Как называются точные имитационные модели полета? Есть стандартная модель?

Я рискую задать вопрос, который может быть «основан на мнении», но я надеюсь, что это не будет воспринято как таковое.

Этот вопрос затрагивается в следующих вопросах:

Чем отличаются ПК от профессиональных симуляторов?

Является ли это мнение о персональных компьютерных авиасимуляторах слишком строгим или оно действительно верно?

Каковы ограничения аэродинамического моделирования, используемого в авиасимуляторах?

Тем не менее, они не могут ответить на то, о чем я здесь спрашиваю, даже если обсуждаются некоторые конкретные вещи, такие как заявление о том, что коэффициенты представляют собой смесь CFD, данных аэродинамической трубы и данных летных испытаний, или что порывистые нагрузки могут быть смоделированы с помощью Маркова. матрицы. Тем не менее, я не видел ни одного пакета или системы летной модели.

Для гоночных симуляторов или автомобильных симуляторов точные симуляторы иногда называют Milliken & Pacejka или «подобными Pacejka», в зависимости от конкретной реализации. Похоже, это эталонная модель, с которой сравнивают многие симуляторы. Я не эксперт по симуляторам шин, так что простите меня, если я только что сказал что-то глупое.

Как насчет моделирования полета? Летная модель симулятора, есть ли «золотой стандарт», который обычно используется в большинстве респектабельных симуляторов?

В играх-симуляторах полета часто говорят о «модели полета» и описывают ее как точную. Хотя я легко могу себе представить, что эта летная модель основана на некотором упрощении Навье-Стокса,

У меня есть опыт работы с программным обеспечением, и хотя я еще не писал симулятор полета, я понимаю необходимость упрощения и то, что никакое моделирование никогда не будет на 100% точным. Все модели по своей сути будут иметь различные компромиссы и приносить какие-то жертвы. Однако это не означает, что не существует относительно приемлемого способа выполнения такого моделирования.

Я не прошу основанного на мнении ответа, "эта модель лучшая". Я, конечно, не прошу список «лучших» авиасимуляторов. Мне любопытно, какая базовая модель полета используется - тем не менее, я не возражал бы против одного или двух примеров того, что «эта знаменитая модель, описанная в следующей научной статье, используется в симуляторе полета X и Y».

По сути, мне просто любопытно, считается ли в отрасли типичная модель или небольшой набор (пара) моделей фактическим «золотым стандартом» или скорее стандартом де-факто.

Если нет такой вещи, что почти каждый авиасимулятор делает это по-разному, то я приму это как ответ. Если есть небольшой набор терминов, с которыми все в отрасли знакомы, я был бы рад узнать об этом. Это позволило бы мне легко искать документы, описывающие эти системы.

Я также приму ответ, в котором приведен обзорный документ о проблемах точного моделирования полета в современных компьютерных системах.

Ответы (3)

14 CFR, часть 60, регулирует, что представляет собой учебно-тренировочное устройство авиасимулятора (FSTD) для конкретной модели самолета. FSTD делится на две широкие категории: полнопилотажные тренажеры (FFS) и летные тренажеры (FTD). Большая разница между этими двумя категориями заключается в том, что FFS требует наличия сигналов движения, тогда как сигнал движения является необязательным для FTD. Кроме того, требуемая точность моделируемой динамики полета (по сравнению с результатами летных испытаний) гораздо более жесткая для FFS, чем для FTD.

Каждая FFS и FTD далее подразделяются на квалификационные уровни (уровни от A до D для FFS, от 4 до 6 для FTD с неподвижным крылом). Чем выше уровень, тем больше симулятор соответствует реальному самолету. Вы можете получить баллы за часть 61 только в том случае, если вы пройдете обучение на симуляторах с соответствующими уровнями для систем/этапов полета, с которыми вы работаете.

Изготовитель тренажера должен представить в FAA Руководство по квалификационным испытаниям, чтобы продемонстрировать, что тренажер достаточно хорош для аэродинамической модели, кабины экипажа, визуальной системы, сигнала движения, звуковой системы для соответствующего уровня.

Любой может создать авиасимулятор с любым произвольным уровнем точности; но сделать симулятор полета, достаточно хороший для FAA, сложно и дорого. Прочтите это для более подробного, но непрофессионального объяснения различных уровней квалификации.

