Simulador de aviación

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Un simulador de aviación (vuelo)  es un simulador de vuelo diseñado para el entrenamiento en tierra de los pilotos. En un simulador de aviación, la dinámica de vuelo y el funcionamiento de los sistemas de aeronaves (AC) se simulan mediante un complejo de hardware y software con la ayuda de modelos especiales implementados en el software del complejo informático del simulador.

Formación de pilotos

El entrenamiento de pilotos en un simulador de aviación es uno de los elementos más importantes para garantizar la operación segura de una aeronave . Le permite minimizar el impacto negativo de los llamados. factor humano , es decir, permite minimizar la posibilidad de actuaciones erróneas de la tripulación de la aeronave. La relevancia del entrenamiento en simulador tiene una tendencia ascendente constante debido a que el factor humano continúa siendo la principal causa de los accidentes de aviación . [1] Además, el rápido crecimiento del poder de cómputo de las computadoras ha hecho posible llevar los simuladores de aviación modernos a tal nivel de desarrollo que el entrenamiento de pilotos en simuladores se ha vuelto más efectivo que el entrenamiento en un avión real. Tal eficiencia de los simuladores de aviación se debe a su capacidad para proporcionar un entrenamiento de alta intensidad. Así, si en un vuelo real la tripulación se ve obligada a dedicar un tiempo considerable a la realización de operaciones rutinarias que no están relacionadas con la realización de tareas específicas de entrenamiento, por ejemplo, realizar “vuelos de caja” largos, escalar, entrar en zona, etc. , entonces el simulador tiene un software especial El software le permite cambiar instantáneamente las condiciones de vuelo, el clima, la ubicación geográfica, detener la ejecución de una tarea para su análisis y repetición, etc. Además, en el simulador, puede practicar acciones en situaciones de emergencia sin restricciones , algunos de los cuales o bien son peligrosos para practicar en vuelo real, o en general está prohibido su ensayo en vuelo real. Además, la formación de pilotos en simuladores de vuelo es beneficiosa desde el punto de vista económico (pese al elevado coste de los simuladores modernos, acercándose al coste de la propia aeronave).

A pesar de que generalmente se reconoce la necesidad del entrenamiento con simuladores, conlleva un peligro potencial asociado con la posibilidad de inculcar habilidades falsas debido a la insuficiente adecuación de los modelos VS. Un ejemplo de inculcar una habilidad falsa en un simulador que condujo a un accidente aéreo es el accidente del transatlántico A300 en Nueva York . Como mostró la investigación de esta catástrofe, [2] el piloto de esta aerolínea demostró un trabajo enérgico con los pedales del timón en el simulador, lo que condujo en vuelo real, cuando entró en la zona de turbulencia , a balancear la aeronave a lo largo de la guiñada , seguida de separación de la cola vertical del fuselaje. Al mismo tiempo, tales acciones en el simulador no llevaron a que la aeronave fuera más allá de los límites operativos.

Para excluir la posibilidad de inculcar habilidades falsas en la práctica mundial durante las últimas décadas, se han elaborado estándares especiales detallados que regulan el proceso de creación y calificación de simuladores. Ahora los simuladores certificados según el más alto nivel de estándares internacionales (Nivel D según JAR-FSTD o Nivel VII según ICAO 9625) tienen un grado tan alto de imitación de un vuelo real que permiten liberar a los pilotos diestros tras completar el curso de reentrenamiento en simulador para un nuevo tipo de aeronave inmediatamente en vuelo comercial sin llevar a cabo el programa de exportación en la aeronave.

Los simuladores de vuelo modernos también se utilizan con fines de investigación, por ejemplo, para determinar las acciones de la tripulación cuando van más allá de los límites operativos (salida en ángulos de ataque altos , salida de posiciones espaciales difíciles, etc.). [3]

En la aviación militar, los simuladores de vuelo tienen un valor particular, ya que permiten una simulación virtualmente ilimitada de una situación de combate real, que es muy difícil de simular en tiempo de paz durante los ejercicios.

