Способ обучения в процессе эксплуатации транспортного средства



Способ обучения в процессе эксплуатации транспортного средства
Способ обучения в процессе эксплуатации транспортного средства
Способ обучения в процессе эксплуатации транспортного средства
Способ обучения в процессе эксплуатации транспортного средства
Способ обучения в процессе эксплуатации транспортного средства

 


Владельцы патента RU 2406159:

ВОЛЬВО АЭРО КОРПОРЕЙШН (SE)

Изобретение относится к тренажеростроению и может быть использовано для обучения экипажей различных транспортных средств. Способ реализуется в процессе эксплуатации транспортного средства. Транспортное средство имеет систему управления, в которую от обучаемого лица поступают команды управления транспортным средством для управления транспортным средством. Предусмотрено средство моделирования состояния транспортного средства и(или) окружающей среды, в которой находится транспортное средство, при этом моделируемое состояние является возможным реальным состоянием транспортного средства и(или) окружающей среды, которое отличается от фактического состояния транспортного средства и(или) окружающей среды. Для вычисления сигналов управления транспортным средством используют команды управления транспортным средством и средство моделирования. Сигналы управления транспортным средством используют для управления транспортным средством таким образом, чтобы транспортное средство реагировало на команды управления транспортным средством соответственно состоянию, имитируемому средством моделирования, а не фактическому состоянию транспортного средства и(или) окружающей среды. Технический результат заключается в возможности реалистичного и безопасного моделирования различных состояний транспортного средства при обучении. 6 н. и 32 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу обучения в процессе эксплуатации транспортного средства согласно преамбуле п.1.

Изобретение применимо в транспортных средствах различных типов, в частности воздушных транспортных средствах, таких как учебно-тренировочный самолет для обучения пилотов. Несмотря на то что изобретение описано на примере его применения в самолете, оно также применимо в других транспортных средствах, таких как автомобили, суда, поезда и т.д. Таким образом, под "транспортным средством" подразумеваются воздушные транспортные средства, наземные транспортные средства, а также водные транспортные средства.

Предпосылки создания изобретения

Обучение пилотов включает пилотирование тяжело загруженного самолета. Современный самолет способен перевозить грузы, вес которых по меньшей мере не меньше веса порожнего самолета. В связи с этим осуществление таких полетов связано с большими расходами, поскольку необходимы высокая номинальная характеристика двигателя и большой расход топлива. Кроме того, высокая номинальная характеристика двигателя означает существенное увеличение его износа, что увеличивает затраты на техническое обслуживание двигателя. Помимо этого, у загруженного самолета выше уровни напряжения (усталость) его конструкции, что сокращает срок службы и увеличивает затраты на техническое обслуживание. Обучение на тяжело загруженном самолете также связано с угрозой безопасности полета, в частности при взлете. У тяжелого самолета меньше коэффициенты запаса, и в случае отказа двигателя, столкновения с птицей или другого происшествия увеличивается риск возникновения катастрофической ситуации, способной привести к серьезным травмам у экипажа.

Из-за высоких затрат и риска обучения на тяжело загруженном самолете такое обучение часто не проводят, в результате чего пилоты получают меньше подготовки в реальных условиях, чем необходимо.

Для проведения упомянутого выше обучения иногда используют наземные имитаторы условий полета, но они во многих отношениях не способны обеспечить достаточно реалистичные условия.

Более реалистичные условия обучения обеспечивают воздушные системы имитации условий полета, которые используют во время полета на реальном самолете. С целью имитации отказа двигателя в таких системах применяется программное обеспечение для установления предельной полезной мощности двигателя. Способ имитации отказа двигателя у самолета с несколькими двигателями описан в патентной заявке US 2002/0133322. Для имитации отказа двигателя на один или несколько двигателей устанавливают программный ограничитель мощности. Он может применяться в сочетании с фиктивными показаниями приборов на приборной панели пилота. Тем не менее, такой способ, который предусматривает лишь выбор режима нарушенной работы двигателя, применимый для имитации определенного отказа двигателя, не обеспечивает общее обучение пилотированию тяжело загруженного самолета рассмотренного выше типа.

Задача и краткое изложение сущности изобретения

Задачей изобретения является создание способа упомянутого во вводной части типа, позволяющего реалистически и безопасно и с небольшими затратами проводить обучение, например, пилотов управлению самолетом в сложных условиях.

Эта задача решена с помощью способа по п.1.