Это скорее формальная сторона дела. Да, должно быть формально продемонстрировано, что симулятор ведет себя в соответствии с выбранным уровнем. Но это не отвечает на главный вопрос: как строятся такие модели.
Кроме того, я не согласен с тем, что «самая большая разница» между FFS и FSTD заключается в движении. На практике большинство FSTD (по крайней мере, более высоких уровней) имеют движение. Скорее, это совершенно другой уровень сертификационных усилий и точности.
@Zeus ОП спрашивал, «что является золотым стандартом для авиасимулятора», а не как создаются симуляции / модели. Я родом из авиаконструктора, поэтому мой опыт ограничивается физическим моделированием. Тем не менее, насколько я понимаю, имитационные модели уровня D поставляются для FFS/FSDT высокого качества взаимозаменяемо. Необязательный признак движения основан на беглом изучении текстов Части 60 и, кажется, подтверждается вторичным источником в сообщении.
«Поставляется?» Модель является ядром симулятора; все оборудование вокруг него вторично. Может случиться так, что у компаний, производящих и FFS, и FSTD (что встречается не очень часто) часть модели общая, но часто они сильно различаются. На самом деле, большинство FSTD (за исключением, пожалуй, самого высокого уровня) построены на «игровых» движках, таких как X-Plane или P3D: для них требуется только «общее» представление класса самолета, и это, возможно, гораздо более фундаментальное различие, чем движение.
@Zeus После перекрестной проверки объективных тестов между FFS и FDT из части 60 я согласен с вашим утверждением. Исправил мой ответ.

Насколько я могу судить, есть два общих подхода:

  • Моделирование динамики твердого тела с большим количеством экспериментальных коэффициентов.

    Большинство аэродинамических эффектов просто суммируются для всего самолета, хотя более продвинутые симуляторы должны рассчитывать положение колес и изгиб крыла и фюзеляжа, чтобы получить правильные реакции, в основном при посадке. Но это всего лишь несколько элементов, поэтому он не требует больших вычислительных ресурсов и может быть очень точным, если доступно достаточно данных.

    Проблема получить эти данные. Кривая подъемной силы для угла атаки и скорости, моменты тангажа для угла атаки и скорости, реакция крена на боковое скольжение, реакция тангажа на боковое скольжение, реакция подъемной силы на скольжение-скольжение, демпфирование тангажа, демпфирование крена, демпфирование рыскания, а также земля эффект и так далее и тому подобное.

    Кажется, это обычный подход для больших симуляторов (насколько источники общедоступны, поставщики склонны держать детали в секрете), потому что производитель все равно собирает все данные во время проектирования — от летных испытаний, аэродинамической трубы и последних расчетов. гидродинамические ситуации.

    Также легко показать, что оно соответствует поведению реального самолета.

    Недостатком является то, что данные часто имеют более низкое качество или вообще недоступны для положений, слишком далеких от нормального диапазона полета, поэтому моделирование в сбоях менее реалистично. Но для летной подготовки это на самом деле не имеет значения, потому что цель состоит в том, чтобы вообще не попасть в такое положение.

  • Моделирование теории элементов лопатки.

    В этом подходе геометрическая модель самолета разбивается на элементы, и аэродинамические силы на каждом из них оцениваются с использованием некоторых базовых моделей подъемной силы и сопротивления, а затем суммируются для всего самолета.

    Это не так точно, как первое, если у вас есть все доступные коэффициенты, но позволяет достаточно хорошо моделировать самолеты, для которых у вас нет этих данных, включая еще не построенные самолеты, поэтому он иногда используется при проверке конструкции, чтобы получить приблизительное представление о том, хорошо ли будет работать предложенный дизайн.

Но в целом модель динамики полета — это крошечная часть того, что должен делать авиасимулятор. Поведение приборов должно быть смоделировано с их запаздыванием и ошибками, последствия различных сбоев системы могут быть достаточно сложными и т.д. Ну и тут конечно же управление всем железом более реалистичных симуляторов.

Код модели имитации полета для симуляторов уровня D защищен авторскими правами производителя симуляторов.

Как насчет моделирования полета? Летная модель симулятора, есть ли «золотой стандарт», который обычно используется в большинстве респектабельных симуляторов?

