专利名称：飞行模拟器的制作方法
技术领域：
本发明涉及航空工程，具体涉及在起飞和着陆期间训练飞行员控制航空器和训练飞行控制器的航空器模拟器，为的是处理不同飞行模式的航空器交通，和防止非标准飞行状态所采取的具体措施。
背景技术：
当前在世界上存在两种熟知类型的航空器地面模拟器第一种是训练飞行员在不同飞行模式下的航空器飞行控制，并模拟在飞行期间发生的情况，第二种是在不同模拟和紧急情况下训练飞行员的营救实践。
Link的航空器模拟器(Meerovitch G.Sh.et al.，Aircraft Simulatorand Flight Safety，Air Transport，Moscow，p.15，1991)代表单座飞机的简化模型，其座舱固定在万向接头上，允许航空器在改变倾斜，偏航和滚转角下完成模拟飞行使命。教导员可以在现场按照给定的程序控制飞行技术。然而，这种模拟器不能模仿紧急情况和在这种情况下训练飞行员。
综合航空器模拟器是熟知的(出处同上，pp28-31)，该模拟器包含机组成员座舱，其驾驶舱仪表板配备必需的标准仪器，控制系统，计算机系统，教导员和飞行指挥员控制板。模拟器的指定任务是在不同飞行阶段或在某些非标准情况下训练飞行过程，飞行控制技术。然而，飞行员的训练程序不包含模仿紧急情况。
虚拟航空器模拟器是熟知的(RU，2191432，C1)，该模拟器包含真实航空器座舱中训练飞行员的工作区，目标控制系统和武器控制的单元，输出端连接到有虚拟玻璃飞行员保护头盔输入端适配器，从地面飞行数据处理单元中发射和接收的信息通过虚拟玻璃，该处理单元包含飞行信息模块，用于比较真实飞行和训练状态下航空器控制的模块，配置和飞行数据存取的模块，用于检测飞行技术单元的模块，直观显示飞行员仪表板和外面空间的模块，飞行前训练和测试模块，计算和注册飞行数据的数据库模块，用于控制训练状态的模块。
航空器模拟器是熟知的(RU，2114460，C1)，该模拟器包含有飞行控制的真实航空器，它们的单元和系统，传感器和有连接传感器和功率飞行控制的自动控制系统，地面模型单元和外界情况显示器，与飞行控制交换数据的单元，和在编队飞行时的其他航空器；训练飞行数据库，包含用于计算导航参数装置的信号处理单元，模拟声音效应的单元，模拟航空器飞行动态的单元，用于仪表板图像形成的单元，模拟航空器系统和单元运行的单元。
联合多功能航空器模拟器是熟知的(RU，2087037，C1)，该模拟器包含计算机系统，它有实现训练方案的程序模块，目标控制受训者和教导员的模块，教导员的联合工作区，受训者联合工作区的复合体，用于飞行信息输入的单元，和训练方案数据库。模拟器计算系统模仿飞行操作控制，在控制失效情况下的非受控飞行，在仪表板和目视系统上的飞行信息显示。此外，它提供控制棒控制的合适仿真感觉，设备失效引起的典型紧急情况输入，或按照教导员列表中‘领航’差错。计算机系统还提供预防或紧急飞行员信令单元，它安装在仪表板或座舱挡风玻璃上。模拟的紧急情况可以伴随模拟具体的外部特征，例如，倾斜角，滚转角等的颤动，摇动，和振动。
然而，该模拟器仅在典型紧急情况下实际问题解决方案的基础上允许实施训练。
在巡航飞行模式以及起飞和着陆时的真实情况下，航空器可能经受巨大的气动力和力矩效应，它可以造成航空器稳定性的丢失，例如，它飞行在该航空器邻近运动涡流发生器以及遭遇高强度湍流和涡流空气流的非移动涡流发生器产生高强度湍流的空气动力喷射下。
众所周知，飞行航空器产生所谓的‘尾涡流’。航空器遭遇另一个物体产生的尾涡流，例如，遭遇另一个航空器，可以导致其冲角和侧滑角的重大变化。在低空飞行时，例如，在起飞和着陆期间，航空器经受气动力和力矩可以使它从尾部侧翻，由于不能借助于航空器控制补偿这种效应而造成危险的情况。
具有小展翼比和高机翼负载的航空器外观容易使尾涡流强度增大，从而增大航空器进入尾涡流的危险性。
有关运输和涡流衰减的大量研究工作表明，诸如风力，风向转变，分层结构，和湍流的环境因素在这些过程中起到重要的作用。
考虑到当前天气条件和现在预报以及地面对尾涡流动态的影响，在合理预报尾涡流动力学的基础上，潜在的机会是在着陆，起飞和巡航飞行期间优化航空器之间的安全距离。
判定航空器安全飞行问题的一个主要趋势是，在决定性因素是尾涡流时，选取可以确保安全水平的飞行模式。所以，应当极大地关注飞行员训练他们对不同飞行情况的评估，和对相应飞行操作的判定。
与俄罗斯飞行安全系统的情况相反，其主要特征是飞行员根据他们个人对情况和飞行条件的分析，而外国飞行安全系统主要是用户在所谓‘仪表飞行规则’下使用，在飞行员实施飞行控制命令的基础上或按照自动模式控制航空器。在这种条件下，合适的是训练飞行员和控制器执行与航空器可能遭遇尾涡流危险区有关的相同情况任务，为的是增大他们正确评估情况和寻找防止非标准情况发生的技术。
