Flugsimulator

Für nicht professionelle und Freizeitsimulatoren siehe Amateur -Flugsimulation. Für Luftkampfsimulationsspiele siehe Combat -Flugsimulationsspiel. Für die von Microsoft veröffentlichte Videospielserie siehe Microsoft -Flugsimulator. Für alle anderen Verwendungen siehe Flugsimulator (Disambiguierung).
F/A-18 Hornet Flugsimulator an Bord der USSUnabhängigkeit Flugzeugträger

A Flugsimulator ist ein Gerät, das Flugzeuge künstlich neu erstellt Flug und die Umgebung, in der es fliegt, für Pilotausbildung, Design oder andere Zwecke. Es umfasst die Replikation der Gleichungen, die regeln, wie Flugzeuge fliegen Luftdichte, Turbulenz, Windschere, Wolke, Niederschlag usw. Die Flugsimulation wird aus verschiedenen Gründen verwendet, einschließlich Flugtraining (hauptsächlich von Piloten), das Design und die Entwicklung des Flugzeugs selbst und die Erforschung von Flugzeugmerkmalen und Kontrollhandhabungsqualitäten.[1]

Der Begriff "Flugsimulator" kann in allgemeinen Sprach- und technische Dokumente eine etwas andere Bedeutung haben. In früheren Vorschriften bezog es sich speziell auf Geräte, die das Verhalten von Flugzeugen in verschiedenen Verfahren und Flugbedingungen genau nachahmen können.[2] In neueren Definitionen wurde dies als "Full Flight Simulator" bezeichnet.[3]. Der generische Begriff "Flugsimulationstrainingsvorrichtung" (FSTD) wird verwendet, um auf verschiedene Arten von Flugtrainingsgeräten zu verweisen, und das entspricht genauer der Bedeutung des Ausdrucks "Flugsimulator" im allgemeinen Englisch.[4]

Flugssimulation Geschichte

Im Jahr 1910 wurden nach Initiative der französischen Kommandeure Clolus und Laffont und Leutnant Clavenad das erste Bodenausbildungsflugzeug für Militärflugzeuge gebaut. Das "Tonneau Antoinette" (Antoinette -Fass), der durch die erstellt wurde Antoinette Firma scheint der Vorläufer von Flugsimulatoren zu sein.

Erster Weltkrieg (1914–1918)

Ein Trainingsbereich war für Luftschütze, die vom Piloten oder einem Spezialisten Air Gunner behandelt wurden. Das Schießen auf ein bewegendes Ziel erfordert das Ziel vor dem Ziel (das den sogenannten Bleiwinkel beinhaltet), damit die Kugeln die Umgebung des Ziels benötigen. Dies wird manchmal auch als "Ablenkungserschießungen" bezeichnet und erfordert Geschicklichkeit und Übung. Während Erster WeltkriegEinige bodengestützte Simulatoren wurden entwickelt, um neuen Piloten diese Fähigkeit beizubringen.[5]

Die 1920er und 1930er Jahre

Linktrainer Patentzeichnung, 1930

Das bekannteste frühe Flugsimulationsgerät war das Linktrainer, produziert von Edwin Link in Binghamton, New York, Vereinigte Staaten, die er 1927 mit dem Bau begann. Später patentierte er sein Design, das erstmals 1929 zum Verkauf angeboten wurde. Einige dieser Flugsimulatoren der frühen Kriegszeiten existieren immer noch, aber es wird immer schwieriger, Arbeitsbeispiele zu finden.[6]

