Кабина лётного тренажёра: создание и особенности

Введение

Кокпит, используемый для обучения пилотов с помощью авиационного симулятора.

Симуляторный кокпит, симпит или симуляторная платформа – это среда, предназначенная для воссоздания кабины транспортного средства. Хотя чаще всего подобные комплексы создаются на базе кабины самолета, этот термин применим и к проектам, имитирующим кабины поездов, космических кораблей или автомобилей. Термин "симпит" обычно используется для обозначения любительских, самодельных установок, которые и являются основной темой данной статьи. Более подробную информацию о коммерческих авиационных симуляторах можно найти в статье "Авиационный симулятор".

Смиты самолетов

По своей природе, кабины пилотов самолетов имеют сложные органы управления, приборы и радиосвязь, отсутствующие в других типах симуляторов. Воссоздание этих элементов представляет собой дополнительные трудности для любого, кто занимается постройкой кабины. Компоненты самолетов часто дороги в приобретении, а доступ к реальным кабинам пилотов, скорее всего, будет ограничен из-за соображений безопасности, особенно после терактов 11 сентября или если конструктор выбрал современный военный самолет. Чтобы избежать множества проблем, не стоит стремиться к точной копии конкретного самолета, а лучше воссоздать класс самолетов. Таким образом, создается универсальная кабина общего назначения, авиалайнера или военного самолета, которая, хотя и не будет содержать каждую кнопку или переключатель реального самолета, будет включать в себя все ключевые элементы для симуляции. Альтернативный подход – построить точную 1:1 копию реальной кабины, используя настоящие панели или даже полную кабину из выбранного самолета. Все проекты кабин будут находиться где-то между этими двумя концепциями, и даже высокоточные реплики часто идут на некоторые компромиссы, хотя бы из-за ограничений симуляционного программного обеспечения, которым они управляются. При создании реплик ключевым будет выбор самолета. С ростом популярности домашних кабин существует ряд компаний, продающих готовые комплекты для распространенных моделей, а детали панелей современных Airbus и Boeing относительно легко доступны. Для более старых самолетов ценными источниками информации могут быть музеи или авиационные кладбища. Однако, хотя исследования часто позволяют найти много информации, иногда требуется лишь незначительная деталь. Например, ширина центральной консоли, ее размеры или расположение в кабине. Если информация недоступна в открытых источниках, были разработаны более тонкие методы ее получения. Например, подсчет пикселей на цифровой фотографии самолета. Подсчитав пиксели в элементе известного размера, например, стандартном приборе кабины, можно установить масштаб. Затем его можно использовать для оценки размеров неизвестных элементов панели. Точность будет зависеть от качества фотографии, угла съемки и т.д. Однако это может дать хорошее представление о размерах в ситуациях, когда нет других источников информации. Уровень функциональности также будет варьироваться в кабине. Очень реалистичные кабины могут содержать неработающие приборы, установленные исключительно для создания ощущения присутствия. На вершине реализма будут отдельные реальные приборы, модифицированные из настоящих компонентов самолета или их реплики. Этот подход обеспечивает максимальное погружение, но значительно усложняет процесс постройки, требуя изготовления интерфейсной электроники и написания соответствующих драйверов программного обеспечения. Компромиссным решением является отображение приборов на мониторе и установка его за панелью. Симулированные приборы можно будет видеть через вырезы, что может создать реалистичный эффект, особенно если в реальном самолете используются дисплеи "стеклянной кабины". Многие строители кабин сначала создают базовую, недорогую модель, чтобы получить выделенное пространство для своего хобби. Полученный опыт можно будет применить, если они позже решат построить более сложную модель или реплику, что потребует значительного времени, усилий и энтузиазма.

