РАЗРАБОТКА МАКЕТА АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО СИМУЛЯТОРА ЭКРАНОПЛАНА

Евдокименков В.Н.¹, Захаров С.В.², Ким Н.В.³, Ким Р.В.⁴,  Прохоров П.Д.⁵, Макиенко А.М.⁶

¹Доктор технических наук, профессор, Московский авиационный институт; ²инженер, Московский авиационный институт; ³кандидат технических наук, профессор, Московский авиационный институт; ⁴кандидат технических наук, Московский авиационный институт;⁵студент, Московский авиационный институт;⁶кандидат технических наук, ООО "АвиаСистемы".

РАЗРАБОТКА МАКЕТА АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО СИМУЛЯТОРА ЭКРАНОПЛАНА

Аннотация

Представлены  результаты разработки демонстрационного макета аппаратно-программного симулятора экраноплана. Определены структура, состав макета и области его использования.

Ключевые слова: экраноплан, симулятор, визуализация.

Evdokimenkov V.N.¹, Zaharov S.V.², Kim N.V.³, Kim R.V.⁴,  Prohorov P.D.⁵, Makienko A.M.⁶

¹Doctor of Technical Science,  professor,  Moscow Aviation Institute; ²engineer, Moscow Aviation Institute; ³Candidate of Technical Sciences, professor, Moscow Aviation Institute; ⁴Candidate of Technical Sciences, Moscow Aviation Institute;⁵student,  Moscow Aviation Institute; ⁶Candidate of Technical Sciences, OOO "AviaSistemy".

DEVELOPMENT OF THE MODEL OF HARDWARE AND SOFTWARE WIG SIMULATOR

Abstract

Presents the results of the demonstration model of hardware and software simulator of WIG. Defined by the structure, the composition of the layout and the area of use.

Keywords: WIG, simulator, visualization.

В последние годы возрастает интерес к исследованиям, связанным с разработкой экранопланов, использующих экранный эффект в процессе полета. Экранный эффект определяется тем, что воздействие роста давления от крыла отражается от подстилающей поверхности (земли, воды) и успевает дойти до крыла. Это обеспечивает возможность  существенного повышения скоростей перемещения (до 500¸700 км/ч) с одновременным поддержанием хорошей мореходности, а также достижения большого аэродинамического качества (отношения подъемной силы крыла к аэродинамическому сопротивлению) порядка К_а= 35¸50 и более, тогда как у современных самолетов оно не превышает 15¸20.

Разработанный макет аппаратно-программного симулятора (АПС) экраноплана объединяет макет кабины экраноплана, снабженный органами управления, и тестовые математические модели движения экраноплана, элементов комплекса бортового оборудования и внекабинной обстановки. В составе демонстрационного макета аппаратно-программными средствами реализованы контур управления двигателем,  контур ручного управления и визуализации внекабинной обстановки,  а также модели динамики движения самолетов, адаптированные с учетом движения вблизи экрана. Эта адаптация достигнута путем введения в традиционные уравнения динамики движения самолета для полета над поверхностью экрана приближенных зависимостей коэффициентов аэродинамических сил и моментов от высоты полета над экраном.

Степень адекватности разработанных моделей достаточна для отработки принципов построения аппаратно-программного симулятора (АПС) и вариантов его реализации.

Адаптация разработанной объектно-ориентированной структуры ПМО в интересах моделирования движения реальных образцов экранопланов достигается путем использования в моделях геометрических, массово-инерционных и аэродинамических характеристик, структуры и параметров контуров управления.    

Структура АПС экраноплана приведена на рис. 1.