Die Link Family Firma in Binghamton hat Player Pianos und Organe hergestellt, und ED Link war daher mit Komponenten wie Lederbalg und Reed -Schalter vertraut. Er war auch Pilot, aber unzufrieden mit der Menge an echtem Flugtraining, die verfügbar war, beschloss er, ein bodengestütztes Gerät zu bauen, um ein solches Training ohne die Wetterbeschränkungen und die Verfügbarkeit von Flugzeugen und Fluglehrern bereitzustellen. Sein Design hatte eine pneumatische Bewegungsplattform, die von aufblasbaren Balgs angetrieben wurde, die Pitch- und Roll -Cues lieferten. Ein Vakuummotor ähnelt denen, die in Player Pianos verwendet wurden, die Plattform und lieferte Gierhinweise. Ein generisches Replik -Cockpit mit Arbeitsinstrumenten wurde auf der Bewegungsplattform montiert. Wenn das Cockpit bedeckt war, konnten Piloten in einer sicheren Umgebung mit Instrumenten fliegen. Die Bewegungsplattform gab den Piloten Hinweise auf eine echte Winkelbewegung in der Tonhöhe (Nase nach oben und unten), rollen (Flügel nach oben) und Gier (Nase links und rechts).[7]

Zunächst zeigten die Flugschulen Flugschulen wenig Interesse an dem "Linktrainer". Link zeigte auch seinen Trainer der US Army Air Force (USAAF), jedoch ohne Ergebnis. Die Situation änderte sich jedoch im Jahr 1934, als der Armee Luftwaffe einen Regierungsvertrag zum Fliegen der Post Mail erhielt. Dazu gehörte, dass es sowohl bei schlechtem Wetter als auch gut fliegen musste, für die die USAAF zuvor nicht viel Training absolviert hatte. In den ersten Wochen des Postdienstes wurden fast ein Dutzend Armeepiloten getötet. Die Hierarchie der Army Air Force erinnerte sich an Ed Link und seinen Trainer. Link flog herein, um sie auf dem Newark Field in New Jersey zu treffen, und sie waren beeindruckt von seiner Fähigkeit, an einem Tag mit schlechter Sicht zu kommen, da er auf seinem Trainingsgerät übt hatte. Das Ergebnis war, dass die USAAF sechs Link -Trainer gekauft haben, und dies kann den Beginn der Weltflugsimulationsindustrie markieren.[7]

Zweiten Weltkrieg (1939–1945)

Militärpersonal mit Linktrainer, Pepperell Manufacturing Co.1943

Der während des Zweiten Weltkriegs verwendete Hauptpilottrainers war der Linktrainer. Etwa 10.000 wurden produziert, um 500.000 neue Piloten aus alliierten Nationen auszubilden.[7] Fast alle Piloten der US Army Air Force wurden in einem Linktrainer ausgebildet.[8]

Eine andere Art von Trainer des Zweiten Weltkriegs wurde zum Navigieren nachts von den Sternen verwendet. Das Navigation nach den Gestirnen Der Trainer von 1941 war 13,7 m (45 ft) hoch und in der Lage, das Navigationsteam von a zu unterbringen Bomber Besatzung. Es ermöglichte den Sextanten, "Sternschüsse" aus einem projizierten Display des Nachthimmels zu machen.[7]

1945 bis in die 1960er Jahre

1954 United Airlines Kaufte vier Flugsimulatoren zu einem Preis von 3 Millionen US-Dollar von Curtiss-Wright, die den früheren Modellen ähnlich waren, mit der Zugabe von Visuals, Klang und Bewegung. Dies war der erste der heutigen modernen Flugsimulatoren für Handelsflugzeuge.[9]

Heute

Die Simulatorhersteller sind konsolidieren und vertikal integrieren wie Ausbildung Bietet ein zweistelliges Wachstum: CAE prognostiziert 255.000 Neue Airline -Piloten von 2017 bis 2027 (70 pro Tag) und 180.000 Erste Offiziere sich entwickeln zu Kapitäne. Der größte Hersteller ist Kanadier Cae Inc. mit 70% Marktanteil und 2,8 Milliarden US -Dollar jährliche Umsatzerlöse, Produktion von Schulungsgeräten für 70 Jahre, wurden jedoch im Jahr 2000 mit mehreren Akquisitionen geschult. Jetzt macht CAE mehr aus dem Training als aus der Herstellung der Simulatoren. Crawley basiert L3 CTS trat 2012 durch den Erwerb auf den Markt ein Thales Training & SimulationHerstellungsanlage in der Nähe Flughafen Gatwick Wo es bis zu 30 Geräte pro Jahr zusammenstellt, dann im Jahr 2015 in Großbritannien CTC Training School. Aerosim in Sanford, Florida im Jahr 2016 und die portugiesische Akademie G Air im Oktober 2017.[10]