Такой способ позволяет пилоту/водителю транспортного средства узнать по опыту, как ведет себя транспортное средство в определенном состоянии, без фактической эксплуатации транспортного средства в этом определенном состоянии. Реалистичное обучение может осуществляться с меньшими затратами, но с использованием реального транспортного средства. Например, для транспортного средства может быть выбран такой режим поведения, как будто бы условия загрузки отличались от реальных условий. Иными словами, с помощью незагруженного (легкого) самолета может имитироваться полет тяжело загруженного самолета, и изобретение позволяет создавать у незагруженного и легкого самолета режим поведения действительно загруженного и тяжелого самолета. За счет этого, в свою очередь, могут быть снижены затраты и повышена безопасность.

Изобретение также относится к системе обучения в процессе эксплуатации транспортного средства по п.34.

Предложенные в изобретении способ и система могут применяться для моделирования множества различных состояний транспортного средства и(или) окружающей среды с целью создания учебных ситуаций для обучаемого лица. Термин "моделируемое состояние, являющееся возможным реальным состоянием транспортного средства и(или) окружающей среды" относится к состоянию, которое с большой вероятностью может возникнуть в других условиях при эксплуатации этого же транспортного средства, но которое моделируют во избежание эксплуатации транспортного средства в таком состоянии и обеспечивают при этом необходимое обучение. Термин "различные состояния" не включает различные модели транспортного средства или другие виды транспортного средства помимо модификаций, связанных с загрузкой транспортного средства. Например, реальным состоянием воздушного транспортного средства может являться незагруженное состояние, а моделируемым состоянием воздушного транспортного средства может являться состояние, когда это же воздушное транспортное средство несет боевую загрузку, такую как ракеты или что-либо подобное. В другом примере моделируемое количество топлива отличается от фактического количества топлива, которое несет транспортное средство.

Дополнительными примерами моделируемых состояний являются имитация кратковременного нарушения режима работы транспортного средства из-за уменьшения загрузки при отсутствии фактического уменьшения загрузки и имитация особых условий ветра и температуры при отличающейся фактической погоде. Следствием моделируемых состояний является то, что вес моделируемого транспортного средства отличается от фактического веса транспортного средства, центр тяжести моделируемого транспортного средства отличается от фактического центра тяжести транспортного средства и(или) момент инерции моделируемого транспортного средства отличается от фактического момента инерции транспортного средства. Дополнительным следствием может являться то, что взаимосвязь между углом атаки и углом бокового скольжения и сопротивлением и подъемной силой моделируемого транспортного средства отличается от фактической взаимосвязи между упомянутыми углами и сопротивлением и подъемной силой транспортного средства.

В частности, предложенный в изобретении способ может применяться для обучения пилота/водителя путем моделирования состояния, которое создают путем регулирования динамических свойств транспортного средства и(или) двигателя транспортного средства, такого как регулирование положения одной или нескольких рулевых поверхностей и(или) установка тяги двигателя и(или) вектора тяги.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения на первой стадии рассчитывают движение транспортного средства в моделируемом состоянии с использованием в качестве исходных данных модели транспортного средства и команд управления транспортным средством, а затем на второй стадии рассчитывают сигналы управления транспортным средством с использованием в качестве исходных данных, вводимых в вычислительное устройство, расчетного движения транспортного средства в моделируемом состоянии. За счет этого с использованием контроллера работы в нормальном режиме и уравнений движения может быть создан контроллер работы в режиме обучения.

Моделью транспортного средства, в частности, рассчитанной на различные конфигурации загрузки и условия окружающей среды, в простейшей форме может являться сведенное в таблицу описание транспортного средства, но предпочтительно она представляет собой основанную на уравнениях движения динамическую модель движения транспортного средства в реальном времени.

Расчетные сигналы управления транспортным средством, используемые для управления транспортным средством, представляют собой обычные сигналы управления транспортным средством и любые дополнительные сигналы управления транспортным средством, создаваемые системой обучения только в режиме обучения. Вместе с тем, в обоих случаях расчетные сигналы управления транспортным средством основаны на командах управления транспортным средством и рассчитаны на то, чтобы транспортное средство реагировало на команды управления транспортным средством соответственно состоянию, имитируемому моделью транспортного средства, а не фактическому состоянию транспортного средства и(или) окружающей среды.

Блок управления, входящий в систему имитационного моделирования, может быть реализован на основе известных электрических и(или) механических элементов управления и соответствующего программного обеспечения. Для передачи процессору команд выполнения стадий способа может использоваться компьютерная программа, включающая набор команд, хранящихся во внутренней памяти компьютера, если набор команд реализован в компьютере. Компьютерная программа по меньшей мере частично может быть получена по сети, такой как Интернет. Блок управления может быть рассчитан на использование читаемого компьютером носителя с хранящейся на нем программой или данными, позволяющими компьютеру управлять стадиями осуществления способа, предложенного в изобретении.

Другие выгодные признаки и функции различных вариантов осуществления изобретения следуют из изложенного далее подробного описания и зависимых пунктов.

