ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ (TUM) ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОЛЕТОВ, ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ПИЛОТОВ ВЕРТОЛЕТОВ

Полеты на море, в горных районах или вблизи небоскребов чрезвычайно рискованны для пилотов вертолетов. Турбулентные воздушные потоки вблизи нефтяных вышек, кораблей, скал и высотных зданий могут вывести вертолет из равновесия и привести к катастрофе. Чтобы обеспечить пилотам оптимальную подготовку к этим сложным условиям, инженеры Мюнхенского технического университета (TUM) разрабатывают новое программное обеспечение для моделирования Полетной обстановки.

Обеспечение пилотов вертолетов наилучшей подготовкой к экстремальным ситуациям-вот цель нового программного обеспечения для моделирования, разрабатываемого исследователями, работающими на кафедре вертолетной техники ТУМ. Впервые вычислительный анализ в реальном времени будет реализован как для гидромеханики, так и для динамики полета. “До сих пор летные тренажеры не адекватно отражали реальность полета в непосредственной близости от крупных объектов”, — говорит доктор Юрген Рауледер. “Проблема в том, что, когда речь идет о ветровых условиях и реакции вертолета, существующие программы следуют жесткому шаблону. Это означает, что локальные вариации и изменяющиеся условия не принимаются во внимание – если только вся среда потока не известна заранее.”

Но именно непредвиденные воздушные потоки могут быть самыми коварными: например, движущийся корабль вызывает воздушную турбулентность и внезапные локальные сдвиги скорости ветра, известные специалистам как “корабельные воздушные волны».” Она постоянно меняется под действием волн и флуктуирующих условий притока. Кроме того, турбулентность возникает вблизи палубы, мостика и других судовых конструкций. Когда вертолет приближается к кораблю, возникает интерференция между этими воздушными потоками и потоком, создаваемым роторами. Условия вблизи горного склона или рядом с высокими зданиями столь же сложны. Во всех этих случаях на летные характеристики вертолета оказывают влияние сложные и накладывающиеся друг на друга аэродинамические эффекты.

Стресс для пилотов и машин

Работа с такими ситуациями требует больших навыков и практики, которые в настоящее время могут быть приобретены только путем обучения на рабочем месте. Например, чтобы стать мастером посадки на корабль в штормовом море, студент-пилот должен десятки раз повторить эту сложную ситуацию с опытным летным инструктором. Это единственный способ получить необходимый опыт, чтобы компенсировать сложное взаимодействие воздушных потоков за счет идеально синхронизированных регулировок шага лопастей несущего винта.

“Обычное обучение дорого, рискованно и очень стрессово для студентов-пилотов. Это также накладывает большие требования на самолет: поскольку первые попытки обычно заканчиваются довольно жесткими посадками, амортизаторы и шасси сильно бьются”, — объясняет Рауледер.

Поля течения и динамика полета все в одном

В настоящее время его команда разработала программу моделирования, которая сочетает в себе механику потока и динамику полета в реальном времени: “Численная модель чрезвычайно гибка и не зависит от сохраненных данных о потоке. Нам нужно только войти во внешние условия, такие как топография, глобальные скорости ветра и тип вертолета. Во время моделирования наши алгоритмы используют эти данные для непрерывного вычисления поля взаимодействующего потока в текущем местоположении виртуального вертолета”, — объясняет инженер.

Новая программа также позволяет пилотам мгновенно “почувствовать” воздействие местных воздушных потоков на вертолет. Это позволяет им опробовать эффекты своих управляющих движений в свободной от стресса ситуации: идеальная подготовка к мягкой посадке, которая легка на самолете. Потенциал этого метода вызвал международный интерес, в том числе со стороны Управления военно-морских исследований США, которое выделяет финансирование под эгидой своей программы фундаментальных исследований.

Окончательный тест для летных тренажеров: реальность

Исследователи TUM успешно проверили новое моделирование в реальном времени с помощью установленных эталонных моделей. Все, что осталось сделать, — это самый большой тест из всех: проверка реальности. Чтобы выяснить, действительно ли виртуальные модели отражают условия на море, инженеры сотрудничают с исследователями из Военно-морской академии США, Университета Джорджа Вашингтона и Университета Мэриленда.

Специалисты в Вашингтоне измерили воздушные потоки на корабле с помощью сотен датчиков. Для проверки динамики полета команда TUM также будет использовать полетные данные, собранные Немецким аэрокосмическим центром (DLR). “Валидация моделей и тестирование нашей имитационной среды опытными пилотами в нашем исследовательском симуляторе чрезвычайно важны для наших разработок”, — говорит Рауледер. “Только так мы можем гарантировать, что тренажерная подготовка обеспечит ученикам-пилотам оптимальную подготовку к сложным полетам.”