在模拟器中提供模拟最合适的尾涡流情况是一项极其重要的任务，这种尾涡流情况可能导致飞行事故。
这种训练的目的是给飞行员或操作员设置某些操作序列特征，并把不同版本的视觉和信号信息提供给他们；此外，建立实验的感情和压力情况。飞行员或操作员记忆操作序列特征，并牢记对他们感觉的注意。
然而，众所周知，在紧急情况下作出判定是操作员活动中最困难的操作。它包含两个阶段识别情况和确定旨在消除紧急情况的活动。在任何操作之前，操作员应当设想其他的步骤。感受来自长期存储器，指示装置，或听觉的口头形式视觉和话音信号在时间不足的情况下需要一定的时间。感受图形符号的时间要小得多；而识别有选取图像区指示的情况还可以提高判定的正确性。此外，诸如加速度的物理因素效应可以转移飞行员的大脑循环，在感情和神经紧张的情况下甚至可以短暂失去知觉。所以，在实际作出判定时间之前，最好是在图形符号中给飞行员或飞行控制器提供作出判定所需的信息。
发明内容
本发明的目的是开发一种在尾涡流危险区中用于训练飞行员航空技术的模拟器，并执行飞行规避操作以避免涡流发生器危险区。
在建立本发明时，该任务设置成开发一种模拟器，它可以给训练飞行员提供有关作用到航空器上尾涡流强度和结构的信息。该信息应当足以在预报时间内估算涡流状态并选取飞行规避操作以避免航空器遭遇尾涡流危险区，其中通过确定尾涡流路径和强度，并指出由尾涡流扰动诱发作用到航空器上预报动态效应的各点，尾涡流扰动在预报时间内可以导致非正常情况。
解决这个任务是通过建立一种在尾涡流危险状态下用于训练飞行技术的航空器模拟器，该模拟器包括用于控制模拟器模式的模块，它能够选取训练方案并控制模拟器模块的运行；训练方案数据库模块；用于模拟器模块交换的模块；用于实时模仿外界目视状态，大气空间目视部分和地面的模块；用于模拟飞行员工作区的模块；用于模拟航空仪表板的模块，其中指出航空器发动机模式；用于模拟航空器单元和系统控制的模块；用于模拟环境参数的模块；用于模拟尾涡流状态的模块，在来自训练方案数据库模块信息和来自模拟环境参数模块信息的基础上，它能够确定作为涡流区中心集合的涡流发生器尾涡流路径和强度；用于模拟尾涡流扰动对航空器影响的模块，在从模拟尾涡流状态模块中接收有关尾涡流路径和强度信息，从训练方案数据库模块中接收有关航空器参数信息，和从模拟航空器动态模块中接收有关航空器位置，飞行速度，角速度和几何特征信息的基础上，它能够评价由涡流发生器尾涡流诱发的航空器附加力和力矩；用于模拟航空器动态的模块，在来自模拟尾涡流扰动对航空器影响的模块，来自训练方案数据库模块，和来自模拟航空器单元和系统控制的模块信息的基础上，它能够根据训练方案形成模仿航空器力和力矩的信号，以及由涡流发生器尾涡流诱发的附加力和力矩，并发射该信号到用于模拟飞行员工作区模块，用于模拟航空仪表板模块，和用于模仿外界目视状态模块；用于评价飞行员动作的系统，在从模仿外界目视状态模块和从模拟仪表板模块中接收信息的基础上，它能够估算飞行员动作以应付航空器危险飞行状态的正确性。
按照本发明，开发用于模拟飞行员工作区的模块是合适的，其中利用改变其飞行姿态的可能性并配备用于飞行动态模拟的单元。
按照本发明，最好是，用于模拟涡流状态的模块应当包括用于模拟涡流发生器动态的单元，它包含能够从方案数据库模块中接收有关涡流发生器位置，运动参数，几何和重量特征信息的涡流发生器跟踪器，和能够存储有关涡流发生器位置和运动参数信息的存储器单元；用于模拟尾涡流的单元，在来自模拟环境参数模块和来自模拟涡流发生器动态模块信息的基础上，它包含能够确定涡流发生器尾涡流路径的尾涡流跟踪器，其形式是涡流区中心轨迹的集合和强度，还能够保存有关涡流发生器尾涡流路径上各点坐标的信息，其形式是涡流区中心轨迹的集合和强度；和用于模拟尾涡流扰动对航空器影响的模块应当包括航空器规划单元，在来自训练方案数据库模块中有关航空器类型和配置信息的基础上，它能够计算航空器几何特征的集合，这是计算由涡流发生器尾涡流诱发航空器附加气动力和力矩所需要的；和用于确定上述力和力矩的单元，它是在有关涡流发生器尾涡流路径上各点坐标的信息，其形式是用于模拟尾涡流单元保存的涡流区中心轨迹的集合和强度，和从模拟航空器动态模块中接收有关航空器位置，飞行速度，角速度和几何特征信息的基础上。
此外，按照本发明的模拟器还可以包括用于模拟噪声，光学和动态效应的模块。
