От простого к сложному

Технические средства обучения стали неотъемлемой частью заказов на технику ОКБ Сухого

По мере усложнения авиационных комплексов важность уровня подготовки летчиков к полетам и обучения технического состава эксплуатации летательных аппаратов выходит на первый план. Понимая это, эксплуатанты авиационных комплексов – как иностранные, так и Минобороны России – выдвигают обязательным условием закупку вместе с самолетами технических средств обучения.

Работы по созданию тренажеров и учебных компьютерных классов для самолетов марки «Су» стали осуществляться в ОКБ Сухого с 2007 года. Для этого начали развивать компетенции по ключевым направлениям – разработка имитационных моделей для авиационных тренажеров в полном объеме и разработка баз данных учебных материалов для учебных компьютерных классов. Во главу угла была поставлена задача создания самой ценной составляющей – информационного содержания технических средств обучения (ТСО), включающего в себя данные об авиационном комплексе. В Москве и в Ахтубинске были созданы профильные подразделения конструкторского бюро, на серийных заводах в Комсомольске-на-Амуре и в Новосибирске появились группы по разработке материалов учебных классов.

Тренажеры тоже испытываются

В линейке разрабатываемых в ОКБ Сухого ТСО присутствует широкий спектр изделий различного уровня представления информации и различного назначения. Наиболее сложным и полным по функциональным возможностям является комплексный тренажер: благодаря сферической системе визуализации с большими углами обзора помимо основных режимов полета он позволяет отрабатывать групповые полеты, ближний воздушный бой, дозаправку топливом в воздухе. Процедурные тренажеры ориентированы на обучение взаимодействию с органами управления и индикации. Учебные компьютерные классы позволяют проводить теоретическую подготовку за экранами компьютера в аудитории.

В разработке учебных компьютерных классов и тренажеров участвуют специалисты профильных отделов конструкторского бюро, авиационных заводов, летчики-испытатели. Нужно сказать, что далеко не все особенности и тонкости работы бортовых систем отражены в эксплуатационной и текущей конструкторской документации на самолет. Кроме этого, по мере развития летательного аппарата в процессе опытно-конструкторской работы уточняются и видоизменяются логики работ систем и комплексов, дорабатывается индикация в кабине или аппаратное исполнение органов управления. Все это создает сложности при разработке ТСО, которые должны точно соответствовать летательному аппарату. Перед проведением установленных государственными стандартами испытаний достоверность имитационных моделей тренажера и содержание учебных материалов классов проверяют инженеры и летчики-испытатели ОКБ. На этом этапе непосредственные разработчики самолета тестируют и дают замечания к ТСО, опираясь на результаты испытаний, записи реальных испытательных полетов и отработок на стендах полунатурного моделирования.

Принцип действия агрегата в ЭДУС

Значительный вклад в создание учебных компьютерных классов для инженерного состава вносят авиационные заводы. Там разрабатываются материалы на основе эксплуатационной документации на самолет, при комплектации и сборке самолетов выполняют фотографирование узлов и агрегатов для учебных классов. Отдельным пластом работы является создание видеороликов выполнения операций по эксплуатации самолета. Выбираются наиболее сложные операции, техники завода личным примером демонстрируют правильную последовательность выполнения работ в соответствии с документацией.

Комплекс для всех режимов

Комплексный тренажер – самый сложный учебный инструмент, сердцем которого является имитирующее работу самолета и его систем программное обеспечение. Имитационные модели тренажеров позволяют выполнять обучение на всех режимах работы авиационного комплекса – от взлета и посадки, навигационного полета до боевого применения и отработки действий в отказных ситуациях в полете. Модели динамики полета детально прорабатываются, при их создании имитируются физическое поведение приводов, управляющих поверхностей, алгоритмы систем управления. Такой подход к моделированию иногда дает неожиданные «побочные» эффекты – реализуется имитация находящихся за пределами штатных, разрешенных в руководстве по летной эксплуатации диапазонов режимов полета: например, плоский штопор, взлет с одним работающим двигателем, некоторые фигуры высшего пилотажа. Летчики-испытатели ОКБ Сухого исследуют дополнительные возможности тренажеров, подтверждая, как правило, точность и достоверность имитации поведения самолета в таких режимах по опыту испытательных полетов.

