專利名稱：飛行模擬器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及航空工程，具體涉及在起飛和著陸期間訓練飛行員控制航空器和訓練飛行控制器的航空器模擬器，為的是處理不同飛行模式的航空器交通，和防止非標準飛行狀態(tài)所采取的具體措施。
背景技術：
當前在世界上存在兩種熟知類型的航空器地面模擬器第一種是訓練飛行員在不同飛行模式下的航空器飛行控制，并模擬在飛行期間發(fā)生的情況，第二種是在不同模擬和緊急情況下訓練飛行員的營救實踐。
Link的航空器模擬器(Meerovitch G.Sh.et al.，Aircraft Simulatorand Flight Safety，Air Transport，Moscow，p.15，1991)代表單座飛機的簡化模型，其座艙固定在萬向接頭上，允許航空器在改變傾斜，偏航和滾轉角下完成模擬飛行使命。教導員可以在現場按照給定的程序控制飛行技術。然而，這種模擬器不能模仿緊急情況和在這種情況下訓練飛行員。
綜合航空器模擬器是熟知的(出處同上，pp28-31)，該模擬器包含機組成員座艙，其駕駛艙儀表板配備必需的標準儀器，控制系統，計算機系統，教導員和飛行指揮員控制板。模擬器的指定任務是在不同飛行階段或在某些非標準情況下訓練飛行過程，飛行控制技術。然而，飛行員的訓練程序不包含模仿緊急情況。
虛擬航空器模擬器是熟知的(RU，2191432，C1)，該模擬器包含真實航空器座艙中訓練飛行員的工作區(qū)，目標控制系統和武器控制的單元，輸出端連接到有虛擬玻璃飛行員保護頭盔輸入端適配器，從地面飛行數據處理單元中發(fā)射和接收的信息通過虛擬玻璃，該處理單元包含飛行信息模塊，用于比較真實飛行和訓練狀態(tài)下航空器控制的模塊，配置和飛行數據存取的模塊，用于檢測飛行技術單元的模塊，直觀顯示飛行員儀表板和外面空間的模塊，飛行前訓練和測試模塊，計算和注冊飛行數據的數據庫模塊，用于控制訓練狀態(tài)的模塊。
航空器模擬器是熟知的(RU，2114460，C1)，該模擬器包含有飛行控制的真實航空器，它們的單元和系統，傳感器和有連接傳感器和功率飛行控制的自動控制系統，地面模型單元和外界情況顯示器，與飛行控制交換數據的單元，和在編隊飛行時的其他航空器；訓練飛行數據庫，包含用于計算導航參數裝置的信號處理單元，模擬聲音效應的單元，模擬航空器飛行動態(tài)的單元，用于儀表板圖像形成的單元，模擬航空器系統和單元運行的單元。
聯合多功能航空器模擬器是熟知的(RU，2087037，C1)，該模擬器包含計算機系統，它有實現訓練方案的程序模塊，目標控制受訓者和教導員的模塊，教導員的聯合工作區(qū)，受訓者聯合工作區(qū)的復合體，用于飛行信息輸入的單元，和訓練方案數據庫。模擬器計算系統模仿飛行操作控制，在控制失效情況下的非受控飛行，在儀表板和目視系統上的飛行信息顯示。此外，它提供控制棒控制的合適仿真感覺，設備失效引起的典型緊急情況輸入，或按照教導員列表中‘領航’差錯。計算機系統還提供預防或緊急飛行員信令單元，它安裝在儀表板或座艙擋風玻璃上。模擬的緊急情況可以伴隨模擬具體的外部特征，例如，傾斜角，滾轉角等的顫動，搖動，和振動。
然而，該模擬器僅在典型緊急情況下實際問題解決方案的基礎上允許實施訓練。
在巡航飛行模式以及起飛和著陸時的真實情況下，航空器可能經受巨大的氣動力和力矩效應，它可以造成航空器穩(wěn)定性的丟失，例如，它飛行在該航空器鄰近運動渦流發(fā)生器以及遭遇高強度湍流和渦流空氣流的非移動渦流發(fā)生器產生高強度湍流的空氣動力噴射下。
眾所周知，飛行航空器產生所謂的‘尾渦流’。航空器遭遇另一個物體產生的尾渦流，例如，遭遇另一個航空器，可以導致其沖角和側滑角的重大變化。在低空飛行時，例如，在起飛和著陸期間，航空器經受氣動力和力矩可以使它從尾部側翻，由于不能借助于航空器控制補償這種效應而造成危險的情況。
具有小展翼比和高機翼負載的航空器外觀容易使尾渦流強度增大，從而增大航空器進入尾渦流的危險性。
有關運輸和渦流衰減的大量研究工作表明，諸如風力，風向轉變，分層結構，和湍流的環(huán)境因素在這些過程中起到重要的作用。
考慮到當前天氣條件和現在預報以及地面對尾渦流動態(tài)的影響，在合理預報尾渦流動力學的基礎上，潛在的機會是在著陸，起飛和巡航飛行期間優(yōu)化航空器之間的安全距離。
判定航空器安全飛行問題的一個主要趨勢是，在決定性因素是尾渦流時，選取可以確保安全水平的飛行模式。所以，應當極大地關注飛行員訓練他們對不同飛行情況的評估，和對相應飛行操作的判定。
與俄羅斯飛行安全系統的情況相反，其主要特征是飛行員根據他們個人對情況和飛行條件的分析，而外國飛行安全系統主要是用戶在所謂‘儀表飛行規(guī)則’下使用，在飛行員實施飛行控制命令的基礎上或按照自動模式控制航空器。在這種條件下，合適的是訓練飛行員和控制器執(zhí)行與航空器可能遭遇尾渦流危險區(qū)有關的相同情況任務，為的是增大他們正確評估情況和尋找防止非標準情況發(fā)生的技術。
在模擬器中提供模擬最合適的尾渦流情況是一項極其重要的任務，這種尾渦流情況可能導致飛行事故。