此外，按照本发明，在飞行员接收有关航空器可能遭遇涡流发生器尾涡流危险区的预报信息条件下，可以调整用于训练驾驶技术的模拟器，该模拟器还包括涡流扰动危险区参数的模块，包含用于评价扰动危险性的单元，在从用于确定力和力矩单元中接收信息的基础上，该单元属于航空器上模拟尾涡流扰动对航空器影响的模块，按照选取的涡流扰动诱发对航空器附加气动力和力矩的危险准则，它能够估算给定点的扰动危险强度；用于确定危险点的单元，其中由涡流扰动诱发的附加力和力矩是危险的；按照基于从用于评价扰动危险性单元中接收信息的危险准则，该单元能够确定属于危险区的各点坐标；用于确定涡流扰动危险区的单元，在从用于确定危险点单元中接收信息的基础上，它能够计算危险区几何特征并发射对应的信息；和报警模块，包含用于选取延迟时间的单元，在接收到可能遭遇尾涡流的警告信号之后，它能够计算时间周期，航空器在此时间周期至少有飞行规避操作的可能性，从而可以使航空器规避发生器尾涡流危险区；用于模拟控制平面的单元，它能够计算延迟距离，延迟距离等于航空器在延迟时间内覆盖的距离，对位于航空器之前的控制平面做模型，控制平面垂直于航空器在延迟距离上的飞行方向，并在惯性坐标系中确定航空器获得控制平面所需的预报时间；预报单元，在来自用于模拟涡流状态模块中模拟尾涡流单元信息的基础上，它能够确定发生器尾涡流路径，其形式是惯性坐标系中发生器涡流区中心的集合，和在预报时间内发生器尾涡流的强度；
用于计算相交点的装置，它能够确定发生器尾涡流轨迹与控制平面在航空器飞行通过的预报时间内相交点的坐标；区域形成装置，它能够在尾涡流路径与控制平面相交点周围形成尾涡流危险区，其形式是发生器涡流危险区的集合，其中进入的航空器可能有超过容许限制的飞行参数；在飞行规则下航空器与控制平面相交的预报时间内，在控制平面上形成航空器预报位置区；在航空器预报位置区周围形成报警区；给用户提供有关尾涡流危险区进入报警区的信息；变换单元，它能够计算航空器坐标系中航空器预报位置区，报警区和尾涡流危险区的坐标；第一相交条件测试单元，它能够计算从报警区到尾涡流危险区的距离，并标记它变零事件；第二相交条件测试单元，它能够计算从航空器预报位置区到尾涡流危险区的距离，并标记它变零事件；指示单元，至少包含一个指示装置，它能够指出从报警区到发生器尾涡流危险区距离变零的事件；紧急指示单元，至少包含一个指示装置，它能够指出从航空器预报位置区到发生器尾涡流危险区距离变零的事件。
按照本发明，合适的是该模拟器包括含目视装置的目视模块，在从报警模块中接收信息的基础上，它至少能够形成航空器预报位置区和尾涡流危险区的图像。
按照本发明，理想的是指示装置和紧急指示装置选自包含视觉，听觉和触觉装置的集合。
此外，按照本发明，合适的是模拟器中用于选取延迟时间的单元能够按照人工方式，半自动或全自动方式当前修正延迟时间。
此外，按照本发明，理想的是利用按照人工方式，半自动或全自动方式当前修正报警区和航空器预报位置区坐标的可能性，开发区域形成单元。
此外，按照本发明，最好是利用近似确定涡流发生器尾涡流危险区边界的可能性，可以设计用于确定危险区参数的单元。
按照本发明，理想的是选取尾涡流诱发的航空器容许滚转力矩作为危险性准则。
此外，按照本发明，可以选取航空器滚转力矩的容许值作为危险性准则。
按照本发明，模拟器训练方案可以选自包括在地面航空站的起飞和着陆，在航空母舰上的起飞和着陆，单独和编队飞行，和空中加油方案的组。
按照本发明，最好是，模拟器是在模拟器模块的软件中实现的。
此外，按照本发明，设计用于模拟危险区参数的模块是合理的，因此，它应当包含用于不同类型涡流发生器的尾涡流危险区特征数据库。
此外，按照本发明，理想的是在从航空器预报位置区到涡流发生器尾涡流危险区的距离变零事件的紧急指示时间内，用于评价飞行员动作的系统应当包含用于保存有关控制平面，航空器预报位置区和位于航空器邻近涡流发生器尾涡流危险区坐标信息的存储器装置。
以下，本发明的叙述是通过描述按照本发明航空器模拟器的实施例，本发明不受其范围和公开附图的限制，其中图1是按照本发明实施例的模拟器方案，用于在尾涡流危险条件下训练飞行技术；图2是按照本发明的模拟器方案，用于在通知飞行员航空器可能遭遇涡流发生器尾涡流危险区时训练飞行技术；图3是按照本发明实施例用于模拟涡流状态的模块和用于模拟尾涡流扰动对航空器影响的模块；图4是按照本发明实施例实现报警模块以及它与模拟器中其他模块的相互作用；图5是按照本发明实施例用于涡流扰动危险区参数的模块；图6是按照本发明实施例在导航图显示器上报警模块提供的信息表示。
具体实施例方式
按照本发明实现的模拟器例子是在尾涡流危险条件下训练航空器(以下用A/C表示)飞行技术(图1)和在通知飞行员航空器可能遭遇涡流发生器尾涡流危险区时训练飞行技术(图2)。
模拟器(图1和2)包括用于控制训练模式的模块1，训练方案数据库模块2，和用于模拟器模块交换的模块3。这些模块提供训练方案的选取，所有模拟器模块按照选取的方案的相互作用，以及如果需要，随着模式参数的变化修正它们的运行。
用于模拟器模块交换的模块3按照训练方案发射信息到用于模仿外界目视状态的模块4，用于模拟航空仪表板的模块5，用于模拟飞行员工作区的模块6，按照训练方案模拟环境参数的模块7；然后，切换到用于模拟A/C单元和系统控制的模块8，用于模拟尾涡流状态的模块9，用于模拟尾涡流扰动对A/C影响的模块10，用于模拟A/C动态的模块11和用于评价飞行员动作的系统。
用于模拟环境参数的模块7按照选取的方案发射有关仪表读数的信息到用于模拟航空仪表板的模块5，并发射有关本地风速和方向，高空风模式，湍流强度和以下地面类型的信息到用于模拟尾涡流状态的模块9。
模块9还从训练方案数据库模块2中接收有关A/C邻近的涡流发生器(以下用VG表示)类型，它们的飞行速度，角速度，和轨迹点坐标的信息，保存这个信息，和随后评价涡流发生器产生尾涡流的轨迹和强度作为涡流区中心各点的集合，例如，借助于诸如熟知计算算法(Northwest Research Associated，Inc.，Aircraft Vortex SpacingSystem(AVOSS)，Algorithm Version 3/1/1)的计算算法，或其他算法，在描述空间和时间中涡流区演变的微分方程组基础上，计算涡流区中心的坐标。在模块9中存储这个信息，并随后发送到用于模拟尾涡流扰动对A/C影响的模块10。
在从模块9中接收信息和从模块2中接收有关A/C类型，它的配置，位置，坐标，飞行速度和角速度的信息，以及在从用于模拟A/C动态的模块11中接收有关在当前时间内力作用到A/C信息的基础上，模块10实时计算VG尾涡流诱发的附加力和力矩，并发射这个信息到于模拟A/C动态的模块，该模块模拟对应力的数值，并随后发射该数值到用于模拟飞行员工作区的模块6。这些附加力和力矩还根据模块5中A/C运动学参数仪表读数的变化和模块4中外界情况的变化而变化。
按照本发明，用于模拟A/C单元和系统控制的模块8根据模拟参数实施功率单元的负载，用于产生对应于实际飞行中控制的人工感觉。按照本发明，若用于模拟飞行员工作区的模块6配备运动系统，上述负载可以模拟成飞行员座位倾斜，振荡，和振动。检测这些扰动的飞行员在正确感受这些扰动下进行训练，产生扰动源的图像，并遵照扰动与仪表板上对应仪表读数变化的逻辑联系。飞行员作出改变A/C位置的判定，承担作用到用于模拟A/C单元和系统控制模块8控制的某个动作。有关这种作用的信息发射到用于模拟A/C动态的模块11，还发射到改变仪表读数的仪表板。在此之后，用于评价飞行员动作的系统12估算飞行员动作，例如，在仪表标准读数与由于飞行员动作所获得读数进行比较的基础上。
按照本发明的模拟器还可以包含有利于训练过程的模拟噪声，光学和动态效应的模块。
例如，用于评价飞行员动作的系统12可以位于教导员的工作区，其中教导员可以从模拟器模块中接收有关A/C参数和训练‘飞行’操作的信息，处理教导员计算机上的飞行数据，并在显示器上显示飞行员的动作，形成训练飞行模拟区的3D图像，例如，它们代表位于该处的所有航空器以及所有其他的地面和空中尾涡流发生器。
例如，按照本发明模拟器中的模块4，5，6，7和8可以安装在真实航空器的机舱内，它模仿训练飞行员的实际情况；而模块1，2，3，和12可以安装在教导员现场，用于控制训练过程并可能修正训练方案。可以任意地选取模块9，10，和11的安装场所。
图3表示模拟器模块9和10以及它们相互作用的实施例。用于模拟尾涡流状态的模块9可以包含用于模拟尾涡流发生器动态的单元13，利用从训练方案数据库模块2中接收有关VG类型，几何和重量数据，以及有关当前时间的位置信息提供VG的跟踪，并保存VG轨迹点坐标和飞行速度。模块9还可以包含用于模拟尾涡流动态的单元14，在从单元15和从用于模拟环境参数的模块7中接收信息的基础上，可以计算VG尾涡流轨迹，其形式是涡流区中心点的集合和强度，并在当前时间保存尾涡流轨迹点坐标和强度。
按照本发明，用于模拟尾涡流扰动对A/C影响的模块10(图3)可以包含A/C规划单元15，在从训练方案数据库模块2中接收有关A/C配置，坐标，飞行速度，倾斜，偏航和滚转角信息的基础上，可以计算A/C几何数据的集合，这是计算包括尾涡流诱发A/C气动力和力矩所必需的。在从用于模拟尾涡流动态的单元14，A/C规划单元15，和用于模拟A/C动态的模块中接收信息的基础上，模块10还可以包含用于评价A/C气动力和力矩的单元16。