Принцип действия агрегата в ЭДУС

Имитация работы комплекса бортового оборудования тестируется при проведении «полетов» на тренажере, а также сравнивая с эталонными записями испытательных полетов реальных самолетов и записями на стендах полунатурного моделирования.

Макет с реальными комплектующими

Изготовление аппаратной части тренажеров и учебных классов традиционно поручается соисполнителям по исходным данным от КБ. Критическим для обучаемых летчиков является соответствие эргономических характеристик макета кабины тренажера кабине реального самолета. Помимо внешнего вида органов управления в кабине тренажера с кабиной реального самолета должны совпадать усилия, углы отклонения и тактильные ощущения от взаимодействия с рукоятями, кнюпелями, переключателями. Для удовлетворения этого требования макеты кабин для тренажеров изготавливаются с применением таких же как на реальном самолете комплектующих – рукоятей, кнопок, переключателей, кнюпелей.

Однако в целом пульты, щитки и органы управления выполняются в виде имитаторов, которые подключаются к вычислителям тренажера по локальной вычислительной сети. Такая реализация значительно удешевляет изготовление кабины тренажера, упрощает ее эксплуатацию и ремонт.

Интеграция в систему

Для реализации классического принципа обучения «от простого к сложному» различные виды ТСО объединяются в учебно-тренировочные комплексы (УТК) с единой методической и информационной средой. Обучаемым предлагается сквозная программа подготовки с переходом от теоретической подготовки в учебных классах к подготовке на специализированных тренажерах и заключительном тренаже на комплексном тренажере.

Моделирование фигуры пилотажа в учебном компьютерном классе

Создавая УТК для самолетов Су-35С и Су-57 в ОКБ Сухого пошли дальше, интегрировав ТСО в существующую в российских военно-воздушных силах систему подготовки к полетам. Так, например, рабочие места учебного класса для летчиков фактически превратились в персональные рабочие места теоретической предполетной подготовки. В состав программного обеспечения класса были введены модули планирования полетов не только на тренажерах, но и на реальных самолетах. В них реализованы функции разработки плановой таблицы полетов, моделирования полетного задания с расчетом фигур пилотажа по заданным параметрам. Имеются также функции выполнения предварительного инженерно-штурманского расчета, учета фактически выполненных полетов и автоматизированный учет натренированности летчиков по отдельным элементам подготовки на базе информации о выполненных полетах. Реализованная система позволяет автоматизировать и переложить на вычислительную технику многие рутинные «бумажные» процедуры для летного состава.

Открытый для дополнения

Система подготовки летного состава в отечественных воздушно-космических силах (ВКС) подразумевает изучение широкого перечня различных дисциплин, касающихся не только конкретного авиационного комплекса. Например, общая навигационная подготовка, метеорологическая подготовка и т.п. При создании учебного класса разработка учебных материалов по таким дисциплинам практически невозможна без участия специалистов ВКС.

В учебных классах самолетов марки «Су» реализована концепция открытой системы. В ее рамках в состав поставляемых учебных классов включен программный инструмент разработчика учебных материалов. Он позволяет эксплуатантам самостоятельно создавать новые учебные курсы, пополняя базу данных учебных материалов по всем необходимым дисциплинам, разрабатывать собственные лекции, уточнять учебные материалы в процессе жизненного цикла самолета. Также предоставлен доступ к редактированию банка данных упражнений курса боевой подготовки, правил продления сроков готовности по элементам подготовки. Это дает возможность специалистам ВКС самостоятельно дорабатывать учебный класс под актуальные директивные документы. Безусловно, такой подход обеспечивает гибкую адаптацию учебных классов на протяжении всего жизненного цикла авиационного комплекса.