 

Рис.1

В его состав входят:

1)  функциональный макет кабины экраноплана, содержащий элементы поста управления пилота: РУС (штурвал), РУД, педали;

2) система визуализации с цветным объемным изображением внекабинного пространства на 1-3 мониторах, имитирующих фронтальный обзор из кабины экраноплана и приборную панель. Предпочтительным вариантом реализации системы отображения представляется использование трех мониторов, что существенно усиливает демонстрационные возможности разработанного макета АПС экраноплана и делает процесс оценки динамических характеристик экраноплана более эффективным, особенно при исследовании ручных режимов управления;

3) вычислительная система на базе персональной ЭВМ, основу которой составляют тестовые модели движения центра масс экраноплана и его пространственного движения относительно центра масс.              

На рис. 2 приведена реализация демонстрационного макета.

Рис. 2. Размещение аппаратно-программных средств экраноплана

В состав оборудования АПС экраноплана, изображенного на рис. 2.  входят следующие устройства:

Персональный компьютер с характеристиками:

• Процессор Intel i7-2600 3.40 Ghz;
• Видео карта NVIDIA GeForce GTX 680 4 Гб;
• Оперативная память 8 Гб;
• Операционная система Windows 7.

Органы управления. В качестве органов управления в реализованном варианте демонстрационного макета использованы стандартные устройства управления, широко используемые в составе оборудования существующих программных летных симуляторов (рис. 3):

• Штурвал – модель Pro Flight Yoke System

Рис. 3 Штурвал, блок управления двигателем и педали

Основные характеристики штурвала:

- возможность управления в каналах  крена (поворот штурвала вправо-влево) и тангажа (движение штурвала на себя-от себя),

- 8-позиционная шляпка управления обзором,

- 3-позиционный переключатель режимов,

- блок из 3-х рычагов,

- интерфейс для обмена с компьютером USB 2.0,

- возможность функционирования под управлением операционных систем Windows XP или Windows 7.

• Блок управления двигателем с тремя рычагами (РУД). Их можно использовать для управления двигателями самолета, закрылками и прочимы устройствами.

Используя программное обеспечение Saitek Smart Technology (SST) (в комплекте), можно утроить количество элементов управления с помощью встроенного переключателя режимов.

• Педали – модель Pro Flight Rudder Pedals.   

Конструкция 3-осевых педалей обеспечивает их подобие органам управления, использованным в реальных самолетах.

Основные характеристики:

-самоцентрирующийся механизм педалей с регулировкой уровня жесткости;

-подстройка педалей под любой размер стопы, не проскальзывающий материал;

-точное управление рулем и торможением;

-регулирование жесткости - позволяет выбрать требуемое сопротивление педалей;

-высокое качество, металлические элементы конструкции

-программное обеспечение Saitek Smart Technology (SST), функционирующее под управлением операционных систем Windows XP или Windows 7;

-наличие стандартного интерфейса для взаимодействия с компьютером – USB 2.0.

Система визуализации.

В качестве аппаратной основы системы визуализации демонстрационного макета использованы три  22 дюймовых монитора.

Макет кабины с размещенными на приборной панели пилотажно-навигационными приборами в комбинации с системой визуализации внекабинной обстановки составляют демонстрационную часть АПС. Эти элементы обеспечивают возможность проведения на макете исследований системы «Экраноплан - внешняя среда - пилотажно-навигационное оборудование - экипаж».

В частности, могут быть реализованы:

• движение экраноплана на крейсерских и переходных режимах;
• процессы стабилизации и управления экраноплана;
• процессы перемещения органов управления (педалей, ручки управления, ручки управления двигателем);
• динамическое отображение внекабинной обстановки с учетом текущего пространственного положения экраноплана.

Вычислительная система демонстрационного макета АПС экраноплана представляет собой комплекс, состоящий из персонального компьютера и устройств сопряжения [1 - 4].

Структура вычислительной системы представлена на рис. 4, где X – вектор состояния параметров экраноплана.

Исследования, проведенные на разработанном АПС экраноплана подтверждают возможность его использования:

• для проведения исследований характеристик экраноплана на различных этапах полета;
• для обучения управлению пилотов экранопланов;
• для исследования процессов развития особых ситуаций при эксплуатации экранопланов.