這種訓練的目的是給飛行員或操作員設置某些操作序列特征，并把不同版本的視覺和信號信息提供給他們；此外，建立實驗的感情和壓力情況。飛行員或操作員記憶操作序列特征，并牢記對他們感覺的注意。
然而，眾所周知，在緊急情況下作出判定是操作員活動中最困難的操作。它包含兩個階段識別情況和確定旨在消除緊急情況的活動。在任何操作之前，操作員應當設想其他的步驟。感受來自長期存儲器，指示裝置，或聽覺的口頭形式視覺和話音信號在時間不足的情況下需要一定的時間。感受圖形符號的時間要小得多；而識別有選取圖像區(qū)指示的情況還可以提高判定的正確性。此外，諸如加速度的物理因素效應可以轉移飛行員的大腦循環(huán)，在感情和神經緊張的情況下甚至可以短暫失去知覺。所以，在實際作出判定時間之前，最好是在圖形符號中給飛行員或飛行控制器提供作出判定所需的信息。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是開發(fā)一種在尾渦流危險區(qū)中用于訓練飛行員航空技術的模擬器，并執(zhí)行飛行規(guī)避操作以避免渦流發(fā)生器危險區(qū)。
在建立本發(fā)明時，該任務設置成開發(fā)一種模擬器，它可以給訓練飛行員提供有關作用到航空器上尾渦流強度和結構的信息。該信息應當足以在預報時間內估算渦流狀態(tài)并選取飛行規(guī)避操作以避免航空器遭遇尾渦流危險區(qū)，其中通過確定尾渦流路徑和強度，并指出由尾渦流擾動誘發(fā)作用到航空器上預報動態(tài)效應的各點，尾渦流擾動在預報時間內可以導致非正常情況。
解決這個任務是通過建立一種在尾渦流危險狀態(tài)下用于訓練飛行技術的航空器模擬器，該模擬器包括用于控制模擬器模式的模塊，它能夠選取訓練方案并控制模擬器模塊的運行；訓練方案數據庫模塊；用于模擬器模塊交換的模塊；用于實時模仿外界目視狀態(tài)，大氣空間目視部分和地面的模塊；用于模擬飛行員工作區(qū)的模塊；用于模擬航空儀表板的模塊，其中指出航空器發(fā)動機模式；用于模擬航空器單元和系統控制的模塊；用于模擬環(huán)境參數的模塊；用于模擬尾渦流狀態(tài)的模塊，在來自訓練方案數據庫模塊信息和來自模擬環(huán)境參數模塊信息的基礎上，它能夠確定作為渦流區(qū)中心集合的渦流發(fā)生器尾渦流路徑和強度；用于模擬尾渦流擾動對航空器影響的模塊，在從模擬尾渦流狀態(tài)模塊中接收有關尾渦流路徑和強度信息，從訓練方案數據庫模塊中接收有關航空器參數信息，和從模擬航空器動態(tài)模塊中接收有關航空器位置，飛行速度，角速度和幾何特征信息的基礎上，它能夠評價由渦流發(fā)生器尾渦流誘發(fā)的航空器附加力和力矩；用于模擬航空器動態(tài)的模塊，在來自模擬尾渦流擾動對航空器影響的模塊，來自訓練方案數據庫模塊，和來自模擬航空器單元和系統控制的模塊信息的基礎上，它能夠根據訓練方案形成模仿航空器力和力矩的信號，以及由渦流發(fā)生器尾渦流誘發(fā)的附加力和力矩，并發(fā)射該信號到用于模擬飛行員工作區(qū)模塊，用于模擬航空儀表板模塊，和用于模仿外界目視狀態(tài)模塊；用于評價飛行員動作的系統，在從模仿外界目視狀態(tài)模塊和從模擬儀表板模塊中接收信息的基礎上，它能夠估算飛行員動作以應付航空器危險飛行狀態(tài)的正確性。
按照本發(fā)明，開發(fā)用于模擬飛行員工作區(qū)的模塊是合適的，其中利用改變其飛行姿態(tài)的可能性并配備用于飛行動態(tài)模擬的單元。
按照本發(fā)明，最好是，用于模擬渦流狀態(tài)的模塊應當包括用于模擬渦流發(fā)生器動態(tài)的單元，它包含能夠從方案數據庫模塊中接收有關渦流發(fā)生器位置，運動參數，幾何和重量特征信息的渦流發(fā)生器跟蹤器，和能夠存儲有關渦流發(fā)生器位置和運動參數信息的存儲器單元；用于模擬尾渦流的單元，在來自模擬環(huán)境參數模塊和來自模擬渦流發(fā)生器動態(tài)模塊信息的基礎上，它包含能夠確定渦流發(fā)生器尾渦流路徑的尾渦流跟蹤器，其形式是渦流區(qū)中心軌跡的集合和強度，還能夠保存有關渦流發(fā)生器尾渦流路徑上各點坐標的信息，其形式是渦流區(qū)中心軌跡的集合和強度；和用于模擬尾渦流擾動對航空器影響的模塊應當包括航空器規(guī)劃單元，在來自訓練方案數據庫模塊中有關航空器類型和配置信息的基礎上，它能夠計算航空器幾何特征的集合，這是計算由渦流發(fā)生器尾渦流誘發(fā)航空器附加氣動力和力矩所需要的；和用于確定上述力和力矩的單元，它是在有關渦流發(fā)生器尾渦流路徑上各點坐標的信息，其形式是用于模擬尾渦流單元保存的渦流區(qū)中心軌跡的集合和強度，和從模擬航空器動態(tài)模塊中接收有關航空器位置，飛行速度，角速度和幾何特征信息的基礎上。
此外，按照本發(fā)明的模擬器還可以包括用于模擬噪聲，光學和動態(tài)效應的模塊。
