КРЕСЛО ПИЛОТАЖНОГО ТРЕНАЖЕРА С ИМИТАТОРАМИ ВИБРАЦИЙ И ШУМА Российский патент 2005 года по МПК G09B9/08 

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано в пилотажном тренажере с моделирующей системой акустических (шумовых) и вибрационных нагрузок, действующих на летчика и летательный аппарат (ЛА), например, при разбеге, пробеге по взлетно-посадочной полосе (ВПП), полете на критических углах атаки ЛА и т.д. при имитации вибраций и шума ЛА, полете в облачности, а также при имитации работы двигателей самолета, соответствующим условиям реального полета.

Для выработки навыков пилотирования в условиях, приближенных к реальным, в пилотажных тренажерах используют различные способы и устройства.

Например, известны устройства имитации, в которых имитаторы вибраторов воздействуют непосредственно на кабину ЛА (заявка RU №95119284, G 09 В 9/08, пр. 1995 г, оп. 1997 г.)

Известное устройство имитации сложно по своей конструкции, утяжеляет пилотажный тренажер, требует больших материальных расходов не только при изготовлении, но и при его эксплуатации. Кроме того, поскольку кабина и оборудование пилотажного тренажера ЛА испытывают постоянные вибрационные нагрузки, это приводит к уменьшению ресурса полезного использования и снижению срока эксплуатации как оборудования, так и тренажера в целом.

Известны устройства имитации вибрации, механизм вибрации которых размещен непосредственно в кресле обучаемого летчика (например, имитатор тряски (вибрации) КТС-6, НПО “ЭРА”, г.Пенза; патент RU №1360443, G 09 B 9/08, 1987, oп. бюлл. №2, 2002, фиг.1 - прототип).

В известном устройстве кресло пилотажного тренажера содержит основание сиденья, стойки которого установлены на демпфирующих опорах, элементы кресла в виде спинки, подлокотников и т.д., механизм возбуждения вибраций.

Известное устройство отличается конструкторской сложностью, включает в себя как электрическую, так и механическую часть, при этом из-за сильных вибраций ограничен ресурс полезного использования механической части. Кроме того, в известном устройстве имитация вибрации неадекватна условиям, возникающим в реальном полете, поскольку имитация вибраций происходит в режиме с узкой, постоянной частотой и амплитудой колебания.

Кроме того, в известном устройстве отдельно выполнена система имитации шума, что также требует дополнительных материальных расходов и усложняет конструкцию пилотажного тренажера.

Таким образом, задачей изобретения является упрощение конструкции устройства пилотажного тренажера, обеспечивающего имитацию вибрационных и шумовых нагрузок, воздействующих на летчика в условиях, максимально приближенных к реальным, например, при пробеге по ВПП, в полете на критических углах атаки, в облачности и т.д., а также удешевление стоимости его изготовления и эксплуатации.

Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве кресла пилотажного тренажера с имитаторами вибраций и шума, содержащем основание сиденья, стойки которого установлены на демпфирующих опорах и механизмы возбуждения вибраций и шума, основание сидения выполнено в виде замкнутого объема, например усеченной пирамиды с жесткими боковыми стенками, верхней и нижней полками, закрепленными на основании, причем верхняя полка выполнена в виде жесткого экрана с равномерно расположенными перфорациями, а в нижней полке выполнено отверстие для забора воздуха, при этом механизмы возбуждения вибраций и шума выполнены в виде установленного в основании динамика, рупор которого направлен в сторону верхней полки и выполнен заодно с разделительной диафрагмой, имеющей центральное выходное отверстие, а вход соединен через усилитель с задающим устройством вычислительного комплекса.

Верхняя полка и боковые стенки основания обтянуты чехлом из воздухонепроницаемого материала.

Выполнение основания сиденья в виде замкнутого объема, например усеченной пирамиды с жесткими боковыми стенками, верхней и нижней полками, закрепленными на основании, позволяет создать свободную воздушную среду для распространения возбуждаемых с определенными частотными и амплитудными характеристиками звуковых волн.

Выполнение механизмов возбуждения вибраций и шума в виде динамика (акустического излучателя), рупор которого выполнен заодно с разделительной диафрагмой и направлен в сторону верхней полки, позволяет совместить в пилотажном тренажере имитаторы вибрации и имитаторы шума, что значительно упрощает и удешевляет конструкцию устройства в целом, уменьшает габариты.

Акустический сигнал от излучателя динамика (в зависимости от моделируемой совместной или раздельной имитации акустических и вибрационных нагрузок), являясь звуковым волновым сигналом определенной ВК частоты, взаимодействуя с диафрагмой, вызывает в ней механические колебательные возмущения соответствующей частоты, то есть служит акустическим резонатором.