Mit einem Marktanteil von 20% macht die Ausrüstung immer noch mehr als die Hälfte von L3 CTS aus Umsatz Aber das könnte bald umgekehrt werden, wenn es 1.600 errichtet Handelspiloten Jedes Jahr sind 7% der 22.000 jährlich in den Beruf eintreten und zielt auf 10% in a fragmentiert Markt. Das drittgrößte ist Tru Simulation + Training, erstellt im Jahr 2014 als Elternteil Textron Aviation verschmolzen seine Simulatoren mit Mechtronix, Opinicus und proflight, konzentriert 737 Max und die 777x. Das vierte ist Flugsicherheit International, konzentriert sich auf Allgemeines, Geschäft und Regionalflugzeuge.Airbus und Boeing haben in ihre eigenen Ausbildungszentren investiert und auf höhere Margen abzielen als Flugzeugherstellung wie Mro, Wettbewerb mit ihren Lieferanten CAE und L3.[10]

Im Juni 2018 waren 1.270 Simulatoren für kommerzielle Fluggesellschaften im Dienst um 50 über ein Jahr: 85% FFSS und 15% Ftds. CAE lieferte 56% dieser installierten Basis, L3 CTS 20% und FlightSafety International 10%, während die Trainingszentren von CAE der größte Betreiber mit einem Anteil von 13% sind. Nordamerika hat 38% der weltweiten Trainingsgeräte, 25% im asiatisch-pazifischen Raum und Europa 24%.Boeing Typen repräsentieren 45% aller simulierten Flugzeuge, gefolgt von Airbus mit 35%dann Embraer um 7%, Bombenschütze bei 6% und ATR um 3%.[11]

Anwendungen

Pilotausbildung

Innenraum eines Flugsimulators in Estland für a Piper Seneca PA-34
(Blick auf ein interaktives Panorama von 360 °)
Cockpit von a TwinJet Flugsimulator.

Die meisten Flugsimulatoren werden hauptsächlich für verwendet Flugtraining. Die einfachsten Simulatoren werden verwendet, um grundlegende Cockpit -Verfahren wie die Verarbeitung von Notfallchecklisten und zur Einbeziehung von Cockpiten zu üben. Sie werden auch für verwendet Instrumentenflug Ausbildung,[12][13] Für die die Außenansicht weniger wichtig ist. Bestimmte Flugzeugsysteme können simuliert werden oder nicht, und das aerodynamische Modell ist normalerweise extrem generisch, wenn überhaupt.[14] Abhängig vom Zertifizierungsgrad können Instrumente mit beweglichen Indikatoren in einem realen Flugzeug mit einem Display implementiert werden. Mit fortgeschrittenen Displays, Cockpit -Darstellungen und Bewegungssystemen können Flugsimulatoren verwendet werden, um eine andere Anzahl von Flugstunden für eine Pilotlizenz zu würdigen.[15]

Spezifische Klassen von Simulatoren werden auch für ein anderes Training verwendet, als die Erzielung der Erstlizenz wie z. Instrumentenbewertung Revalidation oder am häufigsten[16] erhalten Typenklassifizierung Für bestimmte Art von Flugzeugen.

Andere Verwendungen

Während der Flugzeugentwurfsprozess, Flugsimulatoren können verwendet werden, anstatt einige Flugtests durchzuführen. Solche "Engineering -Flugsimulatoren" können einen schnellen Weg bieten, um Fehler zu finden und sowohl die Risiken als auch die Entwicklungskosten zu verringern.[17] Darüber hinaus ermöglicht dies die Verwendung zusätzlicher Messgeräte, die möglicherweise zu groß oder auf andere Weise unpraktisch sind, um sie während eines echten Flugzeugs einzuschließen. In verschiedenen Phasen des Designprozesses werden verschiedene technische Simulatoren mit unterschiedlichem Komplexitätsniveau verwendet.[18]: 13