此外，按照本發(fā)明，在飛行員接收有關航空器可能遭遇渦流發(fā)生器尾渦流危險區(qū)的預報信息條件下，可以調整用于訓練駕駛技術的模擬器，該模擬器還包括渦流擾動危險區(qū)參數的模塊，包含用于評價擾動危險性的單元，在從用于確定力和力矩單元中接收信息的基礎上，該單元屬于航空器上模擬尾渦流擾動對航空器影響的模塊，按照選取的渦流擾動誘發(fā)對航空器附加氣動力和力矩的危險準則，它能夠估算給定點的擾動危險強度；用于確定危險點的單元，其中由渦流擾動誘發(fā)的附加力和力矩是危險的；按照基于從用于評價擾動危險性單元中接收信息的危險準則，該單元能夠確定屬于危險區(qū)的各點坐標；用于確定渦流擾動危險區(qū)的單元，在從用于確定危險點單元中接收信息的基礎上，它能夠計算危險區(qū)幾何特征并發(fā)射對應的信息；和報警模塊，包含用于選取延遲時間的單元，在接收到可能遭遇尾渦流的警告信號之后，它能夠計算時間周期，航空器在此時間周期至少有飛行規(guī)避操作的可能性，從而可以使航空器規(guī)避發(fā)生器尾渦流危險區(qū)；用于模擬控制平面的單元，它能夠計算延遲距離，延遲距離等于航空器在延遲時間內覆蓋的距離，對位于航空器之前的控制平面做模型，控制平面垂直于航空器在延遲距離上的飛行方向，并在慣性坐標系中確定航空器獲得控制平面所需的預報時間；預報單元，在來自用于模擬渦流狀態(tài)模塊中模擬尾渦流單元信息的基礎上，它能夠確定發(fā)生器尾渦流路徑，其形式是慣性坐標系中發(fā)生器渦流區(qū)中心的集合，和在預報時間內發(fā)生器尾渦流的強度；
用于計算相交點的裝置，它能夠確定發(fā)生器尾渦流軌跡與控制平面在航空器飛行通過的預報時間內相交點的坐標；區(qū)域形成裝置，它能夠在尾渦流路徑與控制平面相交點周圍形成尾渦流危險區(qū)，其形式是發(fā)生器渦流危險區(qū)的集合，其中進入的航空器可能有超過容許限制的飛行參數；在飛行規(guī)則下航空器與控制平面相交的預報時間內，在控制平面上形成航空器預報位置區(qū)；在航空器預報位置區(qū)周圍形成報警區(qū)；給用戶提供有關尾渦流危險區(qū)進入報警區(qū)的信息；變換單元，它能夠計算航空器坐標系中航空器預報位置區(qū)，報警區(qū)和尾渦流危險區(qū)的坐標；第一相交條件測試單元，它能夠計算從報警區(qū)到尾渦流危險區(qū)的距離，并標記它變零事件；第二相交條件測試單元，它能夠計算從航空器預報位置區(qū)到尾渦流危險區(qū)的距離，并標記它變零事件；指示單元，至少包含一個指示裝置，它能夠指出從報警區(qū)到發(fā)生器尾渦流危險區(qū)距離變零的事件；緊急指示單元，至少包含一個指示裝置，它能夠指出從航空器預報位置區(qū)到發(fā)生器尾渦流危險區(qū)距離變零的事件。
按照本發(fā)明，合適的是該模擬器包括含目視裝置的目視模塊，在從報警模塊中接收信息的基礎上，它至少能夠形成航空器預報位置區(qū)和尾渦流危險區(qū)的圖像。
按照本發(fā)明，理想的是指示裝置和緊急指示裝置選自包含視覺，聽覺和觸覺裝置的集合。
此外，按照本發(fā)明，合適的是模擬器中用于選取延遲時間的單元能夠按照人工方式，半自動或全自動方式當前修正延遲時間。
此外，按照本發(fā)明，理想的是利用按照人工方式，半自動或全自動方式當前修正報警區(qū)和航空器預報位置區(qū)坐標的可能性，開發(fā)區(qū)域形成單元。
此外，按照本發(fā)明，最好是利用近似確定渦流發(fā)生器尾渦流危險區(qū)邊界的可能性，可以設計用于確定危險區(qū)參數的單元。
按照本發(fā)明，理想的是選取尾渦流誘發(fā)的航空器容許滾轉力矩作為危險性準則。
此外，按照本發(fā)明，可以選取航空器滾轉力矩的容許值作為危險性準則。
按照本發(fā)明，模擬器訓練方案可以選自包括在地面航空站的起飛和著陸，在航空母艦上的起飛和著陸，單獨和編隊飛行，和空中加油方案的組。
按照本發(fā)明，最好是，模擬器是在模擬器模塊的軟件中實現的。
此外，按照本發(fā)明，設計用于模擬危險區(qū)參數的模塊是合理的，因此，它應當包含用于不同類型渦流發(fā)生器的尾渦流危險區(qū)特征數據庫。
此外，按照本發(fā)明，理想的是在從航空器預報位置區(qū)到渦流發(fā)生器尾渦流危險區(qū)的距離變零事件的緊急指示時間內，用于評價飛行員動作的系統應當包含用于保存有關控制平面，航空器預報位置區(qū)和位于航空器鄰近渦流發(fā)生器尾渦流危險區(qū)坐標信息的存儲器裝置。


以下，本發(fā)明的敘述是通過描述按照本發(fā)明航空器模擬器的實施例，本發(fā)明不受其范圍和公開附圖的限制，其中圖1是按照本發(fā)明實施例的模擬器方案，用于在尾渦流危險條件下訓練飛行技術；圖2是按照本發(fā)明的模擬器方案，用于在通知飛行員航空器可能遭遇渦流發(fā)生器尾渦流危險區(qū)時訓練飛行技術；圖3是按照本發(fā)明實施例用于模擬渦流狀態(tài)的模塊和用于模擬尾渦流擾動對航空器影響的模塊；圖4是按照本發(fā)明實施例實現報警模塊以及它與模擬器中其他模塊的相互作用；圖5是按照本發(fā)明實施例用于渦流擾動危險區(qū)參數的模塊；圖6是按照本發(fā)明實施例在導航圖顯示器上報警模塊提供的信息表示。
具體實施例方式
按照本發(fā)明實現的模擬器例子是在尾渦流危險條件下訓練航空器(以下用A/C表示)飛行技術(圖1)和在通知飛行員航空器可能遭遇渦流發(fā)生器尾渦流危險區(qū)時訓練飛行技術(圖2)。
模擬器(圖1和2)包括用于控制訓練模式的模塊1，訓練方案數據庫模塊2，和用于模擬器模塊交換的模塊3。這些模塊提供訓練方案的選取，所有模擬器模塊按照選取的方案的相互作用，以及如果需要，隨著模式參數的變化修正它們的運行。
用于模擬器模塊交換的模塊3按照訓練方案發(fā)射信息到用于模仿外界目視狀態(tài)的模塊4，用于模擬航空儀表板的模塊5，用于模擬飛行員工作區(qū)的模塊6，按照訓練方案模擬環(huán)境參數的模塊7；然后，切換到用于模擬A/C單元和系統控制的模塊8，用于模擬尾渦流狀態(tài)的模塊9，用于模擬尾渦流擾動對A/C影響的模塊10，用于模擬A/C動態(tài)的模塊11和用于評價飛行員動作的系統。
用于模擬環(huán)境參數的模塊7按照選取的方案發(fā)射有關儀表讀數的信息到用于模擬航空儀表板的模塊5，并發(fā)射有關本地風速和方向，高空風模式，湍流強度和以下地面類型的信息到用于模擬尾渦流狀態(tài)的模塊9。
模塊9還從訓練方案數據庫模塊2中接收有關A/C鄰近的渦流發(fā)生器(以下用VG表示)類型，它們的飛行速度，角速度，和軌跡點坐標的信息，保存這個信息，和隨后評價渦流發(fā)生器產生尾渦流的軌跡和強度作為渦流區(qū)中心各點的集合，例如，借助于諸如熟知計算算法(Northwest Research Associated，Inc.，Aircraft Vortex SpacingSystem(AVOSS)，Algorithm Version 3/1/1)的計算算法，或其他算法，在描述空間和時間中渦流區(qū)演變的微分方程組基礎上，計算渦流區(qū)中心的坐標。在模塊9中存儲這個信息，并隨后發(fā)送到用于模擬尾渦流擾動對A/C影響的模塊10。
在從模塊9中接收信息和從模塊2中接收有關A/C類型，它的配置，位置，坐標，飛行速度和角速度的信息，以及在從用于模擬A/C動態(tài)的模塊11中接收有關在當前時間內力作用到A/C信息的基礎上，模塊10實時計算VG尾渦流誘發(fā)的附加力和力矩，并發(fā)射這個信息到于模擬A/C動態(tài)的模塊，該模塊模擬對應力的數值，并隨后發(fā)射該數值到用于模擬飛行員工作區(qū)的模塊6。這些附加力和力矩還根據模塊5中A/C運動學參數儀表讀數的變化和模塊4中外界情況的變化而變化。
按照本發(fā)明，用于模擬A/C單元和系統控制的模塊8根據模擬參數實施功率單元的負載，用于產生對應于實際飛行中控制的人工感覺。按照本發(fā)明，若用于模擬飛行員工作區(qū)的模塊6配備運動系統，上述負載可以模擬成飛行員座位傾斜，振蕩，和振動。檢測這些擾動的飛行員在正確感受這些擾動下進行訓練，產生擾動源的圖像，并遵照擾動與儀表板上對應儀表讀數變化的邏輯聯系。飛行員作出改變A/C位置的判定，承擔作用到用于模擬A/C單元和系統控制模塊8控制的某個動作。有關這種作用的信息發(fā)射到用于模擬A/C動態(tài)的模塊11，還發(fā)射到改變儀表讀數的儀表板。在此之后，用于評價飛行員動作的系統12估算飛行員動作，例如，在儀表標準讀數與由于飛行員動作所獲得讀數進行比較的基礎上。
按照本發(fā)明的模擬器還可以包含有利于訓練過程的模擬噪聲，光學和動態(tài)效應的模塊。
例如，用于評價飛行員動作的系統12可以位于教導員的工作區(qū)，其中教導員可以從模擬器模塊中接收有關A/C參數和訓練‘飛行’操作的信息，處理教導員計算機上的飛行數據，并在顯示器上顯示飛行員的動作，形成訓練飛行模擬區(qū)的3D圖像，例如，它們代表位于該處的所有航空器以及所有其他的地面和空中尾渦流發(fā)生器。
例如，按照本發(fā)明模擬器中的模塊4，5，6，7和8可以安裝在真實航空器的機艙內，它模仿訓練飛行員的實際情況；而模塊1，2，3，和12可以安裝在教導員現場，用于控制訓練過程并可能修正訓練方案?？梢匀我獾剡x取模塊9，10，和11的安裝場所。
圖3表示模擬器模塊9和10以及它們相互作用的實施例。用于模擬尾渦流狀態(tài)的模塊9可以包含用于模擬尾渦流發(fā)生器動態(tài)的單元13，利用從訓練方案數據庫模塊2中接收有關VG類型，幾何和重量數據，以及有關當前時間的位置信息提供VG的跟蹤，并保存VG軌跡點坐標和飛行速度。模塊9還可以包含用于模擬尾渦流動態(tài)的單元14，在從單元15和從用于模擬環(huán)境參數的模塊7中接收信息的基礎上，可以計算VG尾渦流軌跡，其形式是渦流區(qū)中心點的集合和強度，并在當前時間保存尾渦流軌跡點坐標和強度。
按照本發(fā)明，用于模擬尾渦流擾動對A/C影響的模塊10(圖3)可以包含A/C規(guī)劃單元15，在從訓練方案數據庫模塊2中接收有關A/C配置，坐標，飛行速度，傾斜，偏航和滾轉角信息的基礎上，可以計算A/C幾何數據的集合，這是計算包括尾渦流誘發(fā)A/C氣動力和力矩所必需的。在從用于模擬尾渦流動態(tài)的單元14，A/C規(guī)劃單元15，和用于模擬A/C動態(tài)的模塊中接收信息的基礎上，模塊10還可以包含用于評價A/C氣動力和力矩的單元16。
