Динамический тренажер

Авторы патента:

Еремин А.Ф. (RU)

Гаврик И.Н. (RU)

Суворов А.П. (RU)

G09B9/10 - с моделированием усилий, воздействующих на человека, вызванных полетом или работой двигателей (G09B 9/28 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2254617:

Федеральное Государственное Унитарное предприятие Научно-исследовательский институт авиационного оборудования (RU)

Изобретение относится к области космического тренажеростроения и может применяться при подготовке экипажей пилотируемых космических аппаратов. Тренажер содержит последовательно соединенные пульт космонавта, модель системы управления бортовым комплексом, модель системы управления движением, модель движения космического корабля, блок управления центрифугой, блок опорных сигналов и фильтров, блок силовых электроприводов и кабину центрифуги. При этом блок управления центрифугой соединен через систему обеспечения безопасности с пультом управления центрифугой, который связан с блоком опорных сигналов и фильтров и с кабиной центрифуги. Пульт контроля и управления тренировкой параллельно соединен с пультом космонавта, моделью системы управления бортовым комплексом, моделью движения космического корабля и пультом управления центрифугой. Изобретение обеспечивает обучение управлением космического аппарата при воздействии перегрузок, соответствующих реальным. 4 ил.

Изобретение относится к области космического тренажеростроения и может применяться при подготовке экипажей пилотируемых космических аппаратов (ПКА), отработке бортовой аппаратуры и методики обучения космонавтов по управлению транспортного корабля «СОЮЗ-ТМА» на этапе спуска с орбиты. Известно обучающее устройство, описанное как полезная модель. Положительное решение о выдаче Патента на полезную модель от 27.05.2003 г. по заявке 2003111647 от 29.04.2003 г. Авторы Еремин А.Ф. и др. Данная полезная модель принимается за прототип. Приведенное обучающее устройство позволяет производить обучение космонавтов управлению космическим кораблем в штатных и нештатных ситуациях в режиме управляемого спуска.

Блок-схема данного тренажера укрупненно, с выделением основных узлов применительно к задачам наземной подготовки экипажей, отработки бортовой аппаратуры и методики обучения космонавтов по управлению системой спуска в комплексе систем космического корабля приведена на фиг.1, где:

1 - пульт космонавта;

2 - модель системы управления бортовым комплексом;

3 - модель движения космического корабля;

4 - модель системы управления движением;

5 - пульт контроля и управления тренировкой.

Однако это обучающее устройство не позволяет проводить обучение космонавтов в условиях, приближенных к условиям реального космического полета, когда воздействие перегрузки оказывает влияние на организм человека, что приводит к искажению результатов обучения в управлении космическим аппаратом.

Целью предлагаемого изобретения является обеспечение необходимыми устройствами для обучения экипажей ПКА управлению космическим кораблем в условиях воздействия на космонавта перегрузок, соответствующих воздействию реальной перегрузки в космическом полете. Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство. Положительное решение от 27.05.2003 г по заявке 2003111647 от 29.04.2003 г.) - прототип, содержащее последовательно соединенные пульт космонавта, модель системы управления бортовым комплексом, модель системы управления движением, модель движения космического корабля, а также пульт контроля и управления тренировкой, первый выход которого параллельно соединен с пультом космонавта, со вторым входом модели системы управления бортовым комплексом и со вторым входом модели движения космического корабля, дополнительно введены пульт управления центрифугой 6, система обеспечения безопасности 7, блок управления центрифугой 8, блок опорных сигналов и фильтров 9, блок силовых электроприводов 10, блок корректирующих устройств 11, кабина центрифуги 12, выход которой связан со вторым входом пульта управления центрифугой 6, первый вход которого связан со вторым выходом пульта контроля и управления тренировкой 5, а четвертый выход пульта управления центрифугой 6 связан со вторым входом блока управления центрифугой 8 через систему обеспечения безопасности 7, первый вход блока управления центрифугой 8 связан с третьим выходом модели движения космического корабля 3, а третий выход блока управления центрифуги 8 подключен к первому входу блока опорных сигналов и фильтров 9, второй вход которого соединен с третьим выходом пульта управления центрифугой 6, а третий выход блока опорных сигналов и фильтров 9 связан с первым входом блока силовых электроприводов 10, а третий выход которого связан с входом блока корректирующих устройств 11, выход которого связан с четвертым входом блока управления центрифугой 8, а второй выход блока силовых электроприводов 10 связан с входом кабины центрифуги 12.

