ИМИТАТОР ВИЗУАЛЬНОЙ ОБСТАНОВКИ АВИАЦИОННОГО ТРЕНАЖЕРА Российский патент 2004 года по МПК G09B9/08 

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к авиационному тренажеростроению.

Имитатор визуальной обстановки (ИВО) входит в состав тренажера и обеспечивает обучаемому видимость через остекления кабины тренажера имитируемой местности и объектов. Изображение меняется в соответствии с имитируемыми движениями летательного аппарата и пролетаемой местностью.

Для обеспечения привития обучаемому пилоту правильных навыков визуального пилотирования необходимо, чтобы ИВО правильно учитывал бинокулярность зрения (1).

Известны ИВО, в состав которых входит телевизионный индикатор и оптико-коллимационное устройство (ОКУ), обеспечивающее перенос изображения в бесконечность (2).

В реальном полете пилоты самолетов наблюдают через остекления кабин пролетаемую местность и видимые объекты на расстояниях десятки, сотни и тысячи метров.

Для зрительной системы пилота (наблюдателя) это практически соответствует бесконечности, так как расстояние между зрачками глаз несоизмеримо мало по сравнению с расстояниями до видимых объектов. Известно, что такие факторы зрения как угол конвергенции (угол схождения зрачков глаз на рассматриваемом объекте), аккомодация (фокусировка глаз) и диспарантность (разность изображений на сетчатках глаз) эффективны примерно: угол конвергенции - до расстояния 20-30 метров, аккомодация - до 5-10 метров и диспарантность - до тысячи метров.

Использование в ИВО оптико-коллимационного устройства для имитации изображения, видимого пилотами самолетов через остекления кабин в бесконечности (десятки и сотни метров), вполне оправдано, общепринято и узаконено сертификационными требованиями к тренажерам пилотов самолетов гражданской авиации.

Имеют место случаи, когда пилоты летательного аппарата могут наблюдать местность и объекты на малых расстояниях. Например, пилоты вертолетов, наблюдая местность и объекты через боковой блистер, используют эту информацию для обеспечения висения вертолета на заданной высоте, которая может быть несколько метров (например, от 3-х до 30 метров). То же может быть при приближении вертолета или космического корабля к другому объекту. В этих случаях имитация на тренажере пилота вертолета изображения в бесконечности создает условия тренировки, отличные от условий реального полета, что снижает эффективность тренировок на тренажерах и является существенным недостатком таких ИВО и тренажеров.

На некоторых тренажерах экипажей вертолетов установлены ИВО с устройством отображения визуальной информации в виде просветных или отражательных экранов, изображение на которые поступает с видеопроектора. На некоторых тренажерах в качестве устройства отображения используется монитор прямого наблюдения без ОКУ.

Во всех этих случаях бинокулярность зрения учитывается неправильно, так как экран или монитор обычно располагается на расстоянии 1,0-3 метра от наблюдателя, при этом имитация видимости объектов на расстояниях 5 и более метров будет на таком тренажере существенно отличаться от видимости этой местности в реальном полете (1).

Кроме того, конечное близкое расстояние до экрана с изображением при движении головы наблюдателя (обучаемого) приводит к изменению изображения на сетчатках его глаз не так, как в полете при наблюдении предметов на разных расстояниях.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение эффективности тренировок за счет устранения этих недостатков в ИВО тренажеров, например, для пилотов вертолетов при имитации изображения, видимого через боковой блистер, или других летательных аппаратов, например космических кораблей или самолетов с вертикальным взлетом.

Известны различные имитаторы визуальной обстановки (ИВО) авиационных тренажеров, содержащие устройство выработки видеосигнала, телевизионный индикатор и оптико-коллимационное устройство (ОКУ). Эти ИВО отличаются между собой типами составляющих устройств.

В качестве устройств выработки видеосигнала могут использоваться оптико-телевизионные устройства с телекамерой и физическим макетом местности или компьютерные генераторы изображений. В качестве телевизионного индикатора может использоваться телевизионный монитор или видеопроектор с экраном.

ОКУ может быть соосного или несоосного типа, а также с использованием линзового коллимирующего устройства или сферического зеркала.

В ОКУ соосного типа имеется светоделительная оптическая пластина, которая позволяет убрать монитор из поля зрения наблюдателя (2 и 3).

По совокупности общих существенных признаков наиболее близким к заявленному ИВО является ИВО авиационного тренажера КТС ТУ-204, разработки Пензенского конструкторского бюро моделирования.

Один из таких тренажеров сдан в эксплуатацию в конце 2001 года.

Состав и работа имитатора изложены в "Руководстве по эксплуатации тренажера КТС ТУ-204", чертежный №419.90.612 РЭ, с.12-13 и 94-95 (4).