在飛行員接收有關A/C可能遭遇VG尾渦流危險區(qū)的預報信息條件下(圖2)，用于訓練飛行員的模擬器可以包含上述的模塊以及用于確定尾渦流危險區(qū)的模塊17，在渦流擾動誘發(fā)動力影響的危險準則下，可以提供評價A/C危險區(qū)的幾何參數；報警模塊18提供這種危險區(qū)在A/C之前延遲距離上的模型，例如，航空器可以在飛行員選取的延遲時間內克服這種危險區(qū)。延遲時間應當足夠長，可以完成飛行規(guī)避操作以避免預報的危險區(qū)。為的在預報時間內給出這種信息，模塊18對位于A/C之前的控制平面(以下用CP表示)做模型，它是在A/C與CP預報相交點的延遲距離上，和在A/C與CP相交時間的A/C預報位置(以下用AAFP表示)周圍，以及VG尾渦流軌跡與CP的相交點，并在這些相交點周圍形成危險區(qū)。模塊18處理AAFP與CP中尾渦流危險區(qū)相交的可能性，并給飛行員發(fā)射緊急信號。模塊18還模擬CP中的報警區(qū)(以下用AA表示)，該尺寸超過AAFP的尺寸。在AA中出現尾渦流危險區(qū)警告飛行員A/C可能遭遇危險區(qū)。
按照本發(fā)明，模擬器可以配備觀看產生信息的模塊19，它能夠給飛行員提供A/C周圍尾渦流狀態(tài)的合適目視圖像，和預報這種狀態(tài)的變化。
圖4表示按照本發(fā)明在有關尾渦流狀態(tài)信息下訓練飛行員的模擬器模塊相互作用。按照本發(fā)明，用于評價尾渦流危險區(qū)參數的模塊17按照圖5所示的方案按照如下處理當前的信息。
在從模擬尾渦流擾動對A/C影響的模塊10中確定力和力矩的單元16中接收信息的基礎上，按照VG尾渦流擾動誘發(fā)附加力和力矩規(guī)定的A/C危險準則，用于評價擾動危險強度的單元20估算給定點的擾動危險強度。
在從用于評價擾動危險強度的單元20中接收信息的基礎上，用于確定危險點集合的單元21評價屬于按照危險準則的危險區(qū)中各點坐標，其中渦流擾動誘發(fā)的附加力和力矩是危險的。
在從用于確定危險點集合的單元21中接收信息的基礎上，用于確定尾渦流危險區(qū)參數的單元22計算危險區(qū)幾何特征。
按照本發(fā)明，渦流擾動危險區(qū)模塊17可以包含不同類型渦流發(fā)生器的尾渦流危險區(qū)特征數據庫，從而大大減小輸入信息處理的時間。
按照本發(fā)明，報警模塊18(圖4)形成飛行員的信息，它對于飛行員理解A/C周圍和A/C之前渦流狀態(tài)是合適的。
報警模塊18中用于延遲時間選取的單元23選取時間周期，航空器在此時間周期內至少有飛行規(guī)避操作的可能性，在接收到可能遭遇尾渦流的報警信號之后，可以使航空器規(guī)避發(fā)生器尾渦流危險區(qū)。按照本發(fā)明，借助于人工方式，半自動或全自動控制方式，可以實時修正延遲時間，例如，根據飛行員的技術和按照訓練方案的飛行任務具體特征?？刂瓶梢杂娠w行員或教導員執(zhí)行，并可以使訓練模式復雜化或簡單化。
然后，在從模塊11中接收有關A/C坐標，飛行速度，傾斜，偏航和滾轉角的信息和從單元23中接收有關選取延遲時間信息的基礎上，對控制平面做模型的單元24計算延遲距離，延遲距離等于航空器在延遲時間內覆蓋的距離，并對位于A/C之前的CP做模型，CP垂直于A/C在延遲距離上的飛行方向，例如，其形式在預報時間的慣性坐標系中A/C與CP相交的CP系數。
在從模塊13中接收有關尾渦流強度和軌跡信息的基礎上，其形式是VG渦流區(qū)中心路徑的集合，以及在從單元23中接收有關延遲時間信息的基礎上，預報單元25評價A/C與CP相交的預報時間內慣性坐標系中VG尾渦流強度和尾渦流軌跡。在從單元25和24中接收信息的基礎上，用于計算相交點的單元26確定A/C與CP相交的預報時間內VG尾渦流軌跡與CP相交點的坐標。
在從單元26和模塊17中接收信息的基礎上，區(qū)域形成單元27在尾渦流軌跡與CP相交點的周圍形成尾渦流危險區(qū)，進入危險區(qū)導致A/C飛行參數可以超過容許的限制，在A/C與CP相交的預報時間內飛行標準下，在CP中形成A/C預報位置區(qū)(以下用AAFP表示)，并在AAFP周圍形成報警區(qū)(以下用AA表示)。有關尾渦流危險區(qū)進入AA的信息應當發(fā)送給飛行員。按照本發(fā)明，單元27可以當前修正AAFP和AA的坐標，這在飛行員協調飛行規(guī)避操作和飛行任務時是非常重要的。
變換單元28計算A/C坐標系中AAFP，VG尾渦流危險區(qū)，和AA的坐標。
然后，第一相交條件測試單元29計算從AA到尾渦流危險區(qū)的距離，并標記它為變零事件；而第二相交條件測試單元30計算從AAFP到尾渦流危險區(qū)的距離，并標記它為變零事件。