Краткое описание чертежей

Далее более подробно описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, которые приведены лишь в качестве не ограничивающих изобретение примеров со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг.1 показана блок-схема, иллюстрирующая один из вариантов осуществления системы имитационного моделирования для реализации предложенного в изобретении способа,

на фиг.2 - вариант показанной на фиг.1 системы, адаптированной к самолету,

на фиг.3 - вид самолета, иллюстрирующий силы, которые действуют на воздушное транспортное средство в полете,

на фиг.4 - диаграмма, иллюстрирующая ускорение и скорость загруженного и не загруженного самолета в случае определенной команды пилота, и

на фиг.5 - диаграмма, иллюстрирующая ускорение показанного на фиг.4 загруженного самолета и ускорение не загруженного самолета, управляемого с использованием предложенной в изобретении системы и способа моделирования загруженного самолета (слева), и команду пилота PLA (угол отклонения рычага управления двигателем - от англ. "power level angle") и расчетную команду PLA для реального двигателя (справа).

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

На фиг.1 на примере транспортного средства (ТС) как такового проиллюстрирована система имитационного моделирования транспортного средства для реализации способа, предложенного в изобретении. Для управления транспортным средством 12 пилот/водитель обычно использует команды 01 управления транспортным средством и реакцию 13 транспортного средства в качестве обратной связи. Транспортное средство может иметь движительную систему, включающую один или несколько двигателей. Во многих областях применения транспортное средство имеет рулевые поверхности (органы управления). Пилот/водитель должен управлять двигателем и рулевыми поверхностями с помощью команд управления, которые поступают в систему управления транспортного средства.

В случае самолета примерами параметров команд управления транспортным средством являются угол отклонения рычага управления двигателем и угол отклонения штурвала. В случае самолета примерами параметров реакции транспортного средства являются высота полета, угол набора высоты, скорость, ускорение, перегрузка и угловая скорость по тангажу/рыскания/крена. Система включает переключатель 11 или аналогичное средство для выбора, т.е. приведения в действие, системы имитационного моделирования пилотом/водителем или автоматического защитного выключения имитации. Когда переключатель устанавливают в положение работы в режиме обучения, проиллюстрированном на фиг.1, система приводится в действие и пилот/водитель может применить предложенный в изобретении способ. Это значит, что по меньшей мере одна из команд 01 управления транспортным средством используется для создания по меньшей мере одного сигнала 10 управления транспортным средством для использования системой управления. Вместе с тем, если переключатель переведен в другое положение для работы в нормальном режиме, система имитационного моделирования выключается и система управления обычным способом обрабатывает команды управления транспортным средством.

Для создания сигналов 10 управления транспортным средством используют средство 00 моделирования, которое преобразует команды 01 управления транспортным средством в сигналы 10 управления транспортным средством. Средство моделирования включает вычислительное устройство 09 для вычисления сигналов 10 управления транспортным средством. В простейшей форме вычислительное устройство 09 может включать средство приема команд 01 управления транспортным средством, таблицу расчетов или что-либо в этом роде для преобразования команд 01 управления транспортным средством в сигналы 10 управления транспортным средством и средство передачи транспортному средству 12 сигналов 10 управления транспортным средством. Затем сигналы 10 управления транспортным средством используют для управления транспортным средством таким образом, чтобы транспортное средство 12 реагировало на команды 01 управления транспортным средством соответственно состоянию, имитируемому средством 00 моделирования, а не фактическому состоянию транспортного средства и(или) окружающей среды.

В усовершенствованных случаях применения средство 00 моделирования может включать базу 04 данных загрузки, модель 07 транспортного средства и усовершенствованное вычислительное устройство 09. В базе 04 данных загрузки содержатся данные обо всех загрузках транспортного средства, текущей конфигурации транспортного средства и влиянии загрузки на транспортное средство. Модель 07 транспортного средства служит для прогнозирования движения транспортного средства на основании загрузок и команд управления. Вычислительное устройство 09 преобразует расчетное движение 08 моделируемого транспортного средства в сигналы 10 управления транспортным средством, чтобы транспортное средство 12 двигалось как моделируемое транспортное средство. Вычислительным устройством 09 может являться контроллер, который обеспечивает, чтобы измеренное движение реального транспортного средства было таким же, как у моделируемого транспортного средства. Если измерения движения транспортного средства недоступны или необходима большая уверенность в измерениях, вычислительное устройство 09 может также использовать модель реального транспортного средства для генерации движения реального транспортного средства. В другом варианте осуществления вычислительное устройство 09 может содержать обратную модель реального транспортного средства, т.е. модель с расчетным движением 08 моделируемого транспортного средства в качестве исходных данных и сигналы 10 управления транспортным средством в качестве выходных данных.

