Роль симуляції розширюється в навчанні та розробці eVTOL

Компанія Joby отримала свій перший симулятор, розроблений спільно з CAE, у січні.Авторство: Joby Aviation

Оскільки електричні літаки вертикального зльоту та посадки (eVTOL) наближаються до комерційної експлуатації, розробники все частіше спираються на моделювання для подолання труднощів, що охоплюють навчання пілотів, інженерію та проектування літаків.

У навчанні пілотів необхідне широке використання симуляторів для усунення ключових обмежень літаків вертикального зльоту (EVTOL). Найбільш помітними є відсутність подвійного керування для паралельного навчання та обмеження дальності польоту акумуляторно-електричних конструкцій, що ускладнює, якщо не робить неможливим, накопичення льотних годин, необхідних для сертифікації. Ці обмеження були визнані в остаточному Спеціальному федеральному авіаційному регламенті (SFAR) FAA для літаків з рушійною силою підйомної сили, який дозволяє пілотам EVTOL проходити набагато більшу частину навчання на симуляторах, ніж це дозволено за звичайними програмами для літаків з фіксованим крилом або гвинтокрилів.

Окрім навчання пілотів, розробники значною мірою покладаються на інженерні симулятори для моделювання складних режимів польоту, таких як перехід від зависання з тягою до крейсерського польоту з крилами, щоб зменшити ризики, пов'язані з конструкцією літаків перед виробництвом прототипів, та зменшити ймовірність дорогого перероблення конструкції на подальших етапах програми.

Симулятори Джобі

Серед стартапів eVTOL, Joby Aviation просунулася найдалі у використанні симуляторів для своєї програми навчання пілотів. S4 компанії втілює багато навчальних завдань, для вирішення яких був створений SFAR. eVTOL має одне робоче місце пілота без подвійного керування та був розроблений для коротких місій, що ускладнювало реєстрацію тривалих навчальних польотів, навіть за наявності місця інструктора. Ці характеристики не залишали Joby іншого вибору, окрім як значною мірою покладатися на симуляції.

«У нас немає подвійного керування, тому ви не можете проводити інструктаж у літаку, і ви не можете перевозити інструктора в літаку, який не проводить інструктаж, бо тоді він пасажир, а ви повинні мати сертифікат для перевезення пасажира», — каже головний операційний директор Joby Бонні Сімі виданню Business & Commercial Aviation. «Саме тут вам потрібен симулятор, і правила фактично вимагають, щоб для Частини 135 симулятор був рівня C [повноцінний авіасимулятор]».

Сімі каже, що Joby рано усвідомила, що розробка симулятора буде одним із найдовших завдань у всій програмі eVTOL. Компанія розпочала внутрішнє планування у 2020 році, опублікувала запит на пропозиції у 2021 році та зрештою обрала CAE своїм партнером у 2022 році. Дві компанії розробляють симулятори спільно. CAE надає обладнання — симулятор, платформи руху, генерацію зображень та станції інструктора — тоді як Joby постачає моделі літаків та правила управління польотами.

У січні компанія Joby отримала перший із двох симуляторів CAE, які будуть встановлені в її навчальному центрі для пілотів у Марині, Каліфорнія. Два симулятори базуються на сімействі симуляторів польотів вертольотів CAE серії 3000 та оснащені візуальними системами 300 X 130 градусів, що використовують високоточні генератори зображень CAE Prodigy. Першою поставкою був тренажер для польотів 7-го рівня, а наступною буде повноцінний симулятор руху рівня C. Близько 90-95% навчання можна виконати на 7-му рівні, каже Сімі, але «кілька маневрів» можна виконати лише на рівні C.

Вона додає, що симулятори також можуть відтворювати міське робоче середовище, що є надзвичайно важливим, враховуючи експлуатаційні проблеми, спричинені турбулентністю, спричиненою будівлями, та непередбