучасного стану тренажеробудування та можливі шляхи розвитку авіаційних тренажерів Державної авіації України

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Державний науково-дослідний інститут випробувань і сертифікації озброєння та військової техніки Збройних Сил України

Аналіз сучасного стану тренажеробудування та можливі шляхи розвитку авіаційних тренажерів Державної авіації України

Тертишнік Є.М., Кузьміч О.Є.,

Анотація

Ключові слова: авіаційний тренажер, система візуалізації, система рухливості.

Annotation

Analysis of the current status of the aviation simulators building and the possible ways for development of the ground flying trainers of the state аviation of Ukraine

E. Tertyshnik, O. Kuzmich, V. Dmytriiev, N. Sokorynska

In the conditions of conducting operations on the territory of our state (Donetsk and Lugansk regions) for the training of high-quality specialists of the State Aviation of Ukraine, there are essential needs for the creation of high- quality ground flying trainers (GFT) of the State Aviation of Ukraine, which will be designed and built taking into account the modern requirements. In the general process of training aviation specialists in the leading countries of the world aviation industry and using aviation, it has long been understood and established the main role of GFT. Significant saving of aeronautical equipment resource plays a special role in this issue .

Keywords: ground flying trainers, live monitoring and recording system.

Постановка проблеми

В умовах ведення бойових дій на території нашої держави, для підготовки висококласних фахівців Державної авіації України, існує істотна потреба в якісних авіаційних тренажерах, які будуть сконструйовані та побудовані з урахуванням вимог сучасності. Вітчизняним розробникам авіаційних тренажерів (далі АТ) потрібно враховувати основні світові тенденції розвитку та впроваджувати новітні технологічні підходи при побудові АТ з метою підвищення якості процесу навчання авіаційних фахівців. Процес створення та прийняття в експлуатацію АТ повинен базуватися на вимогах, які будуть чітко визначені і сформульовані у сучасних керівних документах Державної авіації України. Метою роботи є визначення основних проблем, які існують у сучасному, вітчизняному тренажеробудуванні під час створення, виробництва та прийняття в експлуатацію авіаційних тренажерів. Аналіз основних світових тенденцій та напрямків розвитку найбільш важливих складових авіаційних тренажерів. Розгляд новітніх методичних підходів до навчання льотного складу на різних типах авіаційних тренажерів.

Викладення основного матеріалу

У провідних країнах світового авіабудування та використання авіації давно зрозуміли і встановили роль авіаційних тренажерів у загальному процесі підготовки авіаційних фахівців. Особливу роль тут грає значна економія ресурсів. Наприклад, собівартість льотного часу роботи на тренажері, з урахуванням амортизації, витрат на електрику, заробітної плати інструкторам - за різними оцінками, коливається в межах $ 100, а безпосередньо на літаку або на вертольоті - порядку $ 3000-5000 [2]. Особливо, це актуально в умовах сучасної України, де на сході продовжуються військові дії і на рахунку кожна копійка. В умовах, що склалися у Збройних Силах України, для кризової держави, виховати висококласного бойового льотчика в ході тільки практичної підготовки за штурвалом бойової техніки - недозволена розкіш, а іноді, небезпечне задоволення. Тому в цій ситуації основне навантаження з підготовки льотного складу повинні взяти на себе сучасні оперативно-тактичні, спеціалізовані і комплексні авіаційні тренажери, які спроможні забезпечить якісне тренування льотного складу в віртуальних умовах, максимально наближених до умов реального польоту.

Ще одним, не менш важливим аргументом на користь широкого впровадження тренажерних комплексів у процес навчання військових авіаційних фахівців є те, що його програмне забезпечення дозволяє вирішувати декілька завдань одночасно. Наприклад: формувати вправу, яка відпрацьовується під час польоту; миттєво змінювати умови польоту (погоду, географічне положення, астрономічні ефекти та інше); зупиняти виконання польотного завдання для розбору та повторювати його з місця зупинки; архівувати об'єктивні дані, які відображають дії льотного складу, що навчається під час виконання завдання, та інше. Також на тренажері можливо без обмежень виконувати відпрацювання дій льотного екіпажу під час виникнення нештатних ситуації, навіть небезпечних, відпрацювання яких в реальному польоті заборонено. Вказані можливості авіаційного тренажера дозволяють проводити підготовку льотного складу до проведення льотних випробувань новітніх та модернізованих зразків авіаційної техніки [6].

Виходячи з різноманіття завдань, які можливо сформулювати та відпрацювати на тренажері, у передових країн-лідерів авіабудування і використання авіації створено велике різноманіття спеціалізованих програм підготовки екіпажів на симуляторах різних конфігурацій. Військові льотчики передових країн світу, як мінімум, 80-100 годин на рік проводять за штурвалами тренажерів перед тим, як сядуть за управління бойового літального апарату.

Так, пілоти літаків-винищувачів країн - членів НАТО і США при нальоті, приблизно, 100-150 годин на рік на тренажерах, фактично стільки ж годин мали нальоти на реальному літаку. При цьому, на тренажерах, віртуально моделюються умови польоту, максимально наближені до бойових, коли в борт літака або вертольоту влучають снаряди і ракети, відмовляє обладнання, не працює система управління та інше. Для цього використовуються пілотажні цифрові тренажери, які дозволяють найбільш наближено до реальності, практично на 95-97 % імітувати візуальне та акустичне середовище у кабіні та за кабіною екіпажу, в повітряному просторі та на землі [6]. Найбільш розповсюдженими у ВПС провідних країн є тренажери літаків тактичної авіації, переважна більшість з котрих спеціалізовані, тобто дають можливість відпрацьовувати один з видів бойових завдань: ведення повітряного бою або нанесення ударів по наземним цілям. Тренажери обох типів по конструкції практично не відрізняються. Це, як правило, сферичний купол діаметром 7-12 метрів на динамічній системі підвіски з декількома ступенями свободи (до шести), у центрі якого розташована кабіна льотчика (аналог кабіни бойового літака). Зовнішня обстановка відображається на внутрішній поверхні сфери за допомогою спеціальних проекторів. Використовуються також тренажери з плоским екраном [7].

Нами було з'ясовано, яку важливу роль відіграють авіаційні тренажери в процесі навчання та підвищення кваліфікації авіаційних фахівців. Тепер перейдемо до аналізу стану тренажеробудування та шляхів їх удосконалення в Україні. За висновками зарубіжних фахівців, для добре підготовленої армії на кожні 20 одиниць військової бойової техніки (літаків, вертольотів) повинен бути хоча б один тренажер. У Збройних Силах України, які протягом більше 20 років фінансувались та забезпечувались вкрай обмежено, таких апаратів залишилося лічені одиниці. Необхідно відновлювати парк авіаційних тренажерів в Україні на новому якісному рівні. Можна сказати, що Україна не відстає від сучасних тенденцій і вітчизняні виробники працюють над створенням новітніх авіаційних тренажерів. Яскравим прикладом успіху у побудові сучасних тренажерів вертольотів типу Ми-8, Ми-8МСБ, Ми-24, Ми-2 на території України можуть служити розробки компанії ООО “Хелитрейдінг Украина” (м.Кременчуг), яка є лідером вітчизняного тренажеробудування. Вони є оператором власного Навчально-тренажерного центру, сертифікованого ДАСУ. Для досягнення поставлених завдань компанією, в ініціативному порядку, здійснюються інноваційні розробки технічних засобів навчання, виконуються дослідно- конструкторські роботи в інтересах МО України зі створення сучасних тренажерів, здійснюється оцінка та правове оформлення інтелектуальної власності у вигляді патентів і авторських свідоцтв з подальшим впровадженням у виробництво кінцевого продукту. Другим представником вітчизняного промислового комплексу, який займається виробництвом авіаційних тренажерів для пілотів літака винищувача МиГ-29 та учбового літака Л-39 є підприємство “Маркет-Матс” (м. Львів) [1]. Однак, не дивлячись на певні успіхи у розробці та виготовленні окремих зразків авіаційних тренажерів в Україні, можна констатувати, що провідні країни світу пішли набагато далі у системі нормативного забезпечення процесу підготовки авіаційних фахівців за допомогою тренажерної техніки, розробивши до них відповідні вимоги [4]. На даний час, на превеликий жаль, в Україні керівні документи, які містять сучасні вимоги до авіаційних тренажерів Державної авіації відсутні.

Наявні керівні документи, що регламентують прийняття новітніх зразків техніки на озброєння Повітряних Сил України та Державної авіації, у цілому, базуються на вимогах ГОСТів радянських часів та не відповідають сучасності. Методики оцінювання та програми випробувань авіаційних тренажерів військового призначення складаються у відповідності до вимог “Руководства по испытаниям авиационной техники (РИАТ)” 1981 року [1]. У застарілому, але діючому РИАТ, не відображені сучасні методи оцінок та еталони, метрологічні засоби і засоби реєстрації отриманої інформації. Вимоги, що пред'являються в даному керівництві, не враховують сучасні можливості приладів-імітаторів обладнання кабіни літака та програмно-апаратних засобів, які імітують роботу штатних систем з достатнім ступенем достовірності, та й багато іншого. Ще одним стримуючим фактором розвитку тренажеробудування в Україні є відсутність фінансування з боку держави, тому створення новітніх зразків тренажерів можливе тільки в ініціативному порядку за рахунок обігових коштів вітчизняних приватних компаній.

На часі розглянути основні напрямки розвитку авіаційних тренажерів на підставі проведеного аналізу основних світових тенденцій. Основний напрямок розвитку авіаційних тренажерів, на думку закордонних фахівців - це розробка та виробництво багатофункціональних зразків. Для цього в наявності має бути відповідна матеріальна база - бурхливий розвиток електроніки та обчислювальної техніки. Однак, це не означає, що спеціалізовані тренажери зникнуть. Треба зазначити, що на даний час існують три основні класи тренажерів: тактичні, комплексні та процедурні [5]. авіаційний тренажерний комплекс льотний склад

Звернемо увагу на тактичні тренажерні комплекси, які мають практично необмежені методичні можливості для підготовки командирів і екіпажів. Звичайно, розробники тренажерів в Україні знаходяться ще на початку шляху, це стосується не тільки освоєння технологій, які дозволять поєднати багато різних тренажерів в єдиному віртуальному середовищі, а також розробки новітніх методичних підходів до навчання на тактичних тренажерах. Безсумнівно, значення даної інноваційної розробки важко переоцінити. Фактично ця розробка поклала початок новітньому підходу до навчання військових фахівців, що дозволить інтерактивно, у єдиному віртуальному просторі відпрацьовувати завдання тактичної та оперативної взаємодії сухопутних військ і авіації на віртуальному полі бою, як індивідуально, так і із залученням керівного складу задіяних підрозділів та частин. В арміях НАТО використання тактичних тренажерів для підготовки бойового складу авіації є розповсюдженою практикою, що дозволяє відпрацьовувати усі види взаємодії підрозділів, що беруть участь у різного роду військових сценаріях [6].

Перейдемо до наступного класу авіаційних тренажерів - процедурних тренажерів. Тренажери даного класу найбільш розповсюджені у провідних країнах світу завдяки нижчій вартості, однак в Україні вони рідкість. Дані тренажери призначені для відтворення певного набору ситуацій (як правило, позаштатних і аварійних), в яких льотчик (льотний екіпаж) навчається, відпрацьовує необхідні реакції. В результаті готується команда фахівців, здатних адекватно реагувати і приймати грамотні рішення в різних обставинах.

Процедурні тренажери, в залежності від моделі, в тому чи іншому вигляді відображають приладові дошки та інші засоби управління реальним апаратом. У підсумку на подібному приладі можна виконувати до 70% дій, які доступні на вертольотах чи літаках. Зокрема, мова йде як про первинні навички пілотування, так і більш складні завдання. До першої групи належать вправи передпольотної підготовки, запуску двигуна, руління, зліт, набір висоти, зниження, посадка та інше. Більш складні тренувальні програми передбачають виконання польоту за приладами, ведення візуального орієнтування, політ в літніх (зимових), денних (нічних) умовах та інше. Процедурні тренажери мають здатність, яка дозволяє проводити відпрацювання групових польотів, підвищуючи тим самим технологію взаємодії членів одного або декількох екіпажів. Тому українським розробникам та виробникам авіаційних тренажерів доцільно звернути увагу на необхідність створення тренажерів даного класу.

Незалежно від класу тренажера, необхідно розглянути можливість введення до його складу системи об'єктивного контролю. Наявність даної системи в складі тренажера дозволить підвищити методичні можливості процесу льотного навчання при великій кількості вправ та різновидів навичок, котрі на даний час відпрацьовуються на етапі підготовки військового пілота. Це також дозволить забезпечити активне управління процесом навчання, яке можливо лише при постійній та об'єктивній оцінці рівня і ефективності виконання завдань екіпажем. Така оцінка є одним із важливих критеріїв моніторингу якості підготовки льотного складу на авіаційному тренажері. Завданням засобів об'єктивного контролю, крім іншого, є експрес-аналіз дій льотного екіпажу, який заснований на безперервній реєстрації за спеціально розробленим алгоритмом відхилень усіх параметрів управління і руху літального апарату від відповідних обмежень, викладених у керівництві з льотної експлуатації.