在飞行员接收有关A/C可能遭遇VG尾涡流危险区的预报信息条件下(图2)，用于训练飞行员的模拟器可以包含上述的模块以及用于确定尾涡流危险区的模块17，在涡流扰动诱发动力影响的危险准则下，可以提供评价A/C危险区的几何参数；报警模块18提供这种危险区在A/C之前延迟距离上的模型，例如，航空器可以在飞行员选取的延迟时间内克服这种危险区。延迟时间应当足够长，可以完成飞行规避操作以避免预报的危险区。为的在预报时间内给出这种信息，模块18对位于A/C之前的控制平面(以下用CP表示)做模型，它是在A/C与CP预报相交点的延迟距离上，和在A/C与CP相交时间的A/C预报位置(以下用AAFP表示)周围，以及VG尾涡流轨迹与CP的相交点，并在这些相交点周围形成危险区。模块18处理AAFP与CP中尾涡流危险区相交的可能性，并给飞行员发射紧急信号。模块18还模拟CP中的报警区(以下用AA表示)，该尺寸超过AAFP的尺寸。在AA中出现尾涡流危险区警告飞行员A/C可能遭遇危险区。
按照本发明，模拟器可以配备观看产生信息的模块19，它能够给飞行员提供A/C周围尾涡流状态的合适目视图像，和预报这种状态的变化。
图4表示按照本发明在有关尾涡流状态信息下训练飞行员的模拟器模块相互作用。按照本发明，用于评价尾涡流危险区参数的模块17按照图5所示的方案按照如下处理当前的信息。
在从模拟尾涡流扰动对A/C影响的模块10中确定力和力矩的单元16中接收信息的基础上，按照VG尾涡流扰动诱发附加力和力矩规定的A/C危险准则，用于评价扰动危险强度的单元20估算给定点的扰动危险强度。
在从用于评价扰动危险强度的单元20中接收信息的基础上，用于确定危险点集合的单元21评价属于按照危险准则的危险区中各点坐标，其中涡流扰动诱发的附加力和力矩是危险的。
在从用于确定危险点集合的单元21中接收信息的基础上，用于确定尾涡流危险区参数的单元22计算危险区几何特征。
按照本发明，涡流扰动危险区模块17可以包含不同类型涡流发生器的尾涡流危险区特征数据库，从而大大减小输入信息处理的时间。
按照本发明，报警模块18(图4)形成飞行员的信息，它对于飞行员理解A/C周围和A/C之前涡流状态是合适的。
报警模块18中用于延迟时间选取的单元23选取时间周期，航空器在此时间周期内至少有飞行规避操作的可能性，在接收到可能遭遇尾涡流的报警信号之后，可以使航空器规避发生器尾涡流危险区。按照本发明，借助于人工方式，半自动或全自动控制方式，可以实时修正延迟时间，例如，根据飞行员的技术和按照训练方案的飞行任务具体特征。控制可以由飞行员或教导员执行，并可以使训练模式复杂化或简单化。
然后，在从模块11中接收有关A/C坐标，飞行速度，倾斜，偏航和滚转角的信息和从单元23中接收有关选取延迟时间信息的基础上，对控制平面做模型的单元24计算延迟距离，延迟距离等于航空器在延迟时间内覆盖的距离，并对位于A/C之前的CP做模型，CP垂直于A/C在延迟距离上的飞行方向，例如，其形式在预报时间的惯性坐标系中A/C与CP相交的CP系数。
在从模块13中接收有关尾涡流强度和轨迹信息的基础上，其形式是VG涡流区中心路径的集合，以及在从单元23中接收有关延迟时间信息的基础上，预报单元25评价A/C与CP相交的预报时间内惯性坐标系中VG尾涡流强度和尾涡流轨迹。在从单元25和24中接收信息的基础上，用于计算相交点的单元26确定A/C与CP相交的预报时间内VG尾涡流轨迹与CP相交点的坐标。
在从单元26和模块17中接收信息的基础上，区域形成单元27在尾涡流轨迹与CP相交点的周围形成尾涡流危险区，进入危险区导致A/C飞行参数可以超过容许的限制，在A/C与CP相交的预报时间内飞行标准下，在CP中形成A/C预报位置区(以下用AAFP表示)，并在AAFP周围形成报警区(以下用AA表示)。有关尾涡流危险区进入AA的信息应当发送给飞行员。按照本发明，单元27可以当前修正AAFP和AA的坐标，这在飞行员协调飞行规避操作和飞行任务时是非常重要的。
变换单元28计算A/C坐标系中AAFP，VG尾涡流危险区，和AA的坐标。
然后，第一相交条件测试单元29计算从AA到尾涡流危险区的距离，并标记它为变零事件；而第二相交条件测试单元30计算从AAFP到尾涡流危险区的距离，并标记它为变零事件。