15 летчиков в 10 тренажерах

Архитектура разрабатываемых в ОКБ Сухого учебно-тренировочных комплексов позволяет по желанию будущих пользователей подбирать необходимую конфигурацию для решения определенных задач – учебный класс и процедурный тренажер, комплексный и процедурный тренажеры, несколько совместно работающих тренажеров и так далее. Например, для отработки групповых действий авиационного звена на общем тактическом поле могут быть объединены сразу несколько тренажеров.

Разбор группового полета инструкторами

Практическое применение такой подход получил при объедении десяти комплексных и процедурных тренажеров самолетов Су-30МК2 и Су-27СКМ у одного из инозаказчиков. Групповая подготовка при этом перешла на системно другой уровень – сразу пятнадцать летчиков, единовременно находящиеся в одно- и двухместных кабинах тренажеров, могли совместно «летать», визуально наблюдая самолеты друг друга. При этом они вели радиообмен как в реальных условиях, организовывали телекодовое взаимодействие самолетов в режиме групповых действий с распределением целеуказания и с выполнением задач боевого применения как по имитируемым целям, так и друг по другу.

Новые времена – новые требования

Реалии нашего времени привнесли новые требования к разрабатываемым в ОКБ Сухого ТСО с учетом ограничений на импортное программное обеспечение и оборудование. Благодаря заранее принятым решениям о разработке кроссплатформенного специального программного обеспечения, не зависящего от типа операционной системы, тренажеры и учебные классы самолетов марки «Су» могут использоваться как под управлением операционных систем типа Windows, так и типа Linux. Для Минобороны России обработка закрытой информации может выполняться только на сертифицированной операционной системе российской разработки. Сейчас программно-аппаратные комплексы изделий ТСО самолетов марки «Су» удовлетворяют всем современным жестким требованиям военных. Под требования импортозамещения подтянулись и соисполнители – программное обеспечение составных частей ТСО перевели под Linux, аппаратная часть в значительной доле переработана под использование компонентов российского производства.

Современный темп поступления информации, необходимость быстрой реакции на происходящие изменения потребовали пересмотреть и понимание роли обучаемого в учебном процессе. При дефиците времени у обучаемых и больших объемах информации, часто затрудненного доступа к «большим» тренажерам теперь ставится акцент на самостоятельную индивидуальную подготовку. Для этого ТСО должны предоставлять заведомо добросовестному и ответственному обучаемому доступ к учебным инструментам для самостоятельной подготовки в удобное для него время. На первый план выходят ТСО, которые можно разместить в обычном офисном помещении, развернуть на персональном компьютере, возможно, на носимом планшете.

Тренажер на столе

Рабочий стол системы совместной подготовки

Сейчас в состав учебных классов современных самолетов «Су» включены подобия авиационных компьютерных игровых симуляторов. По функциям программного обеспечения они являются тренажерами, но управляются с помощью нарисованных на экране органов управления. Использование таких настольных «тренажеров» летным составом показало, что достаточно двухмерного изображения органов управления в кабине, нет необходимости визуализации закабинного пространства – такие учебные средства предназначены в первую очередь для изучения индикации и последовательности действий с органами управления в кабине, на них не учатся летать.

К индивидуальным ТСО также можно отнести специализированные рабочие места на базе технологии виртуальной реальности. Летчик физически взаимодействует с реальными имитаторами ручек управления самолетом и двигателем, с педалями – для этих самых важных органов управления соблюдается эргономическое подобие. Остальные органы управления, а также изображения на индикаторах и внешнее закабинное пространство дорисовывается средствами компьютерной графики и отображается в очках виртуальной реальности. Отслеживание поворота головы обучаемого обеспечивает правильное направление взгляда в виртуальном пространстве, распознавание положения пальцев рук позволяет «нажимать» на виртуальные кнопки и переключатели. Бинокулярный эффект в очках дает обучаемому возможность достаточно точно определять расстояние до объектов и их размеры.