Аналізуючи закордонні джерела, можна зробити висновок, що також з'являється інша тенденція - створення системи тренажерів, в яку входитимуть багатофункціональний тренажер (в основі системи) та декілька спеціалізованих тренажерів. Вважають, що такій підхід забезпечить більш ефективне навчання на основному тренажері після попереднього навчання на спеціалізованих тренажерах [3]. Спеціалізовані тренажери також доцільно використовувати для вирішення окремих завдань.

Крім відпрацювання новітніх підходів до навчання особового складу на різних тренажерах необхідно приділяти увагу удосконаленню окремих складових тренажера. Потрібно пам'ятати, що ні в якому разі не можна прищеплювати льотчику помилкових навичок керування літаком, що може привести до льотних пригод і катастроф. Так як зір прийнято вважати одним з найважливіших органів почуттів, то можна вважати, що система візуалізації тренажера дуже важлива для правильного сприйняття екіпажем навколишнього середовища. Подібні системи дозволяють імітувати закабіний простір і змінювати його залежно від маневрів літака. При цьому враховуються просторові координати, зміна орієнтації та кольору. Все це в комплексі сприяє найбільш ефективному навчанню і підготовці до умов справжнього польоту.

Сучасні та перспективні вимоги до багатофункціональних тренажерів можливо задовольнити за допомогою синтезу зображень, збільшення кількості кольорових об'єктів з текстурою (елементів зображення), що відображаються, та широкого використання цифрових засобів обробки зображення [7]. Під текстурою зображення слід розуміти надання одиничним елементам зображення (елементи невеликого розміру, з яких формується загальна картина обстановки) або окремим об'єктам різних відтінків та рисунку. Вважається, що це забезпечить більшу реальність обстановки, що відображається, особливо наземної, та дозволить обходитися меншою кількістю одиночних елементів зображення, тобто є можливість знизити вимоги до електронних компонентів тренажеру. Використання можливостей цифрової техніки, зокрема, для конвертації фотографії в цифрові карти, дає можливість реалізовувати складні текстури зображень та високу ступінь їх деталізації з частотою оновлення 30-60 разів в секунду. Завдяки можливостям цифрової техніки стало можливим відображення таких атмосферних явищ, як туман, ізольовані хмари та інше.

Попереднє відтворення текстури зображень засновувалось на принципі математичного модулювання, однак цей спосіб не забезпечував достатньої реальності обстановки, що відображається. Дане завдання було вирішено за допомогою широкого застосування цифрової техніки. Цифрові системи дозволяють використовувати дані, які в реальному польоті, надходять до льотчика від інших систем, що дає можливість зробити розрахунок дальності до цілі, яка підсвічується лазером та реальну імітацію висоти польоту над місцевістю та інше.

Для детального відображення обстановки на значних площах (діаметр до 12 метрів) сферичних куполів, які використовуються для відображення обстановки, необхідні дуже потужні ЕОМ з великим обсягом пам'яті. Тому, для зменшення потужності необхідних ЕОМ, можливо відображати тільки ті ділянки простору, які на даний час цікавлять льотчика. Цей підхід можливо реалізувати за допомогою нашоломного індикатору, а в перспективі - за допомогою шолома віртуальної реальності. Миттєве поле зору нашоломного індикатору складає 135° по горизонталі та 64° по вертикалі при загальному полі зору 360°. Високоякісне зображення забезпечується в межах всього поля зору, але у центральному бінокулярному секторі, тобто, в секторі відносно оптичної осі очей льотчика роздільність зображення суттєво вище. Індикатор достатньо прозорий, що практично не погіршує огляду приладного обладнання кабіни літака. Дослідження в цьому напрямку проводяться в країнах НАТО. Фахівці держави Ізраїль бачать перспективу у використанні голографічних засобів відображення, що, на їхню думку, дозволить зменшити кількість нашоломних оптичних пристроїв та створити більш зручний шолом. В Ізраїлі вже створений льотний шолом з голографічним відображенням зовнішного середовища. За положенням голови льотчика, використовується нашоломна телевізійна камера з точністю відстеження 2 мрад (0,1°) [3]. Найближчим часом будуть проведені його випробування з подальшим використанням на авіаційних тренажерах.

