¿Cómo se llaman los modelos precisos de simulación de vuelo? ¿Hay un modelo estándar?

14 CFR Parte 60 regula lo que constituye un dispositivo de entrenamiento de simulador de vuelo (FSTD) para un modelo de aeronave en particular. FSTD se divide en dos grandes categorías: simuladores de vuelo completo (FFS) y dispositivos de entrenamiento de vuelo (FTD). Una gran diferencia entre las dos categorías es que FFS requiere señales de movimiento, mientras que la señal de movimiento es opcional en FTD. Además, la precisión requerida de la dinámica de vuelo simulada (en comparación con los resultados de las pruebas de vuelo) es mucho más estricta para FFS que para FTD.

Cada FFS y FTD se divide además en niveles de calificación (Nivel A a D para FFS, Nivel 4 a 6 para FTD de ala fija). Cuanto más alto sea el nivel, más fidelidad tendrá el simulador con respecto a la aeronave real. Solo puede obtener crédito por la Parte 61 si recibe capacitación en los simuladores con los niveles apropiados para los sistemas/fases de vuelo con los que está trabajando.

El fabricante del simulador debe enviar una Guía de prueba de calificación a la FAA para demostrar que el simulador es lo suficientemente bueno en el modelo aerodinámico, cabina de vuelo, sistema visual, señal de movimiento, sistema de sonido para el nivel apropiado.

Cualquiera puede hacer un simulador de vuelo, con cualquier nivel arbitrario de fidelidad; pero hacer un simulador de vuelo lo suficientemente bueno para la FAA es difícil y costoso. Lea esto para obtener una explicación más detallada pero sencilla de los diferentes niveles de calificación.

Por lo que puedo decir, hay dos enfoques generales:

• Simulación dinámica de cuerpo sólido con muchos coeficientes experimentales.

  La mayoría de los efectos aerodinámicos se suman simplemente para toda la aeronave, aunque los simuladores más avanzados necesitan calcular la posición de las ruedas y la flexión del ala y el fuselaje para obtener las reacciones adecuadas, principalmente en el aterrizaje. Pero sigue siendo solo unos pocos elementos, por lo que no es computacionalmente intensivo y puede ser muy preciso si hay suficientes datos disponibles.

  El problema es conseguir esos datos. Curva de sustentación para ángulo de ataque y velocidad, momentos de cabeceo para ángulo de ataque y velocidad, respuesta de balanceo a deslizamiento lateral, respuesta de cabeceo a deslizamiento lateral, respuesta de sustentación a deslizamiento-deslizamiento, amortiguación de cabeceo, amortiguación de balanceo, amortiguación de guiñada, también suelo efecto y así sucesivamente y más y más.

  Este parece ser el enfoque habitual para los grandes simuladores (en la medida en que las fuentes estén disponibles públicamente; los proveedores tienden a mantener los detalles confidenciales), porque el fabricante recopila todos los datos durante el diseño de todos modos, desde pruebas de vuelo, túnel de viento y últimamente computacional. situaciones de dinámica de fluidos.

  También es fácil demostrar que coincide con el comportamiento del avión real.

  La desventaja es que los datos a menudo son de menor calidad o no están disponibles en absoluto para actitudes demasiado alejadas de la envolvente de vuelo normal, por lo que la simulación es menos realista en contratiempos. Pero para el entrenamiento de vuelo eso en realidad no importa, porque el punto es evitar adoptar esas actitudes en absoluto.

• Simulación de teoría de elementos de pala.

  En este enfoque, el modelo geométrico de la aeronave se divide en elementos y las fuerzas aerodinámicas de cada uno se estiman utilizando algunos modelos básicos de sustentación y arrastre y luego se suman para toda la aeronave.

  Esto no es tan preciso como el anterior si tiene todos los coeficientes disponibles, pero aún permite una simulación bastante buena de aeronaves para las que no tiene esos datos, incluidas las aeronaves que aún no se han construido, por lo que a veces se usa en la validación del diseño para obtener idea aproximada de si un diseño propuesto funcionará bien.

Pero, en general, el modelo de dinámica de vuelo es una pequeña parte de lo que debe hacer un simulador de vuelo. El comportamiento del instrumento debe simularse con sus retrasos y errores, los efectos de varias fallas del sistema pueden ser bastante complejos, etc. Y luego, por supuesto, está la conducción de todo el hardware de simuladores más realistas.

El código del modelo de simulación de vuelo para los simuladores de nivel D está protegido por derechos de autor del fabricante de los simuladores.

¿Qué pasa con la simulación de vuelo? La parte del modelo de vuelo del simulador, ¿existe un "estándar de oro", que normalmente se usa con la mayoría de los simuladores respetables?

El estándar de oro es: simulación precisa de toda la física involucrada en el entrenamiento de un piloto sobre cómo responde el avión y todos sus sistemas. El código completo que cumple con el Nivel D es enorme, alrededor de un esfuerzo de 30 años-hombre. Una lista de archivos de código fuente sería:

• Entorno: atmósfera y geografía de la navegación.
• Aerodinámica: aplicación de fuerzas y momentos aerodinámicos en seis grados de libertad.
• Dinámica de vuelo: respuesta de la aeronave ante fuerzas y momentos. Incluyendo efectos de aeroelasticidad.
• Reacciones de tierra.
• Condiciones de choque.
• Interfaz de sistemas de aeronaves (AFCS, AGPWS, FMCS, etc.)
• Masa y equilibrio.
• Sistemas de aeronaves. Todos los capítulos de ATA (piloto automático, controles de vuelo, hidráulica, etc, etc.). Esta es una gran cantidad de código, que también captura todo el manejo del efecto de falla del sistema en el que están entrenados los pilotos. La pérdida de presión del sistema hidráulico provoca una reducción en el máx. deflexión de la superficie, dependiendo de la presión dinámica, etc.

Entiendo la necesidad de simplificar y que ninguna simulación será 100% precisa. Todos los modelos tendrán inherentemente varias compensaciones y harán algún tipo de sacrificio. Sin embargo, eso no significa que no haya una forma relativamente aceptada de realizar dicha simulación.

La precisión, las compensaciones y los sacrificios están determinados por: para qué estándar está escrito el software. Se debe demostrar el cumplimiento de la norma.

Si no existe tal cosa, que casi todos los simuladores de vuelo lo hacen de manera diferente, lo aceptaré como respuesta.

La comprensión y captura de la física subyacente es la única forma correcta de escribir código de simulación. Solía ​​​​ser un arte negro en los años noventa, las herramientas como Simulink hacen que la construcción de diagramas de bloques y las respuestas del sistema sean mucho más accesibles. Pero cada nueva empresa de simuladores debe reescribir desde cero, utilizando simulación física.