Flugsimulatoren können Trainingsaufgaben für andere Crew als Piloten umfassen. Beispiele sind Gunners in einem Militärflugzeug [19] oder Hebezeuger.[20] Für Aufgaben im Zusammenhang mit dem Flug wurden auch separate Simulatoren verwendet, beispielsweise für die Evakuierung des Flugzeugs bei einem Absturz in Wasser.[21] Mit hoher Komplexität vieler Systeme, die moderne Flugzeuge bestehen, Flugzeugwartung Simulatoren werden immer beliebter.[22][23]

Qualifikation und Genehmigung

Voller Flugsimulator von a Boeing 737

Verfahren

Vor September 2018,[24] Wenn ein Hersteller ein ATD -Modell genehmigt hatte, wird ein Dokument, das die Spezifikationen für die Modelllinie enthält und die Einhaltung der entsprechenden Vorschriften der FAA enthält und die Einhaltung der entsprechenden Vorschriften enthält. Sobald dieses Dokument, das als Qualifikationsgenehmigungshandbuch (QAG) bezeichnet wurde, genehmigt wurde, werden alle zukünftigen Geräte automatisch genehmigt und die individuelle Bewertung weder erforderlich noch verfügbar.[25]

The actual procedure accepted by all CAAs (Civil Aviation Authorities) around the world is to propose 30 days prior qualification date (40 days for CAAC) a MQTG document (Master Qualification Test Guide), which is proper to a unique simulator device and will live along the device itself, containing objective, and functional and subjective tests to demonstrate the representativeness of the simulator compare to the airplane. The results will be compared to Flight Test Data provided by aircraft OEMs or from test campaign ordered by simulator OEMs or also can be compared by POM (Proof Of Match) data provided by aircraft OEMs development simulators. Some of the QTGs will be rerun during the year to prove during continuous qualification that the simulator is still in the tolerances approved by the CAA.[26][12][27]

US Federal Aviation Administration (FAA) Kategorien

Luftfahrttrainingsgerät (ATD)[28]
  • FAA Basic ATD (BATD) – Provides an adequate training platform and design for both procedural and operational performance tasks specific to the ground and flight training requirements for Private Pilot Certificate and instrument rating per Title 14 of the Code of Federal Regulations.
  • FAA Advanced ATD (AATD) – Provides an adequate training platform for both procedural and operational performance tasks specific to the ground and flight training requirements for Private Pilot Certificate, instrument rating, Commercial Pilot Certificate, and Airline Transport Pilot (ATP) Certificate, and Flight Instructor Certificate.
Flugtrainingsgeräte (FTD)[29]
  • FAA FTD Level 4 - Ähnlich wie bei einem Cockpit -Verfahrenstrainer (CPT). Für diese Ebene ist kein aerodynamisches Modell erforderlich, aber eine genaue Systemmodellierung ist erforderlich.
  • FAA FTD Level 5 – Aerodynamic programming and systems modeling is required, but it may represent a family of aircraft rather than only one specific model.
  • FAA FTD Level 6 – Aircraft-model-specific aerodynamic programming, control feel, and physical cockpit are required.
  • FAA FTD Level 7 – Model specific. All applicable aerodynamics, flight controls, and systems must be modeled. A vibration system must be supplied. This is the first level to require a visual system.
Full Flight Simulators (FFS)[30]
  • FAA FFS Level A – A motion system is required with at least three degrees of freedom. Airplanes only.
  • FAA FFS Level B – Requires three axis motion and a higher-fidelity aerodynamic model than does Level A. The lowest level of helicopter flight simulator.
  • FAA FFS Level C – Requires a motion platform with all six degrees of freedom. Also lower transport delay (latency) over levels A & B. The visual system must have an outside-world horizontal field of view of at least 75 degrees for each pilot.
  • FAA FFS Level D – The highest level of FFS qualification currently available. Requirements are for Level C with additions. The motion platform must have all six degrees of freedom, and the visual system must have an outside-world horizontal field of view of at least 150 degrees, with a kollimiert (distant focus) display. Realistic sounds in the cockpit are required, as well as a number of special motion and visual effects.