By their very nature, aircraft cockpits tend to have complex controls, instrumentation, and radios not present in other types of simulation. Recreating these present specific additional challenges to anyone building a cockpit. Aircraft components are often expensive to purchase, and access to real aircraft cockpits is likely to be restricted due to security concerns, especially in the wake of the 9/11 attacks or if the builder has chosen a current military aircraft. A way to avoid a lot of the pitfalls is to not replicate a specific aircraft, simply a class of aircraft. Thus creating a generic GA, airliner, or military cockpit, which while it will not have every button or switch of the real aircraft, will have all the key elements for simulation. The other end of the scale is to build an exact 1:1 replica of the real cockpit, using real panels or even a complete cockpit from the chosen plane. All cockpit builds will be somewhere between these two concepts, and even highly accurate replica pits will often make some concessions, if only due to limitations of the simulation software driving them. For replica pits, the choice of aircraft will be key. With the growth of home cockpits, there are a number of companies who sell complete kits for common aircraft, and the details of current Airbus and Boeing aircraft panels are fairly easy to obtain. For older aircraft, museums or scrap yards can be valuable sources of information. However, while research will often locate a lot of information, sometimes it is a minor detail that is needed. For example, how wide the center pedestal is, how large it should be, or its relative placement in the pit. Where the information is not in the public domain, more subtle techniques have been developed to obtain the information. For example, pixel counting from a digital photo of the aircraft. By counting the pixels in an item of known size, for example, a standard cockpit instrument, a scale can be established. This can then be used to estimate the size of unknown elements in the panel. Accuracy will vary depending on the quality of the photo located, the angle the shot was taken from, etc. However, this can give a good guideline on dimensions in situations where there may be no other source of information. The level of functionality will also vary within the 'pit'. Very realistic looking pits may have nonfunctioning instruments, simply in place to complete the 'feel' of the cockpit. At the top end of realism would be individual real instruments, either modified from actual aircraft components or replicated. This approach provides the maximum immersion, but presents a dramatic increase in building complexity, with interface electronics needing to be fabricated and the associated software drivers needing to be written. A compromise between the two is to display the instruments on a monitor and mount this behind the panel. The simulated instruments can then be seen through the cutouts which can give a realistic effect, especially if the aircraft uses 'glass cockpit' displays in real life. Many pit builders go through the process of building a basic, low spec compromise pit first, just to give them a dedicated environment to practice their hobby. The lessons learned in this process can be put to good use if they later decide to build a high spec compromise or replica pit, which requires a great deal of time, effort, and passion to complete.

Общая авиация

Домашние тренажеры давно являются распространенным средством обучения для частных пилотов. Недавно возросшая мощность домашних ПК и усовершенствования в графике и технологии моделирования открыли новые возможности для использования ПК в качестве учебного пособия. Фактически, сейчас довольно легко добиться очень реалистичного опыта обучения прямо у себя дома, используя готовые коммерческие продукты. Если ранние симуляторы позволяли отрабатывать полеты по приборам, то благодаря фотореалистичным дополнениям пилоты теперь могут практиковать визуальные полеты и навигацию. Проигрывание полета на ПК перед его выполнением в реальном мире делает занятия на настоящем самолете более эффективными. Учитывая этот рынок, ряд поставщиков предлагают готовые настольные симуляционные комплексы. Радиостанции, приборы, штурвалы, педали, рычаги управления двигателем и кресла легко доступны в магазинах для пилотов. Это позволяет собрать высокореалистичную кабину легкомоторного самолета всего за несколько минут. Однако энтузиаст, скорее всего, пойдет гораздо дальше функциональной кабины, необходимой для обучения, добавляя элементы для усиления эффекта присутствия. Корпуса, проекторы и даже настоящие компоненты самолета или носовые части часто используются в стремлении сделать ощущения максимально реалистичными.

Коммерческая авиация

В то время как кабины для общей авиации часто создаются для тренировки реальных пилотов, кабины для коммерческих самолетов зачастую предназначены исключительно для развлечения. Очень мало людей, не являющихся профессиональными пилотами, имеют возможность пилотировать настоящий авиалайнер, но реалистичный домашний симулятор обеспечит глубокое погружение в процесс. Кабины коммерческих авиалайнеров представляют собой более сложную задачу для создателей, поскольку необходимо моделировать больше систем, таких как автопилот, CDU/FMS, управление двигателем и т.д. Даже рычаг управления двигателем – это сложный инженерный элемент по сравнению с простой копией рычага тяги/оттяжки, используемого в Cessna для общей авиации. Однако существует ряд коммерческих поставщиков, предлагающих реплики панелей, органов управления и даже полные кабины пилотов сообществу. Если эти или "оригинальные" компоненты недоступны или превышают бюджет, создатели часто изготавливают компоненты самостоятельно из дерева или других легко обрабатываемых материалов. С появлением "стеклянных кабин" в большинстве современных самолетов стало проще создавать высокореалистичные панели. Отображение информации на этих панелях может осуществляться с помощью многомониторных видеокарт или сети компьютеров, работающих под управлением специализированного программного обеспечения, которое считывает данные из симулятора, распределяя вычислительную нагрузку. Интерфейсы для переключателей, ручек и других элементов можно приобрести в продаже или создать путем разборки существующего оборудования, такого как клавиатуры или джойстики. Обратная связь от компьютера к панели, например, для включения предупредительных ламп или перемещения реального прибора, более сложна и обычно реализуется через коммерческую плату расширения.