ИВО этого тренажера принимаем за прототип.

В состав этого ИВО входит компьютерный генератор изображения (КГИ), вырабатывающий видеосигнал, устройство индикации (система отображения визуальной информации), состоящее из телевизионного монитора (телевизионный индикатор) и ОКУ соосного типа со сферическим зеркалом (см. "Источники информации" п.2, с.78, рис.3.6 б). Экран монитора устройства индикации совмещен с фокальной поверхностью сферического зеркала ОКУ и подключен к выходу компьютерного генератора изображения. Изображение с монитора поступает в ОКУ, которое переносит его в бесконечность. С выхода ОКУ изображение поступает к наблюдателю (обучаемому).

Сигналы на вход компьютерного генератора изображения поступают с выхода вычислителя тренажера.

Работа имитатора в составе тренажера описана ниже.

Обучаемый, используя визуальную информацию о движении имитируемого летательного аппарата, наблюдаемую через ОКУ, воздействует на органы управления. Сигналы с органов управления поступают в вычислитель тренажера, а с его выхода на вход КГИ ИВО, что приводит к соответствующему изменению видеосигнала и изображения на выходе ОКУ. Учитывая изменения изображения, обучаемый продолжает пилотирование в тренажере.

Основной недостаток прототипа состоит в том, что его практически нельзя эффективно использовать для имитации видимого изображения близко расположенных объектов, например для имитации видимости местности и объектов через боковой блистер вертолета в режимах висения на малых высотах.

Недостаток обусловлен применением в прототипе оптико-коллимационного устройства, переносящего изображение в бесконечность, что не обеспечивает на тренажере правильное зрительное восприятие с учетом бинокулярности зрения при имитации видимости местности на малых высотах и приводит, как следствие, к привитию неправильных навыков пилотирования в этом режиме.

Это снижает эффективность обучения и функциональные возможности ИВО и тренажера.

Изобретение обеспечит повышение эффективности и расширение функциональных возможностей ИВО, например, на тренажерах экипажей вертолетов при имитации полетов на малых высотах за счет приближения условий обучения на тренажере к условиям реальных полетов в этих режимах.

Повышение эффективности достигается за счет обеспечения оптического переноса поверхности с изображением на дальность, соответствующую дальности до имитируемой местности и объектов, что, в свою очередь, обеспечивает правильный учет в тренажере бинокулярности зрения и, как следствие, позволяет приблизить условия обучения на тренажере к условиям реального полета и прививать правильные навыки пилотирования в этих режимах.

Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным ИВО, содержащим устройство выработки видеосигнала, подключенное к выходным сигналам вычислителя тренажера, телевизионный индикатор, содержащий экран с изображением, подключенный к выходу устройства выработки видеосигнала, и сферическое зеркало, на центр которого направлен экран телевизионного индикатора и через которое обучаемый наблюдает изображение, введен блок перемещения телевизионного индикатора вдоль оптической оси между центром экрана индикатора и центром сферического зеркала.

Сигнал величины необходимого перемещения, соответствующий имитируемой высоте вертолета над землей, подается на блок перемещения с вычислителя тренажера, а выход блока перемещения кинематически соединен с телевизионным индикатором и перемещает его экран с изображением в промежутке между фокальной поверхностью и центром сферического зеркала.

В процессе проведенного поиска по источникам научно-технической и патентной информации не было обнаружено устройства, совокупность существенных признаков которого обеспечивает технический результат, достигаемый заявляемым изобретением.

Таким образом, заявляемое изобретение представляет техническое решение, являющееся новым, промышленно применимым и имеющим изобретательский уровень.

Блок-схема предлагаемого изобретения представлена на чертеже.

На вход устройства 1 выработки видеосигнала подаются сигналы с вычислителя тренажера. Выход устройства 1 выработки видеосигнала подключен к входу телевизионного индикатора 2, экран с изображением которого направлен в сторону центра сферического зеркала 3.

Телевизионный индикатор 2 кинематически соединен с выходом блока 4 перемещения телевизионного индикатора, на вход которого поступают сигналы с вычислителя тренажера, соответствующие имитируемой высоте вертолета.

Наблюдатель (обучаемый) видит изображение, поступающее со сферического зеркала 3.

Имитатор визуальной обстановки работает следующим образом.

Исходные данные в устройство 1 выработки видеосигнала поступают с вычислителя тренажера и содержат информацию о положении имитируемого летательного аппарата относительно пролетаемой местности и видимых объектах.

Устройство 1 вырабатывает видеосигнал, соответствующий имитируемому изображению, видимому наблюдателем (обучаемым).