На фиг. 2 представлена структурная схема динамического тренажера спуска на базе центрифуги ЦФ-18.

На фиг.2 обозначены:

1 - пульт космонавта;

2 - модель системы управления бортовым комплексом;

3 - модель движения космического корабля;

4 - модель системы управления движением;

5 - пульт контроля и управления тренировкой;

6 - пульт управления центрифугой;

7 - система обеспечения безопасности;

8 - блок управления центрифугой;

9 - блок опорных сигналов и фильтров;

10 - блок силовых электродвигателей;

11 - блок корректирующих устройств;

12 - кабина центрифуги.

С пульта управления центрифугой 6 главным оператором подаются команды на переключение режимов работы центрифуги: «СТАРТ», «СТОП», «ИСХОДНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ», установку максимально допустимых перегрузки и градиента перегрузки по М-движению (консоль), включение рамп X,Y,Z-движений (кабина, кольцо и вилка); осуществляется контроль и защита космонавтов от опасных динамических режимов в результате сбойных ситуаций в вычислительной системе тренажера. На пульте управления центрифугой на экран монитора главного оператора управления центрифугой выводятся параметры вращения центрифуги и положения космонавтов относительно вектора перегрузки.

Система обеспечения безопасности 7 состоит из блока диагностирования исправности центрифуги, устройства голосовой связи космонавта из кабины центрифуги с главным оператором центрифуги и врачом, блока диагностирования функционирования программы управления центрифугой. Система обеспечения безопасности выдает полную информацию о состоянии космонавтов, находящихся в кабине центрифуги, главному оператору центрифуги и врачу для принятия решения в процессе тренировки космонавтов в динамическом режиме работы тренажера. Блок управления центрифугой 8 обеспечивает расчет управляющих программных сигналов на следящие приводы центрифуги по заданному вектору ускорений и полное управление центрифугой в процессе тренировки в динамическом режиме, включая повороты кабины в начальное положение для тренировки и в исходное положение для эвакуации космонавта. Алгоритм имитации вектора перегрузки, синхронизирующий повороты кабины, кольца, вилки центрифуги с текущим значением радиальной перегрузки или угловой скорости консоли, имеет вид:

θ=π/2,

где:

L - радиус консоли центрифуги,

G - ускорение свободного падения,

γ₀ - угловое положение кабины в момент начала моделирования,

γ_пр- программное угловое положение кабины,

ϕ_пр - программное угловое положение кольца,

θ - угловое положение вилки,

w_пр- программное значение угловой скорости консоли,

W_тк- текущее значение угловой скорости консоли,

n_x, n_y, n_z- заданные составляющие вектора перегрузки (проекции вектора перегрузки в системе координат, связанной с кабиной центрифуги).

Блок опорных сигналов и фильтров 9 условно можно разделить на две части: систему опорных сигналов и следящую систему. Основным элементом системы опорных сигналов является так называемый рампный блок - нелинейный фильтр, ограничивающий по скорости и ускорению программные сигналы, поступающие на вход следящей системы. Это одна из мер защиты электродвигателей и вращающихся контактных устройств от перегрузки по току, а редукторов от механических перегрузок; максимальная угловая скорость - 96 град/сек; максимальное угловое ускорение - 1 рад/сек².