有关上述距离在预报时间内变零的信息到达指示单元31或紧急指示单元32，这两个单元安装在用于模拟仪表板的模块5和/或用于模拟飞行员工作区的模块6，例如，在真实的A/C机舱中。例如，若AA与尾涡流危险区之间的距离等于零，则在飞行员工作区的听觉指示装置被接通，而若AAFP与尾涡流危险区之间的距离等于零，则安装在飞行员座位手柄上的触觉紧急指示装置被接通。触觉指示装置应当提示飞行员采取紧急措施，执行飞行规避操作以避免A/C进入危险区。飞行员在A/C飞行速度下有足够的时间完成用户指定的操作。与当前的情况有关，在接收到第一指示信号之后，飞行员可以修正延迟时间，例如，借助于人工方式控制延迟时间数字参数值的设置，或借助于自动方式控制延迟时间变化条件的设置。通过增大这种距离，指示装置终止，它说明A/C是在危险区之外，可以减轻飞行员的压力。
按照本发明，用户(飞行员和教导员)可以在预报时间内目视模块19中观看CP上AAFP和危险区互相位置的信息，例如，在显示器或在A/C导航图上观看。为了降低与飞行员不相关的信息量，只在他们与AA相交后才观看危险区位置。
按照本发明，图5所示尾涡流危险区参数的模块17可以包含单元20，21和22。在从用于模拟尾涡流扰动对A/C影响的模块10中接收有关VG尾涡流诱发作用到A/C上的力和力矩信息和从用于模拟A/C动态的模块11中接收有关A/C参数，配置，位置，和速度信息的基础上，按照选取的危险性准则，例如，A/C滚转力矩或滚转角，用于评价扰动危险强度的单元20确定尾涡流危险区中的各点，其中VG尾涡流诱发的力和力矩在预报时间内对A/C是危险的。单元21确定属于尾涡流危险区中的各点，而用于评价单元尾涡流危险区参数的单元22计算作为各点集合的危险区几何特征。按照本发明，理想的是，危险区参数模块13可以近似确定危险区边界。在有关危险区参数的信息到达报警模块之后，它是借助于以上描述的方法进行分析，在对于A/C是危险的情况下，该信息可以发射到目视模块。例如，显示器可以用作目视装置。
图6表示通常用在A/C机舱上的导航图显示器，它指出机载惯性导航系统产生的A/C方向和符号描述，例如，机载惯性导航系统(AINS)，其中指出预报时间内A/C预报位置区33，和VG尾涡流危险区34和35。例如，AAFP 33的形状可以是正方形，其尺寸与A/C机体可能位置的尺寸成正比。按照本发明，在显示器上没有显示报警区的边界，仅在危险区与报警区相交的情况下，在显示器上显示尾涡流危险区，而且同时还有这个事件的声音指示。所以，我们可以认为报警区36出现在显示器上。尾涡流危险区34和35可以有这样的形状，例如，圆形或便于视觉观看的其他几何图形。这些图形还可以伴随区域33，34和35或其边界的视觉指示，例如，灯光或彩色指示；而在AAFP边界33与危险区35边界发生相交事件的情况下，还可以伴随紧急声音指示，例如，在显示器或仪表板上，或者是飞行员座位手柄上的触觉指示。
当然，虽然给出的例子仅包含一个尾涡流发生器和单个VG的一个危险区，对于A/C邻近的所有VG，可以完成VG尾涡流的计算和跟踪，但是，仅仅应当显示对于A/C可能是危险的那些VG尾涡流危险区。在评价显示器上危险区定位的基础上，飞行员可以作出从尾涡流危险区中移出A/C操作的正确判定。
按照本发明，对于飞行员正确认识涡流情况，涡流扰动诱发作用到A/C上的力和力矩，以及理解A/C遭遇尾涡流危险区可能产生的结果，使用模拟器可以建立最有利的条件。上述模拟器的优点是，飞行员接收有关尾涡流的所有必需信息，该信息足以完成有效的飞行规避操作以避免进入尾涡流危险区。在本发明中实现对有关尾涡流信息的初步处理，它可以减小得到的信息量，仅仅保存它的有用部分。给训练的飞行员提供有关A/C在预报时间内相对于尾涡流的位置信息，有关A/C配置变化导致作用到A/C上力和力矩变化的信息。模拟器模块的运行应当适合于根据不同方案以及A/C系统模式和设备功能的情况条件。
按照本发明，模拟器训练方案可以选自包括在地面航空站的起飞和着陆，在航空母舰上的起飞和着陆，单独和编队飞行，空中加油，和具有地形跟踪的单独低高度飞行的集合。这就允许利用单个模拟器进行不同飞行操作的训练。按照本发明，用于评价飞行员动作的系统可以包含存储装置，用于存储紧急指示的时间周期内有关控制平面，航空器预报位置区，和位于航空器邻近的涡流发生器尾涡流危险区坐标的信息，紧急指示指出从航空器预报位置区到涡流发生器尾涡流危险区的距离变零事件。它对于证明和鉴定飞行员测试以及数据解码训练是相当有用的，例如，所谓‘黑匣子’的数据解码训练。
航空界以及航空电子学和模拟器专家应当清楚地看到，按照本发明用在尾涡流危险性下训练飞行技术并通知飞行员关于A/C可能遭遇VG尾涡流危险区条件的模拟器，在本发明权利要求书和相关主题的范围内可以有各种改进和完善，例如，不同类型A/C的不同设备，不同类型A/C的不同方案，在给飞行员提供指示和目视信息中使用不同的方法和装置，以及根据模拟器设备的变化而改变信息流。