Se cree que para un proceso normal de formación de pilotos se requiere al menos un simulador de vuelo para 20 aeronaves. Sin embargo, actualmente solo hay unos diez simuladores modernos en funcionamiento en Rusia. [4] Por lo tanto, debido a un fuerte aumento en la tasa de accidentes en la aviación rusa [5] debido a la capacitación insuficiente de la tripulación, la Agencia Federal de Transporte Aéreo intentó mejorar la situación mediante la compra de una serie de simuladores de aviación. [6]

Clasificación

Los simuladores de aviación se pueden dividir en tres grupos principales:

En la práctica moderna de la formación de pilotos de aviación civil , los simuladores complejos y de procedimientos son los más utilizados.

En la aviación militar, los llamados. ayudas de entrenamiento técnico (TSA) - simuladores de vuelo de tripulación de vuelo complejos, de vuelo y especializados (procedimiento), que aseguran la adquisición de conocimientos especiales por parte de las tripulaciones de vuelo y la formación (mantenimiento) de sus habilidades y capacidades en técnicas de pilotaje, navegación de aeronaves, uso de combate de equipos de aviación simulados (AT), acciones en situaciones especiales, así como control del nivel de destrezas y habilidades adquiridas. TCO también incluye otros medios técnicos que proporcionan la adquisición de conocimientos especiales y la formación de habilidades y destrezas necesarias para la operación de AT [7] .

Simuladores de procedimientos

Los dispositivos de entrenamiento de procedimientos de vuelo están diseñados para que la tripulación resuelva los procedimientos para preparar y realizar un vuelo.

En los simuladores destinados a tal fin, las consolas, instrumentos y controles suelen simularse mediante monitores táctiles. Para mayor comodidad, las consolas y los controles individuales se pueden presentar como diseños de tamaño completo. Por lo general, estos son simuladores de las palancas de control laterales de la aeronave , simuladores del panel de control del piloto automático , simuladores de los paneles frontales del sistema de navegación de la aeronave . [ocho]

Los simuladores de procedimientos no están destinados a la adquisición de habilidades de pilotaje. Por lo tanto, generalmente no están equipados con un sistema de imágenes.

Simuladores complejos

De acuerdo con la definición dada en las Reglas Federales de Aviación "Certificación de Medios Técnicos de Entrenamiento del Personal de Aviación", bajo los simuladores complejos ( simulador de vuelo completo ) se entienden los simuladores de aviación que brindan entrenamiento a las tripulaciones en el alcance completo de sus deberes funcionales para el operación de vuelo de una aeronave de un tipo particular.

Los simuladores complejos son simuladores del más alto nivel. Por regla general, tienen un sistema de movilidad. La cabina del simulador integrado tiene la forma de una réplica completa de la cabina de un avión real. Los sistemas de visualización avanzados están instalados en simuladores complejos. [9]

Sistema de visualización

Los sistemas de imágenes modernos son de dos tipos: proyección y colimación. En los sistemas de visualización de ambos tipos, la imagen se proyecta mediante proyectores sobre pantallas esféricas o cilíndricas. Proyectar una imagen en pantallas ubicadas en las inmediaciones de la cabina del simulador lleva al hecho de que la línea de visión de objetos distantes proyectados depende de la posición de los ojos de los pilotos. El ángulo de este error - paralaje  - se puede estimar mediante la fórmula

, donde
D  es la distancia desde la cabeza del piloto hasta el centro de ajuste del sistema de visualización,
L  es la distancia desde el centro de ajuste del sistema de visualización hasta la pantalla.

Entonces, en D = 1 m y L = 3 m para el caso que se muestra en la figura, es decir, cuando el sistema de visualización está configurado para el piloto izquierdo, el paralaje es de 18 grados.

El estándar ICAO 9625 requiere un valor de paralaje de no más de 10 grados para cada piloto al configurar el sistema de imágenes en el punto medio entre pilotos. Para el caso que se muestra en la figura en D = 0,5 m, la paralaje con respecto al punto medio es de 9 grados.