Этот видеосигнал поступает на вход телевизионного индикатора 2, который индицирует изображение на своем экране. Это изображение через сферическое зеркало 3 поступает к наблюдателю. Оптическое удаление изображения от наблюдателя зависит от относительного положения экрана индикатора 2 и зеркала 3.

Если дальность до имитируемой местности, видимой обучаемым, например, через блистер вертолета велика и зрительная система должна воспринимать ее удаленной в бесконечность, то экран телевизионного индикатора 2 должен быть совмещен с фокальной поверхностью зеркала 3. Если дальность равна конечной величине, например 3-30 метров, то вычислитель тренажера вырабатывает соответствующий сигнал, который поступает на вход блока 4 перемещения телевизионного индикатора 2, и блок 4 через кинематику перемещает экран индикатора 2 в положение, при котором видимая наблюдателем дальность соответствует имитируемой.

Наблюдатель по видимому изображению осуществляет пилотирование на тренажере, и при этом, соответственно, меняются сигналы с вычислителя тренажера на входе устройства 1 выработки видеосигнала и блока 4 перемещения телевизионного индикатора. Соответственно меняется и содержание изображения за счет изменения видеосигнала и имитируемая дальность его восприятия обучаемым за счет соответствующего перемещения экрана с изображением телевизионного индикатора.

В качестве устройства 1 выработки видеосигнала может использоваться, например, компьютерный генератор изображения, содержащий ПЭВМ с соответствующим программным обеспечением и базой данных.

В качестве телевизионного индикатора 2 - монитор или видеопроектор с экраном.

Сферическое зеркало 3 может быть изготовлено, например, из силикатного стекла с наружным зеркальным покрытием.

Блок 4 перемещения телевизионного изображения может представлять собой, например, следящую систему с электродвигателем, усилителем и элементом обратной связи.

Как видно из вышеописанного, именно совокупность существенных признаков, реализуемая в предлагаемом изобретении, обеспечивает получение заявляемого технического результата, выражающегося в повышении эффективности тренировок и расширении функциональных возможностей ПВО, например, в тренажерах экипажей вертолетов.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. B.C.Пустыльников. Статья "О некоторых путях повышения эффективности имитаторов визуальной обстановки"//Сборник научных трудов "Проблемы и перспективы применения голографии и оптико-электроники в системах визуализации". - М.: Госкино СССР, 1989 (с.94-100).

2. B.C.Бабенко. "Имитаторы визуальной обстановки тренажеров". М.: Машиностроение, 1978 (с.76-79).

3. B.C.Бабенко. "Оптика телевизионных устройств". М.: Радио и связь, 1982 (с.228-230).

4. Руководство по эксплуатации тренажера КТС ТУ-204 (419.90.612 РЭ), (с.12-13 и 94-95).

Изобретение относится к авиационному тренажеростроению. Устройство выработки видеосигнала подключено к выходу вычислителя тренажера. Телевизионный индикатор, имеющий экран с изображением, подключен к выходу устройства выработки видеосигнала. К центру сферического зеркала обращена поверхность экрана с изображением телевизионного индикатора с возможностью наблюдения обучаемым изображения. В имитатор введен блок перемещения телевизионного экрана индикатора вдоль оптической оси между центром экрана индикатора и центром зеркала. При этом блок перемещения имеет вход для подачи на него сигнала величины перемещения с вычислителя тренажера, а его выход кинематически соединен с телевизионным индикатором с возможностью перемещения экрана с изображением в промежутке между фокальной поверхностью и центром сферического зеркала. Имитатор обеспечивает формирование изображения, видимого обучаемым в тренажере через остекленение кабины и меняющегося в соответствии с изменением положения имитируемого летательного аппарата по отношению к имитируемой местности. Изобретение позволяет правильно учитывать бинокулярность зрения при имитации близко расположенных объектов. 1 ил.

Имитатор визуальной обстановки авиационного тренажера, содержащий устройство выработки видеосигнала, подключенное к выходу вычислителя тренажера, телевизионный индикатор, имеющий экран с изображением, подключенный к выходу устройства выработки видеосигнала, и сферическое зеркало, к центру которого обращена поверхность экрана с изображением телевизионного индикатора с возможностью наблюдения обучаемым изображения, отличающийся тем, что в него введен блок перемещения телевизионного экрана индикатора вдоль оптической оси между центром экрана индикатора и центром зеркала, при этом блок перемещения имеет вход для подачи на него сигнала величины перемещения с вычислителя тренажера, а его выход кинематически соединен с телевизионным индикатором с возможностью перемещения экрана с изображением в промежутке между фокальной поверхностью и центром сферического зеркала.