Акустические волны, возбуждаемые излучателем динамика, воздействуя на разделительную диафрагму, вызывают сильное механическое колебание последней, при этом волны, распространяясь в выходной части динамика - рупоре с переменным сечением с плавно увеличивающимися поперечными размерами площадей сечений, позволяют формировать строго направленную требуемую структуру звуковою поля, равномерно воздействующего через верхнюю полку сиденья с перфорациями на воздухонепроницаемый чехол, а затем и на летчика.

Воздухонепроницаемый чехол и жесткие боковые стенки основания сиденья, являясь жесткими отражательными экранами для звуковых волн, не пропускают возбуждаемые волны в боковом направлении и способствуют их направленному излучению в сторону верхней полки, через перфорации - на воздухонепроницаемый чехол и затем на летчика.

Для компенсации колебаний, вызываемых мембраной динамика, предусмотрен забор воздуха через отверстие, выполненное в нижней полке основания сиденья, а наличие демпфирующих опор, на которых установлены стойки основания сиденья кресла, позволяют уменьшить вибрационные нагрузки на оборудование и кабину пилотажного тренажера в целом.

Рупор динамика с переменным сечением, выход которого направлен в сторону верхней полки сиденья летчика, а также наличие равномерной перфорации на жестком экране верхней полки основания сиденья, позволяют формировать направленное движение потока возбуждаемых волн, обеспечивают уменьшение скорости распространения волн на твердой поверхности и, как следствие, высокую направленность и равномерность излучения звуковых волн, возбуждающих механические вибрации, непосредственно на обучаемого летчика.

Наличие усилителя обеспечивает функциональность устройства за счет создания требуемых характеристик излучения возбуждаемых волн в различных диапазонах частот и амплитуд волновых колебаний в соответствии с условиями реального полета ЛА.

Вычислительный комплекс (ВК) позволяет моделировать исходные переменные и решать задачи в реальном масштабе времени как по совместной имитации акустических и вибрационных нагрузок, действующих в условиях реального полета на летчика, так и при их раздельной имитации.

Таким образом, реализация предложенного устройства кресла пилотажного тренажера позволяет осуществлять как совместную, так и раздельную имитацию вибрационных и акустических нагрузок на летчика в процессе пилотирования с характеристиками, приближенными к условиям реального полета, достаточно простым и более целесообразным способом, благодаря упрощению конструкции, меньшим габаритным размерам, массы и стоимости изготовления и эксплуатации пилотажного тренажера.

Предложенное устройство поясняется чертежами. На фиг.1 представлено кресло пилотажного тренажера с имитаторами вибраций и шума; на фиг.2 - принципиальная схема устройства для имитации акустических и вибрационных нагрузок, возникающих в условиях реального полета ЛА.

В примере выполнения изобретения кресло пилотажного тренажера с имитаторами вибраций и шума содержит основание сиденья 1 (см. фиг.1). Стойки 2 основания 1 установлены на демпфирующих опорах 3, жестко закрепленных на полу 4 кабины пилотажного тренажера.

Основание сиденья 1 выполнено в виде замкнутой усеченной пирамиды. При этом верхняя полка 5 основания 1 выполнена в виде жесткого экрана с перфорациями 6, равномерно расположенными по всей поверхности. Боковые стенки 7 основания 1, являются глухими, а на его нижней полке 8 выполнено отверстие 9.

Па верхней полке 5 закреплена упругая эластичная подушка 10. Верхняя полка 5 и боковые 7 стенки обтянуты воздухонепроницаемым чехлом 11.

Механизм возбуждения вибраций и шума выполнен в виде установленного в основании 1 на диафрагме 12 динамика 13. При этом рупор 14 динамика 13 с закрепленной в нем мембраной 15 направлен в сторону верхней полки 5 и выполнен заодно с разделительной диафрагмой 12, имеющей центральное выходное отверстие 16.

Органы управления 17 ЛА связаны посредством датчиков (не показано) управляющим сигналом 18 с вычислительным комплексом 19, решающим задачи моделирования шумовых и вибрационных нагрузок, соответствующих характеристикам реальных условий и передающим сигналы имитатора шума 20 и сигналы имитатора вибраций 21 на усилитель 22, выход которого 23 соединен с входом 24 динамика 12 (фиг.2).

Устройство работает следующим образом.

Управляющий сигнал 18 от воздействия летчика на органы управления 17 ЛА поступает на ВК 19, в котором решаются задачи моделирования условий, соответствующих условиям реального полета в зависимости от управляющего сигнала 18 и полетных характеристик, заложенных в ВК в соответствии с полетным заданием.