有關上述距離在預報時間內變零的信息到達指示單元31或緊急指示單元32，這兩個單元安裝在用于模擬儀表板的模塊5和/或用于模擬飛行員工作區(qū)的模塊6，例如，在真實的A/C機艙中。例如，若AA與尾渦流危險區(qū)之間的距離等于零，則在飛行員工作區(qū)的聽覺指示裝置被接通，而若AAFP與尾渦流危險區(qū)之間的距離等于零，則安裝在飛行員座位手柄上的觸覺緊急指示裝置被接通。觸覺指示裝置應當提示飛行員采取緊急措施，執(zhí)行飛行規(guī)避操作以避免A/C進入危險區(qū)。飛行員在A/C飛行速度下有足夠的時間完成用戶指定的操作。與當前的情況有關，在接收到第一指示信號之后，飛行員可以修正延遲時間，例如，借助于人工方式控制延遲時間數字參數值的設置，或借助于自動方式控制延遲時間變化條件的設置。通過增大這種距離，指示裝置終止，它說明A/C是在危險區(qū)之外，可以減輕飛行員的壓力。
按照本發(fā)明，用戶(飛行員和教導員)可以在預報時間內目視模塊19中觀看CP上AAFP和危險區(qū)互相位置的信息，例如，在顯示器或在A/C導航圖上觀看。為了降低與飛行員不相關的信息量，只在他們與AA相交后才觀看危險區(qū)位置。
按照本發(fā)明，圖5所示尾渦流危險區(qū)參數的模塊17可以包含單元20，21和22。在從用于模擬尾渦流擾動對A/C影響的模塊10中接收有關VG尾渦流誘發(fā)作用到A/C上的力和力矩信息和從用于模擬A/C動態(tài)的模塊11中接收有關A/C參數，配置，位置，和速度信息的基礎上，按照選取的危險性準則，例如，A/C滾轉力矩或滾轉角，用于評價擾動危險強度的單元20確定尾渦流危險區(qū)中的各點，其中VG尾渦流誘發(fā)的力和力矩在預報時間內對A/C是危險的。單元21確定屬于尾渦流危險區(qū)中的各點，而用于評價單元尾渦流危險區(qū)參數的單元22計算作為各點集合的危險區(qū)幾何特征。按照本發(fā)明，理想的是，危險區(qū)參數模塊13可以近似確定危險區(qū)邊界。在有關危險區(qū)參數的信息到達報警模塊之后，它是借助于以上描述的方法進行分析，在對于A/C是危險的情況下，該信息可以發(fā)射到目視模塊。例如，顯示器可以用作目視裝置。
圖6表示通常用在A/C機艙上的導航圖顯示器，它指出機載慣性導航系統產生的A/C方向和符號描述，例如，機載慣性導航系統(AINS)，其中指出預報時間內A/C預報位置區(qū)33，和VG尾渦流危險區(qū)34和35。例如，AAFP 33的形狀可以是正方形，其尺寸與A/C機體可能位置的尺寸成正比。按照本發(fā)明，在顯示器上沒有顯示報警區(qū)的邊界，僅在危險區(qū)與報警區(qū)相交的情況下，在顯示器上顯示尾渦流危險區(qū)，而且同時還有這個事件的聲音指示。所以，我們可以認為報警區(qū)36出現在顯示器上。尾渦流危險區(qū)34和35可以有這樣的形狀，例如，圓形或便于視覺觀看的其他幾何圖形。這些圖形還可以伴隨區(qū)域33，34和35或其邊界的視覺指示，例如，燈光或彩色指示；而在AAFP邊界33與危險區(qū)35邊界發(fā)生相交事件的情況下，還可以伴隨緊急聲音指示，例如，在顯示器或儀表板上，或者是飛行員座位手柄上的觸覺指示。
當然，雖然給出的例子僅包含一個尾渦流發(fā)生器和單個VG的一個危險區(qū)，對于A/C鄰近的所有VG，可以完成VG尾渦流的計算和跟蹤，但是，僅僅應當顯示對于A/C可能是危險的那些VG尾渦流危險區(qū)。在評價顯示器上危險區(qū)定位的基礎上，飛行員可以作出從尾渦流危險區(qū)中移出A/C操作的正確判定。
按照本發(fā)明，對于飛行員正確認識渦流情況，渦流擾動誘發(fā)作用到A/C上的力和力矩，以及理解A/C遭遇尾渦流危險區(qū)可能產生的結果，使用模擬器可以建立最有利的條件。上述模擬器的優(yōu)點是，飛行員接收有關尾渦流的所有必需信息，該信息足以完成有效的飛行規(guī)避操作以避免進入尾渦流危險區(qū)。在本發(fā)明中實現對有關尾渦流信息的初步處理，它可以減小得到的信息量，僅僅保存它的有用部分。給訓練的飛行員提供有關A/C在預報時間內相對于尾渦流的位置信息，有關A/C配置變化導致作用到A/C上力和力矩變化的信息。模擬器模塊的運行應當適合于根據不同方案以及A/C系統模式和設備功能的情況條件。
按照本發(fā)明，模擬器訓練方案可以選自包括在地面航空站的起飛和著陸，在航空母艦上的起飛和著陸，單獨和編隊飛行，空中加油，和具有地形跟蹤的單獨低高度飛行的集合。這就允許利用單個模擬器進行不同飛行操作的訓練。按照本發(fā)明，用于評價飛行員動作的系統可以包含存儲裝置，用于存儲緊急指示的時間周期內有關控制平面，航空器預報位置區(qū)，和位于航空器鄰近的渦流發(fā)生器尾渦流危險區(qū)坐標的信息，緊急指示指出從航空器預報位置區(qū)到渦流發(fā)生器尾渦流危險區(qū)的距離變零事件。它對于證明和鑒定飛行員測試以及數據解碼訓練是相當有用的，例如，所謂‘黑匣子’的數據解碼訓練。
航空界以及航空電子學和模擬器專家應當清楚地看到，按照本發(fā)明用在尾渦流危險性下訓練飛行技術并通知飛行員關于A/C可能遭遇VG尾渦流危險區(qū)條件的模擬器，在本發(fā)明權利要求書和相關主題的范圍內可以有各種改進和完善，例如，不同類型A/C的不同設備，不同類型A/C的不同方案，在給飛行員提供指示和目視信息中使用不同的方法和裝置，以及根據模擬器設備的變化而改變信息流。