Результаты апробации летным составом таких упрощенных тренажеров подтвердили целесообразность их использования при первичном изучении информационно-управляющего поля кабины, при отработке процедур и последовательности операций с органами управления. Применение очков позволяет с высокой реалистичностью отрабатывать групповой пилотаж и дозаправку в воздухе.

По мере развития технологий виртуальной реальности предназначенные для самостоятельного использования более дешевые и простые в эксплуатации легкие типы ТСО имеют большие перспективы использования.

Перенос на ПК

Разрабатываемые современные авиационные комплексы становятся все сложнее и сложнее. Повторить алгоритмы бортовых комплексов с помощью имитационных моделей с высокой достоверностью становится затруднительно, иногда невозможно, да и нецелесообразно. Тот факт, что ОКБ Сухого самостоятельно разрабатывает функциональное программное обеспечение для бортовой вычислительной машины, открывает дополнительные возможности при создании изделий ТСО. В кооперации и с непосредственным участием Научно-технического центра информационно-управляющих систем (НТЦ ИУС) ОКБ Сухого в интересах ТСО была разработана технология автоматизированной адаптации бортового функционального программного обеспечения (ФПО) для возможности работы на обычных персональных компьютерах. Теперь имитация БЦВМ в тренажерах реализуется оригинальным программным обеспечением, что обеспечивает высокую достоверность и уменьшение сроков разработки программного обеспечения тренажеров. Однако тут нужно отметить, что у технологии есть и обратная сторона. Так для адекватной работы адаптированного ФПО требуется имитация входных и выходных параметров в объеме бортового информационного обмена. Это в буквальном смысле на порядки больше параметров, чем при создании имитационных моделей, ориентированных на внешние проявления – индикацию и видимые на системе визуализации параметры полета.

Использование в тренажерах адаптированного бортового ФПО открывает новое направление применения тренажеров в качестве стендов проверки и отработки бортового программного обеспечения – при выпуске новых версий бортового ФПО появляется возможность оперативного обновления ПО и на тренажере. В ситуации, когда самолеты поступают в эксплуатацию в войска до окончательного завершения опытно-конструкторских работ, такие технологии позволяют параллельно с развитием авиационного комплекса иметь стенды на базе тренажеров во всегда актуальном облике, использовать их для обучения летного состава при доработках бортового ФПО. Также требует внимательного рассмотрения идея создания виртуальных стендов на базе адаптированного бортового ФПО и иллюстративных интерактивных 2D/3D-кабин. Развернутые на ПК виртуальные стенды позволят выполнять предварительные проверки новых версий ФПО параллельно на многих рабочих местах, что может частично разгрузить стенды полунатурного моделирования при верификации некоторых классов задач.

В заключении стоит сказать, что для разрабатываемых новых типов самолетов только непосредственное участие инженеров и летчиков-испытателей ОКБ Сухого, а также привлечение к разработке авиационных заводов позволяет создавать ТСО высокого уровня соответствия летательному аппарату.

С упором на понимание

Одна из частей учебного класса – электронный действующий учебный стенд (ЭДУС), ориентированный в основном на инженерно-технический состав. В ЭДУС кроме традиционных текстовых и иллюстративных учебных материалов реализовано анимированное представление устройства и принципа работы основных узлов и агрегатов выбранной самолетной системы, схематично на структурных схемах бортовых систем визуализированы происходящие в них процессы. В отличие от западного подхода к подготовке техсостава, когда основной задачей является обучение поиску отказавшего блока и его замене, в ЭДУС реализованы традиционные, еще советские подходы к подготовке, когда обучаемый должен понимать внутреннее устройство и физическую сущность происходящих при работе агрегата процессов.

Текст: Андрей Кулагин, главный конструктор по ТСО ОКБ Сухого