La presencia de paralaje es una desventaja inherente a los sistemas de proyección de imágenes. En la cabina de un simulador con un sistema de visualización de proyección, solo hay un punto en el que el paralaje es igual a cero. Al diseñar un sistema de imágenes, este punto se toma como la posición del piloto. Dado que en una tripulación de dos miembros, tanto el piloto izquierdo como el derecho pueden estar pilotando, en este caso, el sistema de visualización proporciona dos puntos de error cero con la capacidad de cambiar de un lugar a otro.

El paralaje es causado por una pantalla poco espaciada, así como por la propiedad de la luz de dispersarse cuando se refleja desde una superficie de pantalla rugosa. Pero, si la luz proveniente de los proyectores es colimada , es decir, proyectada de tal manera que los rayos de luz del objeto renderizado sean paralelos entre sí, entonces se eliminará el fenómeno de paralaje. El funcionamiento del sistema de imágenes por colimación se basa en este principio. En un sistema de colimación, la luz de los proyectores pasa a través de un sistema óptico especial, a través de una pantalla de proyección trasera hacia un espejo esférico . Así, se crea la ilusión de objetos remotos a gran distancia.

El costo de un sistema de imágenes de colimación supera el millón de dólares, pero solo le permite practicar habilidades de aterrizaje visual en un simulador. Los sistemas de colimación están instalados en los simuladores complejos FFS y simuladores FTD Nivel 2 (Nivel 2 según JAR-FSTD) .

Los proyectores de video son un elemento importante del sistema de visualización. Los simuladores modernos utilizan proyectores DLP . En simuladores complejos: proyectores LCOS más avanzados o proyectores DLP con LED .

Sistema de movilidad

El sistema de movilidad pone en movimiento la cabina del simulador, lo que permite a los pilotos sentir las fuerzas g normales, longitudinales y laterales y las aceleraciones angulares creadas por él en los tres ejes. [10] Debido al recorrido limitado de la plataforma, la simulación de G se realiza solo brevemente, pero esto se considera suficiente, ya que la información clave para el piloto es el cambio de G causado por el control, y no el valor de G en sí.

Al desarrollar la ley matemática del movimiento de la plataforma del simulador, la ecuación de movimiento de la aeronave modelada en el simulador se descompone en una serie de oscilaciones  armónicas: armónicos utilizando los métodos de análisis armónico . Los primeros armónicos son los armónicos de frecuencia más baja que hacen la mayor contribución al movimiento de la aeronave. Al mismo tiempo, una persona es la menos sensible a estas oscilaciones de largo período . Por lo tanto, si aumenta lentamente la sobrecarga a valores pequeños, es posible que una persona sentada ni siquiera sienta su cambio. Los armónicos más altos contribuyen cada vez menos al movimiento a medida que aumenta la frecuencia, y son cada vez más sensibles para los humanos. Por lo tanto, los armónicos más bajos se suprimen mediante un filtro de paso alto .

Además de la simulación de sobrecarga a corto plazo, también existe la posibilidad de una simulación de sobrecarga a largo plazo. La forma más simple y más utilizada para simular una sobrecarga a largo plazo es usar el componente horizontal de la gravedad para simular una sobrecarga longitudinal y lateral inclinando la plataforma de manera adecuada. Para lograr este efecto, al formar la ley de movimiento de la plataforma, la ecuación de movimiento de la aeronave se pasa a través de un filtro de paso bajo , que suprime los armónicos más altos.

Otra forma de simular una sobrecarga a largo plazo es instalar la cabina del simulador en la centrífuga. Sin embargo, los simuladores de centrífuga no se utilizan mucho debido a su alto costo y se usan solo en países desarrollados para entrenar a pilotos de combate y astronautas [11] [12] (ver el artículo principal Entrenamiento de alta G ).

La dinámica del movimiento de la plataforma del simulador se muestra en el gráfico. El gráfico muestra que el sistema de movilidad simula una sobrecarga en un período de tiempo corto (menos de un segundo), en el que la aceleración de la plataforma alcanza la aceleración de la aeronave simulada. Además, debido al recorrido de trabajo limitado de la plataforma, se frena y vuelve a la posición neutral. En este caso, el frenado y el retorno de la plataforma se realizan con una aceleración por debajo del umbral de la percepción humana.