Europäische Luftfahrtsicherheitsbehörde (EASA, EX JAA) Kategorien

These definitions apply to both airplanes[3] and helicopters[31] wenn nicht anders angegeben. Training devices briefly compared below are all different subclasses of Flight simulation training device (FSTD).

Basic instrument training device (BITD) airplanes only : A basic student station for Instrumentenflug procedures; can use spring loaded flight controls, and instruments displayed on a screen

Flight Navigation and Procedures Trainer (FNPT) : Representation of cockpit with all equipment and software to replicate function of aircraft systems

  • EASA FNPT Level I : Fully enclosed real-scale cockpit, control forces and travel representative of the aircraft, aerodynamic model taking into account changes to airspeed, loading and other factors
  • EASA FNPT Level II : Model handling of aircraft on ground and in Bodeneffekt, effects of icing, visual system including different ambient lighting conditions (i.e. day, night, dusk)
  • EASA FNPT Level III helicopters only : Wider field of view and means of quickly testing correct operation of hardware and software
  • MCC : Additional requirements for FNPT Level II and III to be used for Multi-Crew-Zusammenarbeit training, for example which instruments need to be doubled for each crew member[32]

Flugtrainingsgeräte (FTD)

  • EASA FTD Level 1 : May lack a visual system, compared to FNPT the aircraft systems must operate correctly based only on pilot inputs without requiring instructor actions
  • EASA FTD Level 2 : Visual system with different conditions, cockpit must include other crew stations, controls must replicate movement dynamics
  • EASA FTD Level 3 helicopter only : Model data must be based on validation flights - cannot be generic aerodynamical model, wider field of view

Full Flight Simulators (FFS)

  • EASA FFS Level A : Motion system with 3 degrees of freedom (pitch, roll, heave)
  • EASA FFS Level B : Motion system with all 6 degrees of freedom, modelling ground handling
  • EASA FFS Level C : Simulate different runway conditions, icing, more detailed aerodynamic model
  • EASA FFS Level D : Characteristic vibrations that can be felt in the cockpit, realistic noise levels

Technologie

Simulatorstruktur

Flight simulator block diagram

Flight simulators are an example of a Mensch in der Schleife system, in which interaction with a human user is constantly happening. From perspective of the device, the inputs are primary Flugsteuerungen, Instrumententafelknöpfe und -schalter sowie die Station des Ausbilders, falls vorhanden. Basierend darauf wird der interne Zustand aktualisiert und Bewegungsgleichungen für den neuen Zeitschritt gelöst.[33] Der neue Zustand des simulierten Flugzeugs wird dem Benutzer durch visuelle, auditorische, Bewegung und Berührungskanäle angezeigt.

Um kooperative Aufgaben zu simulieren, kann der Simulator für mehrere Benutzer geeignet sein, wie dies der Fall ist Multi-Crew-Zusammenarbeit Simulatoren. Alternativ können mehr Simulatoren angeschlossen werden, was als "parallele Simulation" oder "verteilte Simulation" bezeichnet wird.[34] Als Militärflugzeuge müssen oft mit anderen Handwerks- oder Militärpersonal zusammenarbeiten, Kriegs Spiele sind eine häufige Verwendung für die verteilte Simulation. Aus diesem Grund wurden zahlreiche Standards für verteilte Simulation einschließlich Flugzeuge mit Militärorganisationen entwickelt. Einige Beispiele sind Simnet, Dis und Hla .

Simulationsmodelle

Siehe auch: Simulation

Das zentrale Element des Simulationsmodells sind die Bewegungsgleichungen für das Flugzeug.[33] Wenn sich das Flugzeug durch die Atmosphäre bewegt, kann es beide zeigen translationale und rotationale Freiheitsgrade. Um die Wahrnehmung der fließenden Bewegung zu erreichen, werden diese Gleichungen 50- oder 60 -mal pro Sekunde gelöst.[18]: 16 Die Kräfte für die Bewegung werden aus aerodynamischen Modellen berechnet, die wiederum von den Kontrolloberflächen abhängen, die von bestimmten Systemen mit ihrer Avionik usw. getrieben werden. Detailebenen mit einigen Untermodellen in einfacheren Simulatoren weggelassen.