工業(yè)應用按照本發(fā)明的模擬器可以在單獨模塊以及聯合訓練系統的模塊系統的軟件中實現，例如，借助于計算機裝置和個人計算機。顯而易見，在允許改變訓練方案的一個模擬器中可以安裝幾個訓練區(qū)。
權利要求
1.一種在尾渦流危險條件下訓練飛行員的航空器模擬器，包括用于控制模擬器模式的模塊(1)，它能夠選取訓練方案并控制模擬器模塊的運行；訓練方案數據庫模塊(2)；用于模擬器模塊交換的模塊(3)；用于實時模仿外界目視狀態(tài)，大氣空間目視部分和地面的模塊(4)；用于模擬飛行員工作區(qū)的模塊(6)；用于模擬航空儀表板的模塊(5)，其中指出航空器發(fā)動機模式；用于模擬航空器單元和系統控制的模塊(8)；用于模擬環(huán)境參數的模塊(7)；用于模擬尾渦流狀態(tài)的模塊(9)，在來自訓練方案數據庫模塊(2)信息和來自模擬環(huán)境參數模塊(7)信息的基礎上，它能夠確定作為渦流區(qū)中心集合的渦流發(fā)生器尾渦流路徑和強度；用于模擬尾渦流擾動對航空器影響的模塊(10)，在從模擬尾渦流狀態(tài)模塊(9)中接收有關尾渦流路徑和強度信息，從訓練方案數據庫模塊(2)中接收有關航空器參數信息，和從模擬航空器動態(tài)模塊(11)中接收有關航空器位置，飛行速度，角速度和幾何特征信息的基礎上，它能夠評價由渦流發(fā)生器尾渦流誘發(fā)的航空器附加力和力矩；用于模擬航空器動態(tài)的模塊(11)，在來自模擬尾渦流擾動對航空器影響的模塊(10)，來自訓練方案數據庫模塊(2)，和來自模擬航空器單元和系統控制的模塊(8)信息的基礎上，它能夠根據訓練方案形成模仿航空器力和力矩的信號，以及由渦流發(fā)生器尾渦流誘發(fā)的附加力和力矩，并發(fā)射該信號到用于模擬飛行員工作區(qū)模塊(6)，用于模擬航空儀表板模塊(5)，和用于模仿外界目視狀態(tài)模塊(4)；用于評價飛行員動作的系統，在從模仿外界目視狀態(tài)模塊(4)和模擬儀表板模塊(5)中接收信息的基礎上，它能夠估算飛行員動作以應付航空器危險飛行狀態(tài)的正確性。
2.按照權利要求1的模擬器，其中制作用于模擬飛行員工作區(qū)的模塊(6)是利用改變其飛行姿態(tài)的可能性并配備動態(tài)模仿飛行的裝置。
3.按照權利要求1-2中任何一個的模擬器，其中用于模擬渦流狀態(tài)的模塊(9)包括用于模擬渦流發(fā)生器動態(tài)的單元(13)，它包含能夠從方案數據庫模塊(2)中接收有關渦流發(fā)生器位置，運動參數，幾何和重量特征信息的渦流發(fā)生器跟蹤器，和能夠存儲有關渦流發(fā)生器位置和運動參數信息的存儲器單元；用于模擬尾渦流的單元(14)，在來自模擬環(huán)境參數模塊(7)和來自模擬渦流發(fā)生器動態(tài)模塊(13)信息的基礎上，它包含能夠確定渦流發(fā)生器尾渦流路徑的尾渦流跟蹤器，其形式是渦流區(qū)中心軌跡的集合和強度，還能夠保存有關渦流發(fā)生器尾渦流路徑上各點坐標的信息，其形式是渦流區(qū)中心軌跡的集合和強度；和用于模擬尾渦流擾動對航空器影響的模塊(10)應當包括航空器規(guī)劃單元(15)，在來自訓練方案數據庫模塊(2)中有關航空器類型和配置信息的基礎上，它能夠計算航空器幾何特征的集合，這是計算由渦流發(fā)生器尾渦流誘發(fā)航空器附加氣動力和力矩所需要的；和用于確定上述力和力矩的單元(16)，它是在有關渦流發(fā)生器尾渦流路徑上各點坐標的信息，其形式是用于模擬尾渦流單元(14)保存的渦流區(qū)中心軌跡的集合和強度，和從模擬航空器動態(tài)模塊(2)中接收有關航空器位置，飛行速度，角速度和幾何特征信息的基礎上。
4.按照權利要求1-3中任何一個的模擬器，其中它還包括用于模擬噪聲，光學和動態(tài)效應的模塊。
5.按照權利要求1-4中任何一個的模擬器，其中在飛行員接收有關航空器可能遭遇渦流發(fā)生器尾渦流危險區(qū)的預報信息條件下，可以調整用于訓練駕駛技術的模擬器，它還包括渦流擾動危險區(qū)參數的模塊(17)，包括用于評價擾動危險性的單元(20)，在從用于確定力和力矩單元(16)中接收信息的基礎上，單元(16)屬于模擬尾渦流擾動對航空器影響的模塊(10)，按照選取的渦流擾動誘發(fā)對航空器附加氣動力和力矩的危險性準則，它能夠估算給定點的擾動危險強度；用于確定危險點的單元(21)，其中由渦流擾動誘發(fā)的附加力和力矩是危險的；按照基于從用于評價擾動危險性單元(20)中接收信息的危險性準則，該單元能夠確定屬于危險區(qū)的各點坐標；用于確定渦流擾動危險區(qū)的單元(22)，在從用于確定危險點單元(21)中接收信息的基礎上，它能夠計算危險區(qū)幾何特征并發(fā)射對應的信息；和報警單元(18)包括用于選取延遲時間的單元(23)，在接收到可能遭遇尾渦流的警告信號之后，它能夠計算時間周期，航空器在此時間周期至少有飛行規(guī)避操作的可能性，從而可以使航空器規(guī)避發(fā)生器尾渦流危險區(qū)；用于模擬控制平面的單元(24)，它能夠計算延遲距離，延遲距離等于航空器在延遲時間內覆蓋的距離，對位于