Среди других научно-технических проблем, связанных с тренировкой космонавтов по управлению спуском корабля "Союз-ТМА" на динамическом тренажере, особо выделяется проблема обеспечения адекватности моделирования динамических факторов полета на центрифуге ЦФ-18.

Частотные характеристики электроприводов центрифуги пригодны для воспроизведения медленно меняющегося вектора линейной перегрузки, действующей при спуске корабля "Союз-ТМА", однако погрешности при отслеживании вычисленной в модели движения перегрузки имеют место и их причиной в том числе является наличие динамического запаздывания электроприводов при отработке программных сигналов. Временной сдвиг графика перегрузки составляет от 0,8 до 1,0 секунды. Повысить точность моделирования позволил выбор оптимальных корректирующих устройств 11 для коррекции движения центрифуги, состоящих из двух частей: в прямой цепи и в обратной связи. Благодаря этому динамическое запаздывание приводов центрифуги при моделировании перегрузки на участке спуска корабля "Союз-ТМА" уменьшилось не менее чем в 3 раза. Результаты испытаний приведены в графической форме на фиг.3.

Центрифуга ЦФ-18 представляет собой динамический стенд, имеющий четыре степени свободы движения: кабины, или Х-движение, кольца, или Y-движение, вилки, или Z-движение, и движение консоли, или М-движение. Каждая степень свободы является управляемой посредством реверсивных тиристорных преобразователей различной мощности. Исполнительными устройствами являются силовые электродвигатели 10 постоянного тока с независимым возбуждением. Фактически каждый тиристорный преобразователь представляет собой законченную следящую систему по угловой скорости. В динамическом режиме работы динамического тренажера спуска рабочее место оператора (РМО) располагается в кабине "А" центрифуги 12, которая находится в трехстепенном карданном подвесе. Общий вид динамического тренажера спуска на базе центрифуги ЦФ-18 приведен на фиг.4. В кабине центрифуги размещены основные устройства РМО: пульт космонавта "Нептун-МЭ", кресло "Казбек-УМ" - командира корабля, кресло "Казбек-УМ" - бортового инженера, ручка управления спуском, устройство связи с вычислительной системой, аппаратура контроля и связи. Все элементы РМО при испытаниях подверглись воздействию радиальных и боковых перегрузок. Радиальные перегрузки достигали величин 13 единиц, боковые перегрузки - 6 единицу.

При моделировании режима спуска на динамическом тренажере после прохождения команды "Разделение", по которой происходит разделение Приборного отсека и Спускаемого аппарата, на пульте контроля и управления тренировкой и на пульте управления центрифугой загорается красным цветом индикатор "Перегрузка". После этого главный оператор с пульта управления центрифугой выдает разрешение на запуск центрифуги (вращение), при достижении моделируемой перегрузки n≥0.5g (в модели движения осуществляется интегрирование уравнений спуска в реальном масштабе времени) центрифуга автоматически трогается и плавно, медленно вращается и после достижения моделируемой перегрузки n≥1g центрифуга отслеживает вычисленную в модели движения перегрузку, соответствующую реальной перегрузке, воздействующей на космонавта, при спуске космического корабля. Блоки 7, 8, 9, 11 выполнены в виде программных модулей и реализованы на универсальных вычислителях типа Pentium-4.

Динамический тренажер, содержащий последовательно соединенные пульт космонавта, модель системы управления бортовым комплексом, модель системы управления движением, модель движения космического корабля, а также пульт контроля и управления тренировкой, первый выход которого параллельно соединен с пультом космонавта, со вторым входом модели системы управления бортовым комплексом и со вторым входом модели движения космического корабля, отличающийся тем, что дополнительно введены пульт управления центрифугой, система обеспечения безопасности, блок управления центрифугой, блок опорных сигналов и фильтров, блок силовых электроприводов, блок корректирующих устройств, кабина центрифуги, выход которой связан со вторым входом пульта управления центрифугой, первый вход которого связан со вторым выходом пульта контроля и управления тренировкой, а четвертый выход пульта управления центрифугой связан со вторым входом блока управления центрифугой через систему обеспечения безопасности, первый вход блока управления центрифугой связан с третьим выходом модели движения космического корабля, а третий выход блока управления центрифугой подключен к первому входу блока опорных сигналов и фильтров, второй вход которого соединен с третьим выходом пульта управления центрифугой, а третий выход блока опорных сигналов и фильтров связан с первым входом блока силовых электроприводов, третий выход которого связан с входом блока корректирующих устройств, выход которого связан с четвертым входом блока управления центрифугой, а второй выход блока силовых электроприводов связан с входом кабины центрифуги.