В устройстве 02 выбора загрузки могут содержаться данные 03 о конфигурации загрузки моделируемого транспортного средства и реального транспортного средства. База 04 данных загрузки содержит ключевые данные 05 моделируемого транспортного средства для ввода в модель 07 транспортного средства и ключевые данные 06 реального транспортного средства для ввода в вычислительное устройство 09.

Термин "ключевые данные" может включать массу, положение центра тяжести и моменты инерции, а также аэродинамические свойства транспортного средства. Аэродинамические свойства заданы функциями скорости транспортного средства, угла атаки и бокового скольжения и угловых скоростей, создающих аэродинамические силы и крутящие моменты.

В модели 07 транспортного средства используют ключевые данные 05 и команды 01 управления транспортным средством для получения расчетного движения 08 моделируемого транспортного средства. Кроме того, в модели 07 транспортного средства может использоваться реакция 13 транспортного средства. Вычислительное устройство 09 вычисляет сигналы 10 управления транспортным средством путем использования расчетного движения 08 моделируемого транспортного средства и ключевых данных 06 реального транспортного средства в качестве исходных данных. Помимо этого, команды 01 управления транспортным средством и(или) реакция 13 транспортного средства могут использоваться в качестве исходных данных, вводимых в вычислительное устройство 09 для вычисления сигналов 10 управления транспортным средством.

Транспортное средство 12 использует сигналы 10 управления и реагирует на тяговое усилие, обеспечиваемое движительной системой, и(или) на установки рулевых поверхностей аналогично моделируемому транспортному средству 08. Результирующее движение транспортного средства 12 используют в качестве ответной реакции на систему, в результате чего во время учебного полета данные реакции 13 транспортного средства непрерывно меняются.

На фиг.2 показан пример применения изобретения в системе имитации загрузки самолета для обучения пилотов выполнению задач различного рода и действиям в ситуациях различного рода при полете на реальном самолете с одной конфигурацией, обычно базовой конфигурацией без загрузки.

На фиг.2 проиллюстрирована предложенная в изобретении система имитации загрузки самолета. Система имитации загрузки самолета включает следующие функциональные блоки: базу 04 данных загрузки, модель 07 имитируемого самолета и вычислительное устройство 09 для вычисления сигналов управления транспортным средством. Остальные блоки отображают самолет с соответствующими функциями управления, командами пилота и вводимыми данными.

В рассматриваемом примере предполагается, что самолет, оснащаемый системой имитации загрузки, имеет систему управления, включающую системный компьютер, электрическую систему управления полетом и систему управления двигателем, такую как полномочная цифровая система управления двигателем. Кроме того, предполагается, что системный компьютер способен обеспечивать информацией и данными компьютеры управления полетом и двигателем и дополнительно позволяет системам управления полетом и двигателем поддерживать связь друг с другом. Хотя предложенная в изобретении система имитационного моделирования предпочтительно частично или полностью встроена в обычный системный компьютер транспортного средства, система имитационного моделирования может быть реализована как отдельная система, связанная с системным компьютером.

Информацию 03 о конфигурации загрузки моделируемого самолета вводят в программно реализованную базу 04 данных загрузки. Загрузка может выражаться в виде внутренней загрузки, такой как вес пассажиров, вес и распределение груза и количество топлива. Загрузка может выражаться в виде внешней загрузки, такой как число, тип и размещение вооружения, или в виде любой другой внутренней или внешней загрузки, такой как дополнительные топливные баки и т.д.

С помощью программно реализованных функций базы 04 данных загрузки вычисляют вес, центр тяжести, моменты инерции, аэродинамические свойства, такие как сопротивление и аэродинамические моменты, и ограничения характеристик, такие как максимально допустимые перегрузки (или диапазон перегрузок, если это применимо). Эти расчетные данные показаны на фиг.2 как ключевые данные 05 моделируемого самолета.

Предполагается, что системный компьютер реального самолета способен определять загрузку для конфигурации реального самолета, используемого для учебного полета. Эта функция обеспечивает реальный самолет такой же информацией, которую моделируемый самолет получает из базы данных загрузки (на фиг.1 эта информация названа ключевыми данными реального транспортного средства). В рассматриваемом примере изобретения реальный самолет не загружен.

Когда система имитации загрузки самолета приведена в действие для инициации учебного полета, база 04 данных загрузки вычисляет ключевые данные 05 моделируемого самолета, которые могут обновляться с учетом изменений загрузки моделируемого и реального самолетов. Такие изменения могут происходить в результате расхода топлива и боеприпасов. В данном примере расход топлива в полете вычисляют на модели 07 самолета.