航空器之前的控制平面做模型，控制平面垂直于航空器在延遲距離上的飛行方向，并在慣性坐標系中確定航空器獲得控制平面所需的預報時間；預報單元(25)，在來自用于模擬渦流狀態(tài)模塊中模擬尾渦流單元信息的基礎上，它能夠確定發(fā)生器尾渦流路徑，其形式是慣性坐標系中發(fā)生器渦流區(qū)中心的集合，和在預報時間內發(fā)生器尾渦流的強度；用于計算相交點的單元(26)，它能夠確定發(fā)生器尾渦流軌跡與控制平面在航空器飛行通過的預報時間內相交點的坐標；區(qū)域形成單元(27)，它能夠在尾渦流路徑與控制平面相交點周圍形成尾渦流危險區(qū)，其形式是發(fā)生器渦流危險區(qū)的集合，其中進入的航空器可能有超過容許限制的飛行參數；在飛行規(guī)則下航空器與控制平面相交的預報時間內，在控制平面上形成航空器預報位置區(qū)；在航空器預報位置區(qū)周圍形成報警區(qū)；給用戶提供有關尾渦流危險區(qū)進入報警區(qū)的信息；變換單元(28)，它能夠計算航空器坐標系中航空器預報位置區(qū)，報警區(qū)和尾渦流危險區(qū)的坐標；第一相交條件測試單元(29)，它能夠計算從報警區(qū)到尾渦流危險區(qū)的距離，并標記它變零事件；第二相交條件測試單元(30)，它能夠計算從航空器預報位置區(qū)到尾渦流危險區(qū)的距離，并標記它變零事件；指示單元(31)，至少包含一個指示裝置，它能夠指出從報警區(qū)到發(fā)生器尾渦流危險區(qū)距離變零的事件；緊急指示單元(32)，至少包含一個指示裝置，它能夠指出從航空器預報位置區(qū)到發(fā)生器尾渦流危險區(qū)距離變零的事件。
6.按照權利要求5的模擬器，其中它包括含目視裝置的目視模塊，在從報警模塊中接收信息的基礎上，它至少能夠形成航空器預報位置區(qū)和尾渦流危險區(qū)的圖像。
7.按照權利要求5-6中任何一個的模擬器，其中指示裝置和緊急指示裝置選自包含視覺，聽覺和觸覺指示裝置的集合。
8.按照權利要求5-7中任何一個的模擬器，其中用于選取延遲時間的單元(23)能夠按照人工方式，半自動或全自動方式當前修正延遲時間。
9.按照權利要求5-8中任何一個的模擬器，其中利用按照人工方式，半自動或全自動方式當前修正報警區(qū)和航空器預報位置區(qū)坐標的可能性，開發(fā)區(qū)域形成單元(27)。
10.按照權利要求5-9中任何一個的模擬器，其中利用近似確定渦流發(fā)生器尾渦流危險區(qū)邊界的可能性，可以設計用于確定危險區(qū)參數的單元(22)。
11.按照權利要求5-10中任何一個的模擬器，其特征是，選取尾渦流誘發(fā)的航空器容許滾轉力矩作為危險性準則。
12.按照權利要求5-10中任何一個的模擬器，其特征是，選取航空器滾轉角的容許值作為危險性準則。
13.按照權利要求1-12中任何一個的模擬器，其特征是，訓練方案選自包括在地面航空站的起飛和著陸，在航空母艦上的起飛和著陸，單獨和編隊飛行，和空中加油方案的集合。
14.按照權利要求1-13中任何一個的模擬器，其特征是，它是在運行模擬器模塊的模擬器模塊軟件中實現的。
15.按照權利要求1-14中任何一個的模擬器，其特征是，用于模擬危險區(qū)參數的模塊(7)包含不同類型渦流發(fā)生器的尾渦流危險區(qū)特征數據庫。
16.按照權利要求1-15中任何一個的模擬器，其特征是，用于評價飛行員動作的系統(12)包含用于保存有關控制平面，航空器預報位置區(qū)和位于航空器鄰近渦流發(fā)生器尾渦流危險區(qū)坐標信息的存儲器裝置，它至少是在從航空器預報位置區(qū)到渦流發(fā)生器尾渦流危險區(qū)的距離變零事件的緊急指示時間內。
全文摘要
本發(fā)明的表現形式是在渦流危險條件和通知飛行員可能進入渦流發(fā)生器產生尾渦流所述危險區(qū)條件下的飛行模擬器。本發(fā)明模擬器的表現形式是各種模塊，它包括用于模仿渦流狀態(tài)的模塊(9)，可以確定作為渦流區(qū)集合的渦流發(fā)生器尾渦流軌跡和強度，用于模仿渦流擾動作用到航空器上的模塊(10)，可以確定渦流發(fā)生器尾渦流誘發(fā)的附加力和力矩，用于渦流擾動危險區(qū)參數的模塊(17)，用于計算調制控制平面上渦流擾動危險的警告模塊，控制平面位于航空器之前的預定距離，該距離等于航空器在選取預報時間內覆蓋的距離，并足以使航空器執(zhí)行飛行操作，為的是避開危險的尾渦流區(qū)。
文檔編號G09B9/08GK1856810SQ03826843
公開日2006年11月1日 申請日期2003年7月25日 優(yōu)先權日2003年7月25日
發(fā)明者尼古拉·阿列克謝耶維奇·巴拉諾夫, 安德烈·謝爾蓋耶維奇·別洛采爾科夫斯基, 米哈伊爾·伊戈列維奇·卡涅夫斯基, 伊戈爾·弗拉基米羅維奇·帕謝庫諾夫 申請人:俄聯邦司法行政部聯邦國家公共機構“合法保護軍事，特種及兩用智能行動結果聯邦協會”, 俄股份公司協會特種技術股份公司, 尼古拉·阿列克謝耶維奇·巴拉諾夫, 安德烈·謝爾蓋耶維奇·別洛采爾科夫斯基, 米哈伊爾·伊戈列維奇·卡涅夫斯基, 伊戈爾·弗拉基米羅維奇·帕謝庫諾夫