Санкт-Петербург

Григорьев Александр Павлович 
Год рождения: 1986 
Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического 
приборостроения к.т.н., ассистент; 
АО «КБ Арсенал имени М.В. Фрунзе», начальник проектно-
конструкторского сектора 
e-mail: [e-mail] 
УДК 681.518 
КОМПЬЮТЕРНЫЙ ПРОЦЕДУРНЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТРЕНАЖЕР ШТУРМАНА 
ДЛЯ ПОДГОТОВКИ АВИАЦИОННЫХ СПЕЦИАЛИСТОВ 
Овчинникова Ю.С. (Университет ИТМО), Григорьев А.П. (Санкт-Петербургский 
государственный университет аэрокосмического приборостроения; АО «КБ Арсенал имени 
М.В. Фрунзе») 
Рассмотрена задача проектирования компьютерного процедурного авиационного тренажера 
штурмана. Рассмотрены частные прикладные задачи. Разработана модель координатного 
трехгранника для пересчета навигационных координат, имитатор динамики полета на базе эталонной 
модели (автоматический режим полета по линии заданного пути) и модели ручного управления 
летательным аппаратом, а также система отображения информации на базе многофункционального 
дисплея самолета «Akkord-201». Выбрана технология построения компьютерного процедурного 
авиационного тренажера штурмана, предложена его авторская «каркасно-модульная» организация. 
Ключевые слова: компьютерный процедурный авиационный тренажер штурмана, модель движения 
координатного трехгранника, имитатор системы управления движением летательного аппарата, 
система отображения информации. 
Основное назначение тренажера – постановка лабораторных работ, кроме того, 
проведенные исследования смогут с одной стороны служить заделом для выполняемых 
НИОКР на кафедре ИНС Университета ИТМО, а с другой – стимулировать студентов к 
самостоятельному изучению технологий, используемых при построении тренажерно-
обучающих систем, что также немаловажно при организации обучающего процесса 
авиационных специалистов в целом. На примере специализированного навигационного 
тренажера штурмана (СНТШ) «РЕФРЕН-Н» [1] можно сказать, что при переходе на новое 
приборное оборудование разработки перспективных систем отображения информации 
(СОИ) на базе многофункциональных дисплеев СНТШ «РЕФРЕН-Н» требуют модернизации 
и подготовки к штатной эксплуатации, что, в свою очередь, предполагает решение 
трудоемкой и нетривиальной задачи, по совмещению, монтажу, установки и отладки нового 
приборного оборудования с программным обеспечением. 
Целью являлась разработка нового компьютерного процедурного авиационного 
тренажера штурмана (КПАТШ) на основе технологий, реализующих современные приборы, 