Los sistemas de movilidad se dividen según el tipo de accionamiento de potencia en hidráulicos, eléctricos, electrohidráulicos y electroneumáticos.

En la práctica, los sistemas de movilidad hidráulica son los más utilizados en vista del hecho de que para mover el módulo móvil, es necesario desarrollar una gran fuerza en el accionamiento, superior a 10 tf . La ventaja de los sistemas de movilidad hidráulica es también la autolubricación. Sin embargo, los sistemas de movilidad hidráulica tienen un alto costo de operación, asociado principalmente al alto consumo de energía (alrededor de 100 kW ) de la estación de bombeo hidráulico . Además, la estación de bombeo hidráulico requiere una sala separada para la organización de la eliminación de calor, el ruido y el aislamiento de vibraciones. Además, las unidades presurizadas requieren mayor atención durante la operación.

Los sistemas de movilidad hidráulica están siendo reemplazados por sistemas de movilidad eléctrica . [13] Consumen 4-5 veces menos electricidad y son prácticamente silenciosos. [catorce]

Sin embargo, los sistemas de movilidad eléctrica son notablemente inferiores a los sistemas hidráulicos en términos de suavidad, a pesar de que están certificados con éxito según los estándares internacionales. Esto se debe al hecho de que los sistemas de movilidad eléctrica no pudieron llevarse al nivel de los sistemas hidráulicos en cuanto a la capacidad de desarrollar energía instantánea. Los sistemas hidráulicos continúan teniendo tal ventaja debido a la presencia de acumuladores hidráulicos en su diseño . En este sentido, los sistemas de movilidad hidráulica continúan siendo el referente en cuanto a calidad de movimiento.

L - 3 Communications ingresó al mercado con una solución de compromiso: un sistema de movilidad electrohidráulico [15] basado en el principio de funcionamiento de las máquinas de dirección autónoma (AWP) de las aeronaves. [16] Los accionamientos de potencia del sistema electrohidráulico también son hidráulicos, al igual que los accionamientos del sistema de movilidad hidráulica, pero en el sistema electrohidráulico, el suministro de energía hidráulica de los accionamientos está organizado de manera diferente. Si en el sistema de movilidad hidráulica el suministro hidráulico está centralizado desde una estación de bombeo ubicada a una distancia del simulador, entonces en el sistema electrohidráulico cada accionamiento hidráulico tiene una bomba hidráulica individual accionada por un motor eléctrico y están ubicados directamente en el accionamientos hidráulicos. Esta y una serie de otras soluciones técnicas permitieron a L-3 Communications implementar la "compensación hidráulica del peso del simulador" , [15] que proporcionó al sistema electrohidráulico la ventaja de un sistema de movilidad eléctrica: bajo consumo de energía; al mismo tiempo, tiene un funcionamiento suave, cercano al funcionamiento suave del sistema de movilidad hidráulica.

Los sistemas de movilidad electrohidráulica fabricados por L-3 Communications están instalados en los complejos simuladores de la aeronave Sukhoi Superjet-100 . [17]

También existe en el mercado un sistema de movilidad electroneumático , que implementa el principio de descarga neumática del par de tornillos sinfín . [18] En el simulador integrado An-148 se instala un sistema electroneumático de movilidad fabricado por MOOG [19] . [veinte]

Simuladores tácticos

Si los simuladores de aeronaves civiles han alcanzado prácticamente el techo de su desarrollo para el nivel moderno de la base de elementos, entonces los simuladores tácticos (Full Mission Simulator) siguen teniendo posibilidades prácticamente ilimitadas para su mejora. Los simuladores tácticos están diseñados para practicar operaciones de combate en grupo. Se unen en una sola red utilizando la interfaz HLA , que le permite combinar simuladores  heterogéneos : aviación , tanque, artillería, etc.