Золотым стандартом является точное моделирование всей физики, связанной с обучением пилота реакции самолета и всех его систем. Полный код, соответствующий уровню D, огромен, около 30 человеко-лет работы. Список файлов исходного кода будет таким:

  • Окружающая среда: атмосфера и навигационная география.
  • Аэродинамика: реализация аэродинамических сил и моментов в шести степенях свободы.
  • Динамика полета: реакция самолета на силы и моменты. Включая эффекты аэроупругости.
  • Реакции земли.
  • Условия аварии.
  • Интерфейс бортовых систем (AFCS, AGPWS, FMCS и др.)
  • Масса и баланс.
  • Системы самолета. Все главы ATA (автопилот, гидравлика управления полетом и т. д. и т. д.). Это огромный объем кода, который также охватывает всю обработку последствий отказа системы, которой обучаются пилоты. Потеря давления в гидравлической системе приводит к снижению макс. прогиб поверхности в зависимости от динамического давления и т.д.

Я понимаю необходимость упрощения и то, что никакое моделирование никогда не будет на 100% точным. Все модели по своей сути будут иметь различные компромиссы и приносить какие-то жертвы. Однако это не означает, что не существует относительно приемлемого способа выполнения такого моделирования.

Точность, компромиссы и жертвы определяются тем, для какого стандарта написано программное обеспечение. Соответствие стандарту должно быть продемонстрировано.

Если нет такой вещи, что почти каждый авиасимулятор делает это по-разному, то я приму это как ответ.

Понимание и учет лежащей в основе физики — единственный правильный способ написания кода моделирования. Такие инструменты, как Simulink, которые в девяностые годы были чем-то вроде черной магии, делают построение блок-схем и откликов системы намного более доступным. Но каждая новая компания-разработчик симуляторов должна переписывать с нуля, используя физическое моделирование.

Последний абзац не совсем верен. Даже физическое моделирование может выполняться на самых разных уровнях; В ответе Яна упоминаются два наиболее распространенных подхода. Но, в конце концов, любой «обман» приемлем, если модель ведет себя как настоящая, и это можно продемонстрировать. Большинство жестких взаимодействий «обманываются», а не решаются физически. В ОП упоминается подход Пачейки: это откровенное мошенничество (это «волшебная формула», которая работает на практике, а не решает физику шин), и это очень распространено. Что касается перезаписи, как и в случае с большинством программного обеспечения, существуют бесплатные механизмы моделирования.
Что касается соответствия, может быть запутанно говорить «стандарт». Скорее, должна быть продемонстрирована обоснованность поведения (в той мере, в какой это предусмотрено уровнем симулятора). Это не может быть тривиальным, потому что также должна быть продемонстрирована достоверность исходных данных. Но сами по себе стандарты написания программного обеспечения для тренажеров специально не регламентированы, в отличие от авионики и прочего бортового оборудования.
@Zeus «Что касается переписывания, как и в случае с большинством программного обеспечения, существуют бесплатные механизмы моделирования». Я знаю, я использовал один для тестирования аэродинамической модели и модели динамики полета навигационного учебно-тренировочного вертолета, включая системное моделирование, которое мы написали и используется для обучения в настоящее время. Однако не на симуляторе уровня D, это другой котелок с рыбой, и вам вообще не удастся избежать большого количества читерства, не вводя ошибки где-то еще, которые доставят вам неприятности.
Ну, конечно, редко кто просто использует чью-то модель, даже если это разрешено. Но, как и в случае с любым установленным программным обеспечением (например, с ОС), редко случается, что новый проект «должен переписываться с нуля»: есть достаточно материала, на который можно опираться, даже если просто использовать опыт и подходы.
Что касается читерства, то могу заверить, что его предостаточно даже на уровне D. Есть вещи, которые просто нереально (или не стоит) просчитывать «физически» в реальном времени, а «читерство» может дать лучший (более точный ) результат чем «честное» моделирование. Например, когда модель предполагает изгиб крыла на определенной частоте, это по большому счету «обман»: провести МКЭ планера в реальном времени нереально. Точно так же может быть более разумным вызвать проскальзывание напрямую, а не моделировать свойства резиновой шины. Сбои и другие случайные события также относятся к этой категории.
@Zeus Компания, с которой у меня был опыт работы, имела жесткие рекомендации по моделированию и выполнила все требования уровня D, EASA + FAA + все остальные. Данные OEM, а также дополнительные данные динамических испытаний в аэродинамической трубе при очень больших углах атаки и бокового скольжения. Полное восстановление после остановки и UPRT реализованы 10 лет назад. Кроме того, мы практиковали физическую симуляцию управления полетом, анализировали каждый самолет и реализовывали конкретную конфигурацию оборудования. С ухудшенной функциональностью систем и т. д. Конечно, отрасль в целом пытается уйти с минимальными усилиями.
Как называются точные имитационные модели полета? Есть стандартная модель?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v