工业应用按照本发明的模拟器可以在单独模块以及联合训练系统的模块系统的软件中实现，例如，借助于计算机装置和个人计算机。显而易见，在允许改变训练方案的一个模拟器中可以安装几个训练区。
权利要求
1.一种在尾涡流危险条件下训练飞行员的航空器模拟器，包括用于控制模拟器模式的模块(1)，它能够选取训练方案并控制模拟器模块的运行；训练方案数据库模块(2)；用于模拟器模块交换的模块(3)；用于实时模仿外界目视状态，大气空间目视部分和地面的模块(4)；用于模拟飞行员工作区的模块(6)；用于模拟航空仪表板的模块(5)，其中指出航空器发动机模式；用于模拟航空器单元和系统控制的模块(8)；用于模拟环境参数的模块(7)；用于模拟尾涡流状态的模块(9)，在来自训练方案数据库模块(2)信息和来自模拟环境参数模块(7)信息的基础上，它能够确定作为涡流区中心集合的涡流发生器尾涡流路径和强度；用于模拟尾涡流扰动对航空器影响的模块(10)，在从模拟尾涡流状态模块(9)中接收有关尾涡流路径和强度信息，从训练方案数据库模块(2)中接收有关航空器参数信息，和从模拟航空器动态模块(11)中接收有关航空器位置，飞行速度，角速度和几何特征信息的基础上，它能够评价由涡流发生器尾涡流诱发的航空器附加力和力矩；用于模拟航空器动态的模块(11)，在来自模拟尾涡流扰动对航空器影响的模块(10)，来自训练方案数据库模块(2)，和来自模拟航空器单元和系统控制的模块(8)信息的基础上，它能够根据训练方案形成模仿航空器力和力矩的信号，以及由涡流发生器尾涡流诱发的附加力和力矩，并发射该信号到用于模拟飞行员工作区模块(6)，用于模拟航空仪表板模块(5)，和用于模仿外界目视状态模块(4)；用于评价飞行员动作的系统，在从模仿外界目视状态模块(4)和模拟仪表板模块(5)中接收信息的基础上，它能够估算飞行员动作以应付航空器危险飞行状态的正确性。
2.按照权利要求1的模拟器，其中制作用于模拟飞行员工作区的模块(6)是利用改变其飞行姿态的可能性并配备动态模仿飞行的装置。
3.按照权利要求1-2中任何一个的模拟器，其中用于模拟涡流状态的模块(9)包括用于模拟涡流发生器动态的单元(13)，它包含能够从方案数据库模块(2)中接收有关涡流发生器位置，运动参数，几何和重量特征信息的涡流发生器跟踪器，和能够存储有关涡流发生器位置和运动参数信息的存储器单元；用于模拟尾涡流的单元(14)，在来自模拟环境参数模块(7)和来自模拟涡流发生器动态模块(13)信息的基础上，它包含能够确定涡流发生器尾涡流路径的尾涡流跟踪器，其形式是涡流区中心轨迹的集合和强度，还能够保存有关涡流发生器尾涡流路径上各点坐标的信息，其形式是涡流区中心轨迹的集合和强度；和用于模拟尾涡流扰动对航空器影响的模块(10)应当包括航空器规划单元(15)，在来自训练方案数据库模块(2)中有关航空器类型和配置信息的基础上，它能够计算航空器几何特征的集合，这是计算由涡流发生器尾涡流诱发航空器附加气动力和力矩所需要的；和用于确定上述力和力矩的单元(16)，它是在有关涡流发生器尾涡流路径上各点坐标的信息，其形式是用于模拟尾涡流单元(14)保存的涡流区中心轨迹的集合和强度，和从模拟航空器动态模块(2)中接收有关航空器位置，飞行速度，角速度和几何特征信息的基础上。
4.按照权利要求1-3中任何一个的模拟器，其中它还包括用于模拟噪声，光学和动态效应的模块。
5.按照权利要求1-4中任何一个的模拟器，其中在飞行员接收有关航空器可能遭遇涡流发生器尾涡流危险区的预报信息条件下，可以调整用于训练驾驶技术的模拟器，它还包括涡流扰动危险区参数的模块(17)，包括用于评价扰动危险性的单元(20)，在从用于确定力和力矩单元(16)中接收信息的基础上，单元(16)属于模拟尾涡流扰动对航空器影响的模块(10)，按照选取的涡流扰动诱发对航空器附加气动力和力矩的危险性准则，它能够估算给定点的扰动危险强度；用于确定危险点的单元(21)，其中由涡流扰动诱发的附加力和力矩是危险的；按照基于从用于评价扰动危险性单元(20)中接收信息的危险性准则，该单元能够确定属于危险区的各点坐标；用于确定涡流扰动危险区的单元(22)，在从用于确定危险点单元(21)中接收信息的基础上，它能够计算危险区几何特征并发射对应的信息；和报警单元(18)包括用于选取延迟时间的单元(23)，在接收到可能遭遇尾涡流的警告信号之后，它能够计算时间周期，航空器在此时间周期至少有飞行规避操作的可能性，从而可以使航空器规避发生器尾涡流危险区；用于模拟控制平面的单元(24)，它能够计算延迟距离，延迟距离等于航空器在延迟时间内覆盖的距离