Розробка індикаторів з широким і вузьким полями зору вважається одним із ключових факторів створення перспективних тренажерів. Другий, не менш важливий фактор - створення засобів синтезування та збереження інформації про навколишнє середовище. Важливість його полягає у тому, що перспективні багатофункціональні тренажери повинні забезпечувати імітацію широкого діапазону умов: від маневреного повітряного бою до польоту на гранично малих висотах; від польоту у складі груп до нанесення ударів по наземним цілям.

При удосконаленні авіаційного тренажера потрібно пам'ятати про таку важливу складову, як система рухливості тренажера. Вартість системи рухливості тренажера є однією з головних складових вартості тренажера в цілому (приблизно 35-40%). Традиційно використовуються, в усьому світі, системи опорного типу, вони не в змозі дати льотчику необхідній обсяг акселеративної інформації про діючі на нього перевантаження в діапазоні частот управління літака льотчиком і практично служать лише “прикрасою” тренажера, а не технічними засобами навчання. Закордонні фахівці вважають, що значущим просуванням вперед є створення авіаційного тренажера з істотно більш дешевою, але досить ефективною 5-ступеневою системою рухливості - опорно-консольного типу та виробництво на її базі мобільного тренажера.

Використання авіаційного тренажера, що транспортується, дозволить зменшити потрібну загальну кількість однотипних авіаційних тренажерів, дозволить відмовитися від будівництва спеціальних приміщень для розміщення тренажера, ефективно експлуатувати установку при 2-змінному режимі роботи, оперативно транспортувати тренажер і тренувати льотний склад, безпосередньо, в місці розташування авіаційних частин і авіапідприємств прямо на аеродромі в польових умовах або в літаковому ангарі, що в свою чергу дозволить зменшити витрати на підготовку авіаційних фахівців.

Ще одним перспективним напрямком на шляху покращення навчання льотного складу є об'єднання різних авіаційних тренажерів в єдину мережу, де окремими абонентами будуть не комп'ютери, а тренажери розташовані в різних географічних точках. Це також суттєво полегшить інсталяцію необхідних вихідних даних і проведення кваліфікаційної оцінки АТ, незалежно від його місця знаходження. Спочатку доцільно створення локальних мереж таких авіаційних тренажерів, які в подальшому можуть бути пов'язані як з постачальниками блоків вихідних даних, так і з іншими авіаційними тренажерами. Об'єднання в мережі різних авіаційних тренажерів, які перебувають в різних географічних точках, в кінцевому результаті дозволить також здійснювати одночасне моделювання операцій з використанням декількох літальних апаратів одночасно.

Висновок

Підводячи підсумки, визначим основні напрямки за якими необхідно рухатися конструкторам і виробникам сучасних авіаційних тренажерів в Україні:

- зниження вартості тренажера за рахунок впровадження новітніх технологічних та конструктивних підходів до його будування;

- розробка мобільних тренажерних комплексів;

- розробка та впровадження уніфікованих взаємозамінних модулів тренажерів (система візуалізації, система рухливості та інше);

- розробка та впровадження новітніх систем візуалізації на базі сучасних технологій.

Список літератури

1. Питання державного оборонного замовлення: Постанова Кабінету Міністрів України від 27.04.2011 року №464. [Електронний ресурс].

2. Про затвердження Правил сертифікації авіаційних тренажерів, наближених до міжнародних стандартів ICAO: наказ Міністерства транспорту України від 06.08 2002 року №529. [Електронний ресурс].

3. Manual of Criteria for the Qualificationof Flight Simulation Training Devices ICAO Doc 9625 AN/938. [Електронний ресурс]

4. Зеленин В.М. Электронные тренажеры / В.М. Зеленин. - М.: Знание, 1986. - 64 с.

5. Башков Е.А. Генераторы изображения для авиатренажеров / Е.А. Башков, А.В. Козак // Зарубежная радиоэлектроника. - 1984. - №8. - С. 133-137.

6. Алешин В.П. Система визуализации индуцированного виртуального окружения: состояние проекта / В.П. Алешин, В.О. Афанасьев, Д.А. Байгозин и др. // Сборник тезисов докладов 14-й Международной конференции. - М.: МГУ, 2004. - С. 122-123.

7. Михненко А.В. Авиационные тренажеры: потребность в изменениях. [Електронний ресурс]

Размещено на allbest.ru