Сигналы 20, 21 совместно или раздельно, в зависимости от моделируемых характеристик, поступают на усилитель 22, формирующий с заданными характеристиками частоты и колебаний акустические волновые сигналы, при этом выход 23 усилителя 22 соединен с входом 24 излучателя динамика 13.

Возбуждаемые в динамике 13 акустические волны, вызывая частотные колебания с заданной амплитудой в мембране 15, направляются в рупоре 14 вверх к диафрагме 12 и через выходное отверстие 16 заполняют воздушное пространство, образованное между диафрагмой 12 и верхней полкой 5 основания сиденья 1 пилотажного кресла. Боковые стенки 7 и воздухонепроницаемый чехол 11 предотвращают распространение звуковых волн в боковом направлении.

Упругие возмущения акустических волн, распространяющихся в воздушной среде, передаются жесткому экрану верхней полки 5 с равномерно выполненными в нем перфорациями 6 и вызывают возникновение механических деформаций, приводящих к механическому колебанию воздухонепроницаемого чехла 11 пилотажного кресла, воздействующего на летчика. Одновременно формируется звуковое поле, направленное вверх, в сторону летчика, при этом достигается имитация вибрационных и шумовых нагрузок максимально приближенная к реальным.

Свободное движение механических колебаний мембраны 12, направленное к нижней 8 полке, обеспечивается за счет забора воздуха через отверстие 9, что препятствует появлению разряжения в нижнем пространстве основания 1, и передается на демпфирующие опоры 4, гасящие эти колебания и таким образом предохраняющие оборудование и кабину пилотажного тренажера от нежелательных вибрационных нагрузок.

Автором изготовлен опытный образец предлагаемого устройства, который предполагается к внедрению на ЗАО “Аэромаш” г.Минск. Предварительные испытания показали, что в отличие от аналога КТС-6, изготавливаемого НПО “ЭРА”, г.Пенза, в котором частота и амплитуда вибраций кресла летчика при разбеге и пробеге по ВВП пропорциональны скорости движения самолета, в предложенном устройстве частота вибраций регулируется во всем рабочем диапазоне, возникающих на реальном самолете частот.

Кроме того, предложенное устройство проще и дешевле в изготовлении и эксплуатации. Отсутствие механической части в имитаторах шума и вибраций позволяет увеличить срок полезного использования пилотажного тренажера в целом.

Изобретение предназначено для использования в пилотажном тренажере для моделирования акустических (шумовых) и вибрационных нагрузок, соответствующих условиям реального полета, действующих на летчика и летательный аппарат, например, при разбеге, пробеге по взлетно-посадочной полосе, полете на критических углах атаки, полете в облачности и т.д. Кресло пилотажного тренажера с имитаторами вибраций и шума содержит основание сиденья, стойки которого установлены на демпфирующих опорах, и механизмы возбуждения вибраций и шума. Основание сиденья выполнено в виде замкнутого объема, например усеченной пирамиды с жесткими боковыми стенками, верхней и нижней полками, закрепленными на основании. Верхняя полка выполнена в виде жесткого экрана с равномерно расположенными перфорациями, а в нижней полке выполнено отверстие для забора воздуха. Механизмы возбуждения вибраций и шума выполнены в виде установленного в основании динамика, рупор которого направлен в сторону верхней полки и выполнен заодно с разделительной диафрагмой, имеющей центральное выходное отверстие, а вход соединен через усилитель с задающим устройством вычислительного комплекса. Верхняя полка и боковые стенки основания сиденья могут быть обтянуты чехлом из воздухонепроницаемого материала. Технический результат - вычислительный комплекс позволяет моделировать исходные переменные и решать задачи в реальном масштабе времени как по совместной имитации акустических и вибрационных нагрузок, действующих в условиях реального полета на летчика, так и при их раздельной имитации. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Кресло пилотажного тренажера с имитаторами вибраций и шума, содержащее основание сиденья, стойки которого установлены на демпфирующих опорах, и механизмы возбуждения вибраций и шума, отличающееся тем, что основание сиденья выполнено в виде замкнутого объема, например усеченной пирамиды с жесткими боковыми стенками, верхней и нижней полками, закрепленными на основании, причем верхняя полка выполнена в виде жесткого экрана с равномерно расположенными перфорациями, а в нижней полке выполнено отверстие для забора воздуха, при этом механизмы возбуждения вибраций и шума выполнены в виде установленного в основании динамика, рупор которого направлен в сторону верхней полки и выполнен заодно с разделительной диафрагмой, имеющей центральное выходное отверстие, а вход соединен через усилитель с задающим устройством вычислительного комплекса.2. Кресло по п.1, отличающееся тем, что верхняя полка и боковые стенки основания сиденья обтянуты чехлом из воздухонепроницаемого материала.