Во время учебного полета ключевые данные 05 моделируемого самолета непрерывно переносят в программно реализованную функцию под названием модель 07 самолета. Ключевые данные вместе с командами 01 управления самолетом, поступающими от пилота, и данными о движении самолета используют для получения с помощью модели 07 самолета расчетного движения 08 моделируемого самолета в виде, например, угла набора высоты, скорости разгона и вращения (по тангажу, рыскания, крена). На основании измерений 21 реакции 13 самолета получают информацию о движении реального самолета.

Во время учебного полета данные о движении реального самолета на основании измерений 21 непрерывно переносят в вычислительное устройство или программно реализованную функцию, называемую вычислением 09 новых команд. Данные о движении моделируемого самолета и данные о реальных условиях полета используют для вычисления сигналов 10 управления транспортным средством. Сигналы 10 управления транспортным средством включают сигналы 10а управления движением реального самолета, реализованные в штурвалах, педалях и других влияющих на характеристики параметрах, таких как продольная балансировка и установка закрылков, и(или) команды 10b управления реальным двигателем, реализованные в установке тяги. В другом варианте осуществления с целью повышения достоверности имитации используют усовершенствованную схему органов 31 управления двигателем и приводов 32 двигателя. Помимо сигналов 10 управления транспортным средством также могут использоваться другие сигналы управления. Эти сигналы управления не ограничены сигналами, которые исходят от оператора, т.е. командами 01 управления транспортным средством. Например, у газотурбинного двигателя может быть улучшена переходная характеристика тяги, если в качестве источника данных, вводимых в транспортное средство 12, использовать область выхлопного сопла и PLA (угол отклонения рычага управления двигателем). За счет этого можно повысить достоверность имитации некоторых маневров, таких как имитация отделения средств поражения или быстрые повороты. Для новых сигналов управления необходимо усовершенствование схемы органов 31 управления двигателем и приводов 32 двигателей.

Команды управления движением реального самолета поступают в обычные органы 22, 23 управления движением и стабильностью для использования с целью воздействия на рулевые поверхности 24 самолета. Соответственно, команды управления реальным двигателем поступают в обычные органы 31 управления двигателем для использования с целью управления приводами 32 двигателей.

Тем самым, в ответ на тягу, которую создает двигатель 31, и установку рулевых поверхностей 24 самолет реагирует как моделируемый самолет. Результирующее движение самолета используют в качестве ответной реакции для ввода в систему и получают данные реакции 13 самолета, которые непрерывно меняются во время полета.

Чтобы более подробно проиллюстрировать изобретение, далее приведен упрощенный пример вычислений, когда в условиях определенной постоянной скорости и высоты полета пилот желает максимально быстро увеличить скорость на той же высоте. Кроме того, пилот обучается выполнению задачи, для которой необходима определенная конфигурация загрузки самолета, но по соображениям экономии или безопасности или другим причинам во время учебного полета не используют загрузку. Соответственно, учебный самолет имеет меньший общий вес, чем имел бы самолет в соответствующей реальной ситуации, когда он загружен.

Для описания физических состояний самолета использованы следующие определения. Движение самолета описывается четырьмя базовыми силами, как это показано на фиг.3, на которой проиллюстрированы силы, действующие на воздушное транспортное средство. Этими силами являются подъемная сила L, сила тяги Т, сила сопротивления D и гравитационная сила G. Сила сопротивления направлена назад и противоположно вектору скорости v самолета. Подъемная сила направлена перпендикулярно силе сопротивления и зависит от угла атаки α между осью х самолета и вектором скорости v. Гравитационная сила G направлена вниз и задана массой m самолета и гравитационной постоянной g. Угол между осью х самолета и неподвижной горизонтальной осью х представляет собой угол тангажа θ.

Частный пример ограничен продольным управлением самолета. Основным органом управления для перемещения в вертикальной плоскости является руль высоты, а для обеспечения устойчивости используют носовые рули. Руль высоты создает вращательный момент вокруг оси у самолета. Скорость самолета регулируют путем установки тяги двигателя. Таким образом, в рассматриваемом примере соответствующими командами управления самолетом являются угол отклонения штурвала, влияющий на угол отклонения руля высоты, и угол отклонения рычага управления двигателем (PLA), влияющий на тягу двигателя Т. Все силы, действующие на самолет, зависят от параметров, таких как давление, температура, высота, скорость, угол атаки, аэродинамика и загрузка самолета, такая как остаток топлива, число пассажиров, боевая загрузка и т.д. В описанных далее уравнениях (2) и (3) все эти параметры обозначаются как р.