Изобретение относится к измерительной технике, используемой для оценки профессиональной пригодности летчика. .

Способ контроля и управления функциональным состоянием летчика в полете и устройство для осуществления способа // 2150886

Изобретение относится к медицинской технике. .

Устройство для тренировки мышц // 2097835

Изобретение относится к области учебно-тренировочного оборудования и испытательной техники, в частности к устройствам и тренажерам для выработки навыков работы в условиях пилотажных перегрузок, действующих на организм в направлении голова таз.

Способ тренировки летного состава к защите от перегрузок направления голова-таз // 2097834

Изобретение относится к области учебно-тренировочного оборудования, в частности к способам физической тренировки мышечной системы летчиков и космонавтов для защиты от пилотажных перегрузок.

Устройство для исследования влияния на человека перегрузок при вращении на центрифуге // 355829

Тренажер для тахистоскопических исследований // 312299

Стенд для исследования функций вестибулярногоаппарата // 220429

Патент 212433 // 212433

Способ профилактики гиподинамии // 208192

Авиационный тренажер // 201130

Устройство для релаксации и реализации виртуальной реальности // 2314083

Изобретение относится к медицинской технике и может использоваться как устройство для проведения лечебного или релаксационного массажа, а также имитации физического контакта поверхности тела человека с виртуальной реальностью

Способ тренировки лиц опасных профессий // 2325935

Изобретение относится к области учебно-тренировочного оборудования, в частности к способам физической тренировки мышечной системы лиц опасных профессий с высоким уровнем риска развития сердечно-сосудистых и других видов заболеваний вследствие воздействия повышенных нагрузок на их мышечную систему в процессе выполнения профессиональных обязанностей

Тренажер парашютиста // 2538996

Изобретение относится к парашютно-десантной технике. Тренажер содержит стойку, жестко закрепленную в фундаменте, стрелу и кресло парашютиста, жестко соединенное со стрелой и моделирующее направление динамических нагрузок. Введен механизм привода вращения вала для придания вращающего момента парашютисту вокруг своей оси, моделирующий отказ основного парашюта, и макет запасного парашюта со страховочным звеном, выполненным с возможностью обрыва и предназначенным для имитации отработки элемента применения запасного парашюта при частичном или полном отказе основного парашюта. Изобретение направлено на повышение качества подготовки парашютистов. 2 ил.

Динамический испытательный стенд // 2554198

Изобретение относится к динамическим испытательным стендам-тренажерам. Динамический испытательный стенд содержит центральный пульт управления, моделирующий программно-аппаратными средствами различные сценарии, виды нагрузок и задающий движение, а также раздельно управляемые консоль центрифуги, карданов подвес с кольцом и вилкой на конце консоли, кабину в кардановом подвесе и расположенные в кабине подвижную платформу с актуатором, генерирующим возвратно-поступательные движения вдоль вертикальной оси Z относительно основания кабины, и расположенным на ней штатным испытательным стендом с конструктивно-изменяемой конфигурацией, трансформируемым в виде штатной платформы или штатного кресла. Динамический испытательный стенд также содержит по меньшей мере два дополнительных актуатора, блок управления актуаторами, акселерометр и автоматический регулятор уровня, вход которого электрически связан с акселерометром, механически связанным с подвижной платформой, а выход - со вторым входом блока управления актуаторами, первый вход которого связан электрически с выходом центрального пульта управления, а выходы блока управления актуаторами - с соответствующими актуаторами, генерирующими возвратно-поступательные движения ортогонально друг другу в планарных X, Y осях и вертикальной оси Z. В результате расширяются функциональные возможности динамического испытательного стенда. 4 ил.