---

Альманах научных работ молодых ученых 
XLVII научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО. Том 1 
158 
который должен быть построен на базе персонального компьютера с «гибкой» программной 
средой, подразумевающей возможность дальнейшей переналадки и (или) модернизации. 
Рассмотрены понятия «Система координат» и «Модель земной поверхности» [2]. 
Модель полета и различные преобразования координат осуществляются в М-функциях 
MATLAB 
(представлены набором исполнительных файлов). Для управления в 
автоматическом режиме был синтезирован закон управления, обеспечивающий вывод 
летательного аппарата
(ЛА)
в заданные точки маршрута в назначенное время [3]. 
В эталонной модели полета (автоматический режим), в которой ЛА рассматривается 
как материальная точка, движущаяся с известной земной скоростью W(t), с известным 
путевым углом (азимутом) – А(t) на заданной высоте h(t). Функции времени при этом 
задаются в виде системы дифференциальных уравнений вида: 
𝑊´(t)=u
1
; W(t
0
)=W
0
; 
𝐷´(t)=u
2
(t); 
D(t
0
)=D
0
; 
ℎ´(t)=u
3
; h(t
0
)=h
0
, если функции u
1
(t), u
2
(t), u
3
(t) положить равными нулю, то мы 
получим маршрут с постоянной скоростью, азимутом и на постоянной высоте. Если же 
задавать их в виде кусочно-постоянных функций, то можно получить достаточно сложное 
движение с разворотами, разгонами, торможениями и маневрами по высоте, что, в конечном 
счете, и требуется. При движении из точки М в точку М
З 
(заданная) по кривой можно 
предложить следующее простое управление: 
𝐷
г
= 𝑢
2
=
gn
𝑊
= −
gn
𝑚
𝑊
μ
1
[(𝑠sin 0,5 𝐷
г
⁄
− 𝐷
г.з
) + 1 − 𝑠
2
], 
𝑠 = sign[cos 0,5(𝐷
𝑟
− 𝐷
г.з
)], 𝑎 = 𝐷
𝑟
− 𝐷
г.з
. 
При моделировании контура управления полетом в ЛА (ручной режим) кроме решения 
уравнений динамики необходимо воспроизвести действия пилотажно-навигационных 
приборов и органов управления, что, в свою очередь, предполагает разработку СОИ. 
Разработан «каркас» компьютерного авиационного тренажера и решены следующие 
частные задачи, такие как: 
1. разработка модели движения координатного трехгранника; 
2. разработка имитатора системы управления движением ЛА по маршруту; 
3. разработка СОИ. 
В результате данной работы разработан процедурный тренажер штурмана, в котором 
реализованы современные технологии построения приложений. 
На сенсорном мониторе с помощью Flash-технологий строится изображение 
современной приборной доски ЛА (на примере многофункционального дисплея TDS-12 
французского самолета «Akkord 201»). Пользователь взаимодействует с графической 
средой Flash [4] (изображение приборов на экране монитора), воспринимает полетную 
информацию (пилотажный и навигационный кадры) и может изменять текущие параметры 
полета с клавиатуры. Модель полета и различные преобразования координат 
осуществляются в М-функциях MATLAB. Для связи модели MATLAB и СОИ служит 
приложение Visual С++ [5]. 
Достоинства СОИ созданной по технологии Flash [4] по сравнению с обычными 
методами разработки: 
1. время разработки СОИ на Flash [4] существенно сокращается; 
2. возможность легкой интеграции мультимедиа; 
3. не требуется глубоких знаний программирования с использованием графических 
библиотек (OpenGL, DirectX). 
Достоинства модели полета MATLAB: 
1. удобство работы с матрицами (пересчет из одной системы координат в другую); 
2. удобство отладки модели в самой программе MATLAB; 
3. наличие уже готовых компонентов для решения специфических задач. 
Возможности языка программирования высокого уровня С++ [5] используются для 
связи вышеприведенных технологий и дальнейшего развития проекта, переналадки 

---

Альманах научных работ молодых ученых 
XLVII научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО. Том 1 
159 
(адаптация под ЛА другого типа и (или) модели) и модернизации (применение более 
совершенных математических моделей движения ЛА) КПАТШ. 
Сравнивая предложенную технологию построения КПАТШ с тренажерами ОКБ 
«Электроавтоматика», АО «Транзас» и других предприятий, можно сделать вывод, что 
выбранная технология: 
1. не требует материальных затрат на приобретение реального приборного авиационного 
оборудования; 
2. выгодно отличается расширяемостью (возможность дополнительного подключения 
системы оценки, базы данных, реализация сетевого взаимодействия, организация 
группового полета по маршруту и пр.); 
3. обладает универсальностью (возможность использования тренажера в других читаемых 
дисциплинах, а не только в курсе «Авиационные тренажеры»); 
4. характеризуется мобильностью (возможность быстрой переналадки и модернизации, за 
счет использования других имитаторов динамики полета, модели движения и пр.). 
Данный подход имеет и ряд недостатков: 
1. использование нескольких технологий (Visual C++, MATLAB, Flash) затрудняет 
реализацию полета в реальном масштабе времени (инерционность в расчетах, при 
использовании «маломощных» персональных компьютеров); 
2. алгоритмическая 
и программная сложность разработки, за счет применения 
специализированного программного обеспечения и из-за использования широкой 
номенклатуры различных технологий. 
Предложенную 
«каркасно-модульную» 
организацию 
КПАТШ 
целесообразно 
доработать в части: 
1. разработки автоматизированной системы оценки проведенного полета; 
2. разработки единой база данных полета (полета пользователя); 
3. взаимодействия по сети для организации группового полета по маршруту.