Самолет имеет органы воздействия на функции управления самолета посредством сигналов управления транспортным средством. В данном случае для изменения положения руля управления полетом, например угла отклонения руля высоты, может использоваться штурвал самолета. Для регулирования тяги двигателя может использоваться рычаг управления двигателем. При увеличении угла отклонения рычага управления двигателем дроссельная заслонка двигателя открывается, в результате чего в зависимости от загрузки самолета меняется ускорение. Это проиллюстрировано на фиг.4, на которой показано ускорение и увеличение скорости загруженного и не загруженного самолета при шаге угла отклонения рычага управления двигателем от PLA≈54° максимально до 100° в момент времени t=4s.

Непрерывная кривая отображает не загруженный учебный самолет без применения способа имитационного моделирования согласно изобретению. Пунктирная кривая отображает тот же учебный самолет, если он загружен. Как следует из кривых, ускорение и увеличение скорости не загруженного самолета и загруженного самолета близко совпадают, что делает такое обучение пилота менее реалистичным и не таким эффективным.

Как уже упоминалось, в изобретении предложена модель для имитации определенного состояния самолета и(или) окружающей среды. Моделируемое состояние является возможным реальным состоянием, которое отличается от фактического состояния самолета и(или) окружающей среды. В рассматриваемом примере желательно, чтобы ускорение не загруженного самолета во время учебного полета стало таким же, как у действительно загруженного самолета. От органов управления поступают команды управления транспортным средством; в данном случае для получения исходных данных, вводимых в модель самолета для вычисления сигналов управления транспортным средством, используют рычаг управления тягой и ручку руля высоты, а также команды управления транспортным средством и ключевые данные желаемых моделируемых состояний.

Эти сигналы управления транспортным средством, отличающиеся от предполагаемых сигналов, если исходить из команд управления реальным транспортным средством без использования системы имитации загрузки, затем используют для управления самолетом таким образом, чтобы самолет реагировал на команды управления соответственно состоянию, имитируемому моделью самолета, а не фактическому состоянию самолета.

В данном случае команды управления транспортным средством используют для управления функцией управления двигателем, а именно дроссельной заслонкой двигателя, чтобы установить такую тягу двигателя, при которой загруженный учебный самолет имеет ускорение (и скорость), которое имел бы загруженный самолет при такой же настройке приборов и таких же командах пилота без вычисления упомянутых команд управления транспортным средством.

Если допустить, что тяга двигателя направлена по оси х самолета, движение самолета, выраженное в неподвижных координатах x-z, может быть описано следующими уравнениями:

Таким образом, в проиллюстрированной имитации ускорение (и скорость) учебного самолета поддерживают таким же, как у загруженного самолета. В уравнении (4) с использованием, например, пропорционально-интегрального (ПИ) регулятора осуществляют совмещение ускорения по оси х. С помощью ПИ-регулятора вычисляют команду PLA реального двигателя. Ti и k соответственно означают временную константу и усиление регулятора. PLA0 означает установившуюся потребность тяги для учебного полета и обеспечивает установившуюся скорость как у моделируемого самолета, управляемого реальным пилотом.

Хотя здесь подробно не описано, как управляют рулевыми поверхностями самолета, такими как руль высоты, чтобы поддерживать высоту полета учебного самолета, сигналы управления транспортным средством также вычисляют с целью оказания желаемого воздействия на рулевые поверхности самолета. Конечно, при имитации различных состояний самолета и(или) окружающей среды необходимы различные алгоритмы. Во многих случаях требуется решать шестимерную задачу, что также означает включение боковых маневров в полете.

Кроме того, здесь подробно не рассмотрены изменения таких важных параметров, как угол атаки, угол тангажа или моменты инерции. Тем не менее, эти параметры включены в проиллюстрированный на фиг.5 пример имитации и представлены в уравнениях (2) и (3) в виде р.

Далее приведена последовательность преобразования команд пилота с помощью предложенных в изобретении системы и способа.

а) пилот выбирает соответствующий учебный режим полета,

б) момент инерции вокруг оси у самолета, массу самолета и центр тяжести согласно базе данных загрузки вместе с текущими значениями и исходными данными, зарегистрированными за непосредственно предшествующий период, используют для вычисления силы сопротивления, подъемной силы, гравитационной силы и момента моделируемого самолета путем использования модели самолета,

в) затем рассчитывают движение моделируемого самолета с использованием уравнений (1), (2) и (3). Система управляет самолетом таким образом, чтобы реальный самолет следовал по траектории полета моделируемого самолета. Путем использования команд пилота и различий между траекторией полета моделируемого самолета и фактическими условиями полета в качестве исходных данных на выходе получают команды управления движением реального самолета и команды управления реальным двигателем. Затем эти сигналы управления транспортным средством используют для управления самолетом.

В левой части фиг.5 показано, как фактическое ускорение не загруженного самолета повторяет предполагаемое моделируемое ускорение (смотри также пунктирную кривую на фиг.4) моделируемого загруженного самолета. Самолет точно повторяет модель, то есть его характеристики очень близки к характеристикам моделируемого загруженного самолета.