Wenn ein menschlicher Benutzer Teil des Simulators ist, was bei einigen technischen Simulatoren möglicherweise nicht der Fall ist, müssen die Simulation in Echtzeit durchgeführt werden. Niedrige Aktualisierungsraten reduzieren nicht nur den Realismus der Simulation, sondern wurden auch mit Zunahme der Steigerung in Verbindung gebracht Simulatorkrankheit.[35] Die Vorschriften legen eine Grenze für Maximum vor Latenz zwischen Piloteingang und Flugzeugreaktion. Aus diesem Grund werden Kompromisse eingehalten, um das erforderliche Realismus mit niedrigeren Rechenkosten zu erreichen. Flugsimulatoren enthalten normalerweise nicht voll und ganz Computerflüssigkeitsdynamik Modelle für Kräfte oder Wetter, verwenden jedoch Datenbanken mit vorbereiteten Ergebnissen aus Berechnungen und Daten, die in realen Flügen erfasst wurden. Als Beispiel, anstatt den Fluss über die Flügel zu simulieren, lift coefficient kann in Bezug auf Bewegungsparameter wie definiert werden Angriffswinkel.[18]: 17

Während verschiedene Modelle Daten austauschen müssen, können sie meistens in eine modulare Architektur unterteilt werden, um eine bessere Organisation und einfache Entwicklung zu erhalten.[36][37] Typischerweise wäre das Getriebemodell für die Bodenhandhabung separater Eingaben in die Hauptbewegungsgleichungen. Jedes Motor- und Avionikinstrument ist auch ein in sich geschlossenes System mit gut definierten Eingängen und Ausgängen.

Instrumente

Alle Klassen von Fstd Erfordern Sie eine Form der Replikation des Cockpits. Da sind sie das Hauptmittel für die Wechselwirkung zwischen dem Piloten und dem Flugzeug, das besondere Bedeutung zugewiesen wird Cockpit -Kontrollen. Um eine gute Fähigkeitsübertragung zu erzielen, sind in den Bestimmungen der Flugsimulators sehr spezifische Anforderungen zu erzielen[12] Dadurch bestimmen sie, wie genau sie mit den realen Flugzeugen übereinstimmen müssen. Diese Anforderungen bei vollständigen Flugsimulatoren sind so detailliert, dass es möglicherweise kostengünstig ist, den realen Teil zum Fliegen zu verwenden, anstatt eine dedizierte Replikate herzustellen.[18]: 18 Untere Klassen von Simulatoren können Quellen verwenden, um die Kräfte nachzuahmen, wenn sie die Kontrollen bewegen. Wenn die Kontrollkräfte oder die dynamische Reaktion besser repliziert werden müssen, sind viele Simulatoren mit aktiv angetriebenem Bereich ausgestattet Feedback erzwingen Systeme. Schwingungsaktuatoren können auch enthalten sein, entweder aufgrund der Anforderungen an Hubschraubersimulationen oder für Flugzeuge mit a Stick Shaker.

Simulator mit primären Fluginstrumenten mit flachen Anzeigen repliziert

Eine andere Form von taktilen Eingaben des Piloten sind Instrumente, die sich auf den Paneele im Cockpit befinden. Da sie verwendet werden, um mit verschiedenen Flugzeugsystemen zu interagieren, kann dies für einige Formen des Verfahrenstrainings ausreichen. Das Anzeigen auf einem Bildschirm reicht für die grundlegendsten Bitd Simulatoren[3] und Amateur -FlugsimulationDie meisten Klassen zertifizierter Simulatoren benötigen jedoch alle Tasten, Schalter und anderen Eingänge, um dieselbe Weise wie im Flugzeug -Cockpit zu betreiben. Die Notwendigkeit einer physischen Kopie eines Cockpits trägt zu den Kosten für den Simulatorkonstruktion bei und bindet die Hardware mit einem bestimmten Flugzeugtyp. Aus diesen Gründen gibt es kontinuierliche Untersuchungen zu Interaktionen in virtuelle RealitätDer Mangel an taktilem Feedback wirkt sich jedoch negativ auf die Leistung der Benutzer bei der Verwendung dieser Technologie aus.[38][39]