Военная авиация

Третий распространенный жанр симпита – военный кокпит. Как и коммерческие симпиты, эти симуляторы обычно создаются скорее для развлечения, чем для тренировок. Военные кокпиты чаще всего основаны на одном типе самолета, нередко на F-16, благодаря доступности высокореалистичного программного обеспечения для его моделирования (Falcon 4.0).

Программное обеспечение

Одним из первых программных требований к симпиту является подходящий авиасимулятор, обеспечивающий графику, звук и вывод данных приборов для кабины. На сегодняшний день большинство гражданских симпитов создаются на базе Microsoft Flight Simulator, а большинство военных – на базе Falcon 4.0, однако с 2013 года серия Digital Combat Simulator вызвала интерес и к самолету A-10. X-Plane 11 также является мощным программным пакетом с хорошей поддержкой нескольких экранов. Программное обеспечение для голосовой связи (VoIP) обычно интегрируется в симпит, поскольку это позволяет общаться в реальном времени с другими виртуальными пилотами. Другое программное обеспечение может быть разработано специально для управления аппаратными компонентами кабины, например, интерпретатор для МФД или пользовательский модуль для реализации индикатора угла атаки (AoA). Во многих случаях потребность в пользовательском программном обеспечении можно устранить, используя управляющее оборудование с обширным SDK или API, но часто готовых решений для уникальных приборов не существует, и требуется специализированное программное обеспечение.

Симулятор гоночных автомобилей

В симуляторных гонках сиденье, руль и педали часто соединяются с помощью прочной рамы из алюминиевых профилей или аналогичных материалов, чтобы компоненты не смещались во время использования. Это обеспечивает большую жесткость и улучшенную производительность, что особенно важно при работе с более мощным оборудованием, таким как рули с прямым приводом и высоким крутящим моментом, или тяжелыми педалями с датчиком нагрузки, которые могут регулярно использоваться с усилием в 100 кг. Рама становится своего рода "скелетом", к которому крепятся остальные компоненты симулятора. К той же раме, что и сиденье, руль и педали, можно прикрепить и другие аксессуары, такие как рычаг переключения передач или ручной тормоз. Многие высококачественные рамы изготавливаются из алюминиевых профилей с Т-образными пазами, которые являются модульными и обеспечивают хорошую регулировку положения сиденья, руля и педалей. Сам каркас может весить более 50-60 кг и занимать площадь пола размером 1,4 метра в длину и 66 см в ширину. Кроме того, требуется дополнительное пространство для сиденья и мониторов, и при использовании трех мониторов вся конструкция может легко занимать площадь 1,4 м × 1,4 м.

Высота симулятора зависит, в частности, от стиля посадки. Часто различают вертикальную и более универсальную посадку в стиле GT или спортивных автомобилей, с одной стороны, и более низкую и специализированную, почти лежачую посадку в стиле Формулы-1, с другой. Высота симулятора может варьироваться, но указанные типы могут обеспечивать общую высоту над полом в 120 см (GT) или 80 см (F1). Посадка в стиле GT более распространена по нескольким причинам:

При посадке в стиле GT ягодицы располагаются выше педалей (например, поверхность сиденья может быть на 10-30 см выше нижней части педалей), что способствует более комфортной и эффективной позе вождения с углом сгибания локтей и коленей в 90-120 градусов. Это обеспечивает гибкое положение, облегчающее управление рулем в симуляторе, и делает вождение более эффективным и комфортным в течение длительного времени. В отличие от посадки в стиле GT, в симуляторе F1 обычно сиденье расположено ниже педалей (например, поверхность сиденья может быть на 15 см ниже нижней части педалей). В реальной жизни посадка в стиле Формулы-1 является результатом стремления к улучшенной аэродинамике и снижению центра тяжести, что важно для настоящих гоночных автомобилей, но не способствует комфортной позе вождения. Вождение в позе, имитирующей Формулу-1, может быстро утомить. Некоторые недорогие рули оснащены креплениями для стола, а педали – резиновыми ножками для обеспечения трения о ковер или пол, что позволяет использовать руль и педали без рамы. Однако даже с таким недорогим оборудованием рама может значительно повысить жесткость и устойчивость, улучшив впечатления от вождения. Существуют также более дешевые складные гоночные кресла с точками крепления для педалей и руля. Это улучшает ситуацию по сравнению с использованием отдельных компонентов и занимает меньше места для хранения.