В приведенном примере командой пилота является шаг угла отклонения рычага управления двигателем от PLA≈54° максимально до 100°, что показано пунктирной кривой на фиг.5. Используемая в полете расчетная команда PLA реального двигателя, которая соответствует команде пилота и реально воздействует на тягу двигателя, отображена нижней непрерывной кривой и делает реакцию самолета схожей с предполагаемой реакцией загруженного самолета. Этот вывод можно сделать из упрощенного примера.

Подразумевается, что настоящее изобретение не ограничено описанными выше и проиллюстрированными на чертежах вариантами осуществления; при этом специалисту в данной области техники будет ясно, что в него может быть внесено множество изменений и усовершенствований, не выходящих за объем прилагаемых притязаний. Например, используемые в способе алгоритмы модели могут быть изменены во многих отношениях.

1. Способ обучения в процессе эксплуатации транспортного средства (12), имеющего систему управления, в которую от обучаемого лица поступают команды (01) управления транспортным средством, отличающийся тем, что обеспечивают средство (00) моделирования состояния транспортного средства (12) и(или) окружающей среды, в которой находится транспортное средство, при этом моделируемое состояние является возможным реальным состоянием транспортного средства и(или) окружающей среды, которое отличается от фактического состояния транспортного средства и(или) окружающей среды,
используют команды (01) управления транспортным средством и средство (00) моделирования, включающее вычислительное устройство (09) для обработки сигналов (10) управления транспортным средством, и
используют упомянутые сигналы (10) управления транспортным средством для управления транспортным средством таким образом, чтобы транспортное средство (12) реагировало на команды (01) управления транспортным средством соответственно состоянию, имитируемому средством (00) моделирования, а не фактическому состоянию транспортного средства и(или) окружающей среды.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сигналы (10) управления транспортным средством вычисляют, используя вычислительное устройство (09), содержащее модель реального транспортного средства, и команды (01) управления транспортным средством в качестве данных, вводимых в модель реального транспортного средства.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что сигналы (10) управления транспортным средством вычисляют, используя в качестве данных, вводимых в вычислительное устройство (09), ключевые данные (05) моделируемого состояния транспортного средства и(или) ключевые данные (06) реального транспортного средства.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что сигналы (10) управления транспортным средством вычисляют, используя вычислительное устройство (09), содержащее обратную модель реального транспортного средства с расчетным движением моделируемого транспортного средства в качестве исходных данных, и сигналами управления транспортным средством в качестве выходных данных, и расчетное движение (08) транспортного средства в моделируемом состоянии в качестве данных, вводимых в эту обратную модель реального транспортного средства для вычисления сигналов (10) управления транспортным средством.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что сигналы (10) управления транспортным средством вычисляют, используя средство (00) моделирования, включающее базу (04) данных загрузки.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что ключевые данные (05) моделируемого состояния транспортного средства и(или) ключевые данные (06) фактического состояния транспортного средства вычисляют, используя базу (04) данных загрузки.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что ключевые данные (05) моделируемого состояния транспортного средства вычисляют, используя в качестве данных для ввода в базу (04) данных загрузки команды (01) управления транспортным средством.

8. Способ по п.6 или 7, отличающийся тем, что ключевые данные (06) фактического состояния транспортного средства вычисляют, используя реакцию (13) транспортного средства в качестве данных для ввода в базу (04) данных загрузки.

9. Способ по п.6 или 7, отличающийся тем, что ключевые данные (05) моделируемого состояния транспортного средства и(или) ключевые данные (06) фактического состояния транспортного средства вычисляют, используя конфигурацию (03) загрузки транспортного средства в моделируемом состоянии и(или) фактическом состоянии в качестве данных для ввода в базу (04) данных загрузки.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что сигналы (10) управления транспортным средством вычисляют, используя средство (00) моделирования, содержащее модель (07) транспортного средства.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что на первой стадии вычисляют движение транспортного средства в моделируемом состоянии, используя в качестве исходных данных модель (07) транспортного средства и упомянутые команды (01) управления транспортным средством, а затем на второй стадии вычисляют упомянутые сигналы (10) управления транспортным средством, используя в качестве данных для ввода в вычислительное устройство (09) расчетное движение (08) транспортного средства на моделируемой стадии.

12. Способ по п.10 или 11, отличающийся тем, что ключевые данные моделируемого состояния (05) транспортного средства используют в качестве данных для ввода в модель (07) транспортного средства.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что ключевые данные моделируемого состояния (05) транспортного средства вводят в модель (07) транспортного средства во время работы транспортного средства.

14. Способ по п.11, отличающийся тем, что упомянутые сигналы (10) управления транспортным средством вычисляют, используя в качестве исходных данных на второй стадии команды (01) управления транспортным средством.