Пилотажный тренажер на основе центрифуги // 2591108

Группа изобретений относится к способам и системе управления пилотажным тренажером на основании центрифуги. Для управления пилотажным тренажером на основании центрифуги с целью имитации определенных условий полета вращают тренажер с несколькими значениями угловой скорости в зависимости от нужной перегрузки, замедляют либо ускоряют вращение тренажера с интенсивностью ниже обычно воспринимаемой стажером для перехода к имитации соответствующего режима полета, генерируют виртуальную обстановку в блоке кабины виртуального самолета относительно заданной виртуальной границы. Система управления пилотажным тренажером на основании центрифуги содержит контроллер, состоящий из одного или несколько процессоров и машинно-читаемого носителя информации, выполненный с возможностью обеспечения действий для вышеуказанных способов управления пилотажным тренажером. Обеспечивается реалистичность имитации условий, движений и нагрузок реального полета. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

Динамический тренажер десантников-парашютистов // 2610261

Изобретение относится к тренажерам для парашютистов. Динамический тренажер десантников-парашютистов содержит башенный ствол, консольные стрелы и привод вращения. Он снабжен опорными лапами, верхним и нижним подъемными механизмами консольных стрел, обгонным механизмом, верхним и нижним управляемыми механизмами, направляющими верхней и нижней консольных стрел, макетом купола основного парашюта, верхним и нижним макетами основного парашюта, исполнительным блоком, устройством для пространственного размещения обучаемого, следящим устройством и пультом контроля и управления. Башенный ствол соединен с приводом вращения, который установлен на опорных лапах. На башенном стволе с возможностью вертикального и горизонтального перемещения установлены нижняя, средняя и верхняя консольные стрелы. Вдоль верхней консольной стрелы расположена направляющая с возможностью перемещения верхнего управляемого механизма, взаимодействующего со стропами управления верхнего макета основного парашюта. Средняя консольная стрела снабжена нижним подъемным механизмом. На свободном конце консольной стрелы установлено устройство для пространственного размещения обучаемого, под которым располагается макет купола основного парашюта, связанного с исполнительным блоком. Над средней консольной стрелой размещено следящее устройство за размещением обучаемого, выполненное с возможностью передачи видео информации на пульт контроля и управления, а также подачи светозвуковых команд. Изобретение направлено на расширение диапазона отрабатываемых навыков восприятия и адекватных действий парашютиста. 4 ил.

Динамический тренажер применения парашютных систем типа "летающее крыло" // 2645516

Изобретение относится к парашютно-десантной технике, а именно к конструкциям тренажеров для парашютистов. Динамический тренажер применения парашютных систем типа «летающее крыло» содержит башенный ствол, верхнюю и нижнюю консольные стрелы, верхний и нижний подъемные механизмы консольных стрел. Башенный ствол соединен с основным приводом вращения, который установлен на опорных лапах. Нижняя и верхняя консольные стрелы установлены на башенном стволе с возможностью вертикального и горизонтального перемещения. На свободном конце нижней консольной стрелы установлена вилка с приводом реверсивного вращения. На свободных концах вилки установлена рамка с подвеской и фиксирующими ремнями для пространственного удержания обучаемого. Вдоль части свободного конца верхней консольной стрелы расположена направляющая, имеющая возможность перемещения по ней управляемого блока с подвижно закрепленным на нем макетом парашютной системы. Техническим результатом является повышение качества отбора кандидатов для начальной подготовки парашютистов к совершению прыжка. 3 ил.