Visuelles System

Eine sphärische Anzeige mit mehreren Projektoren, die über dem Cockpit sichtbar sind
Eine Weitwinkelzyllindrische Anzeige

Außenansicht aus dem Flugzeug ist ein wichtiger Hinweis für das Fliegen des Flugzeugs und das Hauptmittel der Navigation für Visuelle Flugregeln Betrieb.[40] Eines der Hauptmerkmale eines visuellen Systems ist das Sichtfeld. Abhängig vom Simulatortyp kann es ausreichen, um nur eine Ansicht über eine flache Anzeige vorzulegen. Einige Arten von Handwerk, z. KämpferflugzeugeErfordern Sie ein sehr großes Sichtfeld, vorzugsweise fast volle Kugel, aufgrund der Manöver, die während des Luftkampfs durchgeführt werden.[41] In ähnlicher Weise seit Hubschrauber Wenn Sie einen Schwebeflug in jede Richtung durchführen können, benötigen einige Klassen von Hubschrauber -Flugsimulatoren sogar 180 Grad horizontaler Sichtfeld.[42]

Es gibt viele Parameter im visuellen Systemdesign. Für ein schmales Sichtfeld kann ein einzelnes Display ausreichen, typischerweise sind jedoch mehrere Projektoren erforderlich. Diese Anordnung erfordert zusätzliche Kalibrierung, sowohl hinsichtlich der Verzerrung, nicht auf einer flachen Oberfläche als auch in Regionen mit überlappenden Projektionen.[43] Es gibt auch verschiedene Formen von Bildschirmen, einschließlich zylindrischer,[44] sphärisch[43] oder ellipsoidal. Das Bild kann auf der Betrachtungsseite der Beobachtung projiziert werden Projektionswandoder alternativ "Rückprojektion" auf einen durchscheinenden Bildschirm.[45] Da der Bildschirm viel näher als Objekte außerhalb des Flugzeugs ist, gibt es für Simulatoren mit mehreren Piloten Special kollimiert Zeigt an, die das beseitigen Parallaxe Wirkung zwischen dem Standpunkt der Piloten.[46]

Siehe auch: Vollflugsimulator § Kollimierte Cross-Cockpit-Anzeigen

Eine Alternative zu großflächigen Displays sind virtuelle Realität Simulatoren verwenden a am Kopf befestigter Bildschirm. Dieser Ansatz ermöglicht ein vollständiges Sichtfeld und macht die Simulatorgröße erheblich kleiner. Es gibt Beispiele für die Verwendung in der Forschung,[37] sowie zertifiziert Fstd[47]

Echtzeit Computergrafik Die Visualisierung virtueller Welten macht einige Aspekte der visuellen Systeme des Flugsimulators sehr ähnlich zu Game Engineseinige Techniken wie Verschiedene Detailebenen oder Bibliotheken mögen OpenGL[18]: 343.

Bewegungssystem

Anfänglich verwendeten die Bewegungssysteme getrennte Bewegungsachsen, ähnlich wie a Gimbal. Nach der Erfindung von Stewart -Plattform[48] Der gleichzeitige Betrieb aller Aktuatoren wurde mit einigen zur bevorzugten Wahl Ffs Vorschriften, die speziell "synergistisch" erfordern 6 Freiheitsgrade Bewegung.[49] Im Gegensatz zu realen Flugzeugen verfügt das simulierte Bewegungssystem über einen begrenzten Bereich, in dem es sich bewegen kann. Dies beeinflusst insbesondere die Fähigkeit, anhaltende Beschleunigungen zu simulieren, und erfordert ein separates Modell, um die Hinweise an den Menschen zu approximieren Vestibularsystem Innerhalb der gegebenen Einschränkungen.[18]: 451