15. Способ по п.11, отличающийся тем, что упомянутые сигналы (10) управления транспортным средством вычисляют, используя в качестве исходных данных на второй стадии ключевые данные (06) реального транспортного средства.

16. Способ по п.1, отличающийся тем, что сигналы (10) управления транспортным средством вычисляют, используя реакцию (13) транспортного средства в качестве исходных данных для ввода в средство (00) моделирования.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что сигналы (10) управления транспортным средством вычисляют, используя реакцию (13) транспортного средства в качестве исходных данных для ввода в вычислительное устройство (09).

18. Способ по п.10 или 11, отличающийся тем, что сигналы (10) управления транспортным средством вычисляют, используя реакцию (13) транспортного средства в качестве исходных данных для ввода в модель (07) транспортного средства.

19. Способ по п.1, отличающийся тем, что сигналы (10) управления транспортным средством используют для моделирования нестационарных эффектов движения транспортного средства, связанных с уменьшением загрузки.

20. Способ по п.1, отличающийся тем, что для вычисления сигналов (10) управления транспортным средством используют в средстве (00) моделирования расчетные данные, которые устанавливают связь между определенными командами управления транспортным средством и сигналами управления транспортным средством.

21. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутые сигналы (10) управления транспортным средством используют для управления по меньшей мере одним приводом транспортного средства.

22. Способ по п.21, отличающийся тем, что упомянутые сигналы (10) управления транспортным средством используют для управления по меньшей мере одним приводом двигателя транспортного средства.

23. Способ по п.22, отличающийся тем, что упомянутые сигналы (10) управления транспортным средством используют для регулирования мощности или тяги двигателя.

24. Способ по п.21, отличающийся тем, что упомянутые сигналы (10) управления транспортным средством используют для управления по меньшей мере одной рулевой поверхностью транспортного средства.

25. Способ по п.24, отличающийся тем, что упомянутые сигналы (10) управления транспортным средством используют для управления положением рулевой поверхности.

26. Способ по п.21, отличающийся тем, что упомянутые сигналы (10) управления транспортным средством используют для управления по меньшей мере одним колесом транспортного средства.

27. Способ по п.26, отличающийся тем, что упомянутые сигналы (10) управления транспортным средством используют для управления по меньшей мере одним тормозным приводом колес транспортного средства.

28. Способ по п.1, отличающийся тем, что создают моделируемое состояние транспортного средства, в котором вес транспортного средства отличается от фактического веса транспортного средства.

29. Способ по п.1, отличающийся тем, что создают моделируемое состояние транспортного средства, в котором загрузка транспортного средства отличается от фактической загрузки.

30. Способ по п.1, отличающийся тем, что в один и тот же период работы транспортного средства осуществляют переключение между работой в режиме обучения, в котором может быть определено поведение транспортного средства в моделируемом состоянии, и работой в нормальном режиме.

31. Способ по п.1, отличающийся тем, что переключение между различными моделируемыми состояниями транспортного средства осуществляют во время одного и того же полета транспортного средства, который представляет собой воздушное транспортное средство.

32. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют обучение в процессе эксплуатации воздушного транспортного средства, которое может иметь первую конфигурацию или вторую конфигурацию с возможностью их выбора оператором в полете, и используют состояние, моделируемое средством (00) моделирования, для имитации перехода от первой конфигурации ко второй конфигурации.

33. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют обучение в процессе эксплуатации воздушного транспортного средства.

34. Система обучения в процессе эксплуатации транспортного средства, имеющего систему управления, в которую от обучаемого лица поступают команды (01) управления транспортным средством (12), отличающаяся тем, что она включает средство (00) моделирования состояния транспортного средства (12) и(или) окружающей среды, в которой находится транспортное средство, при этом моделируемое состояние является возможным реальным состоянием транспортного средства и(или) окружающей среды, которое отличается от фактического состояния транспортного средства и(или) окружающей среды, средство вычисления сигналов (10) управления транспортным средством с использованием команд (01) управления транспортным средством и средства (00) моделирования, а также средство передачи упомянутых сигналов (10) управления транспортным средством по меньшей мере одному управляемому узлу транспортного средства для управления транспортным средством (12) таким образом, чтобы оно реагировало на команды (01) управления транспортным средством соответственно состоянию, имитируемому средством (00) моделирования, а не фактическому состоянию транспортного средства и(или) окружающей среды.

35. Воздушное транспортное средство, включающее систему обучения по п.34.

36. Наземное транспортное средство, включающее систему обучения по п.34.

37. Космический летательный аппарат, включающий систему обучения по п.34.

38. Водное транспортное средство, включающее систему обучения по п.34.



 

Наверх