Certificación

El Ministerio de Transporte representado por la Agencia Federal de Transporte Aéreo y Rostransnadzor tiene derecho a certificar simuladores de aviación en Rusia . El Ministerio de Transporte también reconoce el derecho de preparar documentos para la certificación por parte del Centro de Peritaje y Certificación de Simuladores de Aviación . El Ministerio de Transporte puede certificar simuladores de aviación de acuerdo con las Reglas Federales de Aviación "Requisitos para dispositivos de entrenamiento de simulación de vuelo utilizados para entrenar y controlar las habilidades profesionales de los miembros de la tripulación de vuelo de aeronaves civiles", aprobado por Orden N° 229 del Ministerio de Transporte con fecha 12 de julio de 2019. [23] Estos FAP son en gran medida una repetición de los estándares internacionales ICAO 9625 [24] , el estándar CS-FSTD(A) [25] de EASA y el estándar 14 CFR Parte 60 [26] de la Administración Federal de Aviación de EE. UU .

Además de las principales normas, que presentan requisitos de certificación para simuladores, también se utilizan ampliamente los siguientes documentos:

Además, al desarrollar simuladores, se utilizan los estándares de la organización ARINC [29] :

La sociedad de aviación británica RAeS tiene derecho a certificar simuladores .

Hasta ahora, Rusia no ha producido un simulador certificado de acuerdo con el nivel más alto del estándar internacional (certificado EASA, FAA). La primera certificación de un simulador fabricado por una empresa nacional según el más alto nivel de la norma internacional puede considerarse el momento en que la construcción de simuladores domésticos ingresa a nivel mundial. El hecho ocurrido en febrero de 2013, cuando la Agencia Europea de Seguridad Aérea certificó el simulador del avión ruso Sukhoi Superjet en la máxima categoría “D”, puede considerarse como un avance en esta dirección. [30] Esta certificación es notable porque durante la construcción del simulador, la parte rusa desarrolló un modelo matemático (con la participación de TsAGI en términos del modelo matemático de aerodinámica) y un software (con la participación de GosNIIAS ) de la dinámica de vuelo. contorno.

Costo

Según los resultados de una subasta abierta , celebrada en 2011, el costo de un simulador integrado típico de diseño en serie -un simulador del avión A-320 del más alto nivel según la OACI- ascendió a unos 12 millones de dólares. [31 ]

El costo de un simulador similar del avión ruso SSJ-100 fue de unos 17,5 millones de dólares, [32] esto es casi la mitad del costo de catálogo de un avión natural.