，对位于航空器之前的控制平面做模型，控制平面垂直于航空器在延迟距离上的飞行方向，并在惯性坐标系中确定航空器获得控制平面所需的预报时间；预报单元(25)，在来自用于模拟涡流状态模块中模拟尾涡流单元信息的基础上，它能够确定发生器尾涡流路径，其形式是惯性坐标系中发生器涡流区中心的集合，和在预报时间内发生器尾涡流的强度；用于计算相交点的单元(26)，它能够确定发生器尾涡流轨迹与控制平面在航空器飞行通过的预报时间内相交点的坐标；区域形成单元(27)，它能够在尾涡流路径与控制平面相交点周围形成尾涡流危险区，其形式是发生器涡流危险区的集合，其中进入的航空器可能有超过容许限制的飞行参数；在飞行规则下航空器与控制平面相交的预报时间内，在控制平面上形成航空器预报位置区；在航空器预报位置区周围形成报警区；给用户提供有关尾涡流危险区进入报警区的信息；变换单元(28)，它能够计算航空器坐标系中航空器预报位置区，报警区和尾涡流危险区的坐标；第一相交条件测试单元(29)，它能够计算从报警区到尾涡流危险区的距离，并标记它变零事件；第二相交条件测试单元(30)，它能够计算从航空器预报位置区到尾涡流危险区的距离，并标记它变零事件；指示单元(31)，至少包含一个指示装置，它能够指出从报警区到发生器尾涡流危险区距离变零的事件；紧急指示单元(32)，至少包含一个指示装置，它能够指出从航空器预报位置区到发生器尾涡流危险区距离变零的事件。
6.按照权利要求5的模拟器，其中它包括含目视装置的目视模块，在从报警模块中接收信息的基础上，它至少能够形成航空器预报位置区和尾涡流危险区的图像。
7.按照权利要求5-6中任何一个的模拟器，其中指示装置和紧急指示装置选自包含视觉，听觉和触觉指示装置的集合。
8.按照权利要求5-7中任何一个的模拟器，其中用于选取延迟时间的单元(23)能够按照人工方式，半自动或全自动方式当前修正延迟时间。
9.按照权利要求5-8中任何一个的模拟器，其中利用按照人工方式，半自动或全自动方式当前修正报警区和航空器预报位置区坐标的可能性，开发区域形成单元(27)。
10.按照权利要求5-9中任何一个的模拟器，其中利用近似确定涡流发生器尾涡流危险区边界的可能性，可以设计用于确定危险区参数的单元(22)。
11.按照权利要求5-10中任何一个的模拟器，其特征是，选取尾涡流诱发的航空器容许滚转力矩作为危险性准则。
12.按照权利要求5-10中任何一个的模拟器，其特征是，选取航空器滚转角的容许值作为危险性准则。
13.按照权利要求1-12中任何一个的模拟器，其特征是，训练方案选自包括在地面航空站的起飞和着陆，在航空母舰上的起飞和着陆，单独和编队飞行，和空中加油方案的集合。
14.按照权利要求1-13中任何一个的模拟器，其特征是，它是在运行模拟器模块的模拟器模块软件中实现的。
15.按照权利要求1-14中任何一个的模拟器，其特征是，用于模拟危险区参数的模块(7)包含不同类型涡流发生器的尾涡流危险区特征数据库。
16.按照权利要求1-15中任何一个的模拟器，其特征是，用于评价飞行员动作的系统(12)包含用于保存有关控制平面，航空器预报位置区和位于航空器邻近涡流发生器尾涡流危险区坐标信息的存储器装置，它至少是在从航空器预报位置区到涡流发生器尾涡流危险区的距离变零事件的紧急指示时间内。
全文摘要
本发明的表现形式是在涡流危险条件和通知飞行员可能进入涡流发生器产生尾涡流所述危险区条件下的飞行模拟器。本发明模拟器的表现形式是各种模块，它包括用于模仿涡流状态的模块(9)，可以确定作为涡流区集合的涡流发生器尾涡流轨迹和强度，用于模仿涡流扰动作用到航空器上的模块(10)，可以确定涡流发生器尾涡流诱发的附加力和力矩，用于涡流扰动危险区参数的模块(17)，用于计算调制控制平面上涡流扰动危险的警告模块，控制平面位于航空器之前的预定距离，该距离等于航空器在选取预报时间内覆盖的距离，并足以使航空器执行飞行操作，为的是避开危险的尾涡流区。
文档编号G09B9/08GK1856810SQ03826843
公开日2006年11月1日 申请日期2003年7月25日 优先权日2003年7月25日
发明者尼古拉·阿列克谢耶维奇·巴拉诺夫, 安德烈·谢尔盖耶维奇·别洛采尔科夫斯基, 米哈伊尔·伊戈列维奇·卡涅夫斯基, 伊戈尔·弗拉基米罗维奇·帕谢库诺夫 申请人:俄联邦司法行政部联邦国家公共机构“合法保护军事，特种及两用智能行动结果联邦协会”, 俄股份公司协会特种技术股份公司, 尼古拉·阿列克谢耶维奇·巴拉诺夫, 安德烈·谢尔盖耶维奇·别洛采尔科夫斯基, 米哈伊尔·伊戈列维奇·卡涅夫斯基, 伊戈尔·弗拉基米罗维奇·帕谢库诺夫