Bewegungssystem leistet einen wesentlichen Beitrag zu Gesamtsimulatorkosten[18]: 423, aber die Bewertungen des Fähigkeitstransfers basierend auf dem Training auf einem Simulator und der Führung eines tatsächlichen Flugzeugs sind schwer zu erstellen, insbesondere wenn Bewegungshinweise betroffen sind. Es sind große Stichproben der Pilotmeinung erforderlich, und viele subjektive Meinungen werden in der Regel ausgestrahlt, insbesondere von Piloten, die nicht verwendet werden, um objektive Bewertungen vorzunehmen und auf einen strukturierten Testplan zu reagieren. Es wurde viele Jahre lang angenommen, dass 6 DOF-bewegungsbasierte Simulation dem Piloten die Flugkontrollvorgänge und Flugzeugreaktionen auf Kontrolleinträge und externe Kräfte näher verleiht und ein besseres Trainingsergebnis für Studenten als nicht bewegungsbasierte Simulation erzielte. Dies wird als "Handhabung der Treue" beschrieben, die nach Testflugstandards wie der numerischen Cooper-Harper-Bewertungsskala für die Handhabungsqualitäten bewertet werden kann. Jüngste wissenschaftliche Studien haben gezeigt, dass der Einsatz von Technologie wie Schwingung oder dynamische Sitze innerhalb von Flugsimulatoren bei der Bereitstellung von Schulungen als große und teure 6-DOF-FFS-Geräte gleichermaßen wirksam sein kann.[50][51]

Moderne High-End-Flugsimulatoren

Stewart -Plattform

Vertikaler Bewegungssimulator (VMS) bei NASA/Ames

Der größte Flugsimulator der Welt ist der vertikale Bewegungssimulator (VMS) bei NASA Ames Research Centersüdlich von San Francisco. Dies hat ein sehr großes Bewegungssystem mit einer vertikalen Bewegung von 60 Fuß (+/- 30 Fuß). Das HEAVE-System unterstützt einen horizontalen Strahl, auf dem 40-Fuß-Schienen montiert sind und eine laterale Bewegung einer Simulator-Kabine von +/- 20 Fuß ermöglichen. Eine herkömmliche 6-Grad-Freiheitsplattform ist auf dem 40-Fuß-Strahl montiert, und eine austauschbare Kabine ist auf der Plattform montiert. Dieses Design ermöglicht das schnelle Umschalten verschiedener Flugzeugkabinen. Die Simulationen reichten von Blimps über Handelsflugzeuge und Militärflugzeuge bis hin zum Space Shuttle. Im Falle des Space Shuttle wurde der große vertikale Bewegungssimulator verwendet, um einen Längsschnitt zu untersuchen Pilot-induzierte Schwingung (PIO), der kurz vor der Landung auf einem frühen Shuttle -Flug stattfand. Nach der Identifizierung des Problems auf den VMs wurde es verwendet, um verschiedene Längshandlungsalgorithmen auszuprobieren und das Beste für die Verwendung im Shuttle -Programm zu empfehlen.[52]

Desorientierungstraining

AMST Systemtechnik GmbH (AMST) von Österreich und Environmental Tectonics Corporation (usw.) in Philadelphia, den USA, stellt eine Reihe von Simulatoren für die Desorientierungstraining her, die in Gier vollen Freiheit haben. Der komplexeste dieser Geräte ist der Desdemona -Simulator des TNO Research Institute in den Niederlanden, der von AMST hergestellt wurde. Dieser große Simulator verfügt über ein gimballiges Cockpit, das auf einem Gerüst montiert ist, das vertikale Bewegung hinzufügt. Das Gerüst ist an Schienen montiert, die an einer rotierenden Plattform befestigt sind. Die Schienen ermöglichen es, dass die Simulator -Kabine an verschiedenen Radien aus dem Rotationszentrum positioniert wird, was eine anhaltende G -Fähigkeit von bis zu etwa 3,5 bietet.[53][54]

Amateur- und Videospiel -Flugsimulation

Hauptartikel: Amateur -Flugsimulation, Combat -Flugsimulationsspiel, Simulation Videospiel, und Space flight simulation game

Siehe auch

Verweise

Anmerkungen

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Literaturverzeichnis

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