Véase también

Enlaces

Notas

  1. ↑ Causas de Accidentes Mortales por Década (porcentaje) . PlaneCrashInfo.com (1 de enero de 2010). Archivado desde el original el 11 de febrero de 2013.
  2. ↑ Documental. "Accidente aéreo en Nueva York "  Accidente de avión en Queens . de la serie de televisión de National Geographic Seconds to Disaster . Archivado desde el original el 30 de junio de 2012.
  3. ↑ Reunión técnica del consorcio sobre el proyecto SUPRA en TsAGI . Comunicado de prensa de TsAGI (20 de septiembre de 2011). Consultado el 9 de abril de 2012. Archivado desde el original el 4 de marzo de 2016.
  4. ↑ Byushgens A.G. El mercado ruso del fitness en camino a los estándares mundiales . Agencia AviaPort (20 de enero de 2012). Archivado desde el original el 18 de junio de 2012.
  5. ↑ 2011 fue el año más seguro en la historia de la IATA . Portal de aviación comercial ATO.ru (19 de diciembre de 2011). Archivado desde el original el 18 de junio de 2012.
  6. ↑ Sobre los resultados de las licitaciones realizadas por la Agencia Federal de Transporte Aéreo del Ministerio de Transporte de la Federación Rusa para el suministro de seis simuladores de aviación . Rosaviatsia (18 de agosto de 2011). Archivado desde el original el 18 de junio de 2012.
  7. ↑ Reglas Federales de Aviación para Ingeniería y Apoyo a la Aviación para la Aviación Estatal, art. 423
  8. ↑ Presentación del simulador (ing.)  
  9. ↑ Las características de un simulador integrado moderno se pueden encontrar en esta presentación del simulador  (ing.)
  10. ↑ Alexandrov V. V. y otros Problemas matemáticos de simulación dinámica de vuelo / Ed. edición V. A. Sadovnichy . - M . : De-en Mosk. un-ta , 1986.
  11. ↑ Centrífugas. Centro de Entrenamiento de Cosmonautas Yu. A. Gagarina Archivado el 26 de diciembre de 2007.
  12. ↑ Desdémona: La próxima generación en simulación de movimiento   . TNO Defensa, Seguridad y Protección. Archivado desde el original el 24 de abril de 2012.
  13. ↑ Dra. Sunil Murthy. Control de movimiento: Electrificando la sensación de vuelo . Diseño de Máquinas (3 de junio de 2009). Archivado desde el original el 24 de abril de 2012.
  14. ↑ Sistema de movimiento eléctrico CAE True™ (enlace no disponible) . Archivado desde el original el 24 de mayo de 2011. 
  15. ↑ 1 2 Thales eM2K: Sistema de movimiento 6-DOF . Archivado desde el original el 24 de abril de 2012.
  16. ↑ Mecanismo de dirección // Aviación: Enciclopedia / Ed. G. P. Svishcheva. - M. : Gran Enciclopedia Rusa, 1994.
  17. ↑ El simulador de vuelo SSJ 100 está listo para entrenar pilotos rusos . Portal de Aviación Comercial (22 de noviembre de 2011). Archivado desde el original el 24 de abril de 2012.
  18. ↑ Sistema de carga Motion & Control . Industrias SIM . Archivado desde el original el 24 de abril de 2012.
  19. ↑ Base de movimiento neumático eléctrico . MOOG . Archivado desde el original el 24 de abril de 2012.
  20. ↑ Montaje del simulador An-148 . Entrenamiento S7 (22 de diciembre de 2010). Archivado desde el original el 24 de abril de 2012.
  21. ↑ A. Byushgens Hacia el cielo sin dejar el suelo. // Ciencia y vida. - 2008. - Nº 12.
  22. ↑ Centro de Pericia y Certificación de Simuladores de Aviación . Consultado el 26 de julio de 2011. Archivado desde el original el 27 de diciembre de 2011.
  23. ↑ Normas federales de aviación "Requisitos para los dispositivos de entrenamiento de simulación de vuelo utilizados para entrenar y controlar las habilidades profesionales de los miembros de la tripulación de vuelo de aeronaves civiles" . Consultado el 15 de junio de 2020. Archivado desde el original el 15 de junio de 2020.
  24. ↑ Manual de Criterios para la Calificación de Dispositivos de Entrenamiento de Simulación de Vuelo. - 4ª ed. - OACI , 2015. - ISBN 978-92-9249-930-3 .
  25. ↑ CS-FSTD(A) Dispositivos de entrenamiento para simulación de vuelo de aviones . Consultado el 15 de junio de 2020. Archivado desde el original el 15 de junio de 2020.
  26. ↑ Regulaciones Federales de Aviación CFR Parte 60 Cambio 1 . Consultado el 28 de abril de 2010. Archivado desde el original el 21 de septiembre de 2012.
  27. ↑ Requisitos para datos de diseño y datos de rendimiento para simuladores de vuelo. IATA 7ª edición 2009 (enlace no disponible) . Consultado el 26 de abril de 2010. Archivado desde el original el 19 de octubre de 2014. 
  28. ↑ Manual de evaluación de dispositivos de entrenamiento para simulación de vuelo de aviones . - 4ª ed. - RAeS , 2009. - T. 1. - 693 p.
  29. ↑ Estándares de organización ARINC (enlace no disponible) . Consultado el 23 de mayo de 2011. Archivado desde el original el 19 de abril de 2012. 
  30. ↑ SSJ100 Full Flight Simulator (FFS) en Venecia recibe la certificación EASA . Centro de Prensa SCAC (25 de febrero de 2013). Archivado desde el original el 5 de abril de 2013.
  31. ↑ Nº de pedido 0173100002911000034 . Portal de Contratación Pública (17 de mayo de 2011). Archivado desde el original el 18 de junio de 2012.
  32. ↑ Nº de pedido 0173100002911000063 . Portal de Contratación Pública (25 de julio de 2011). Archivado desde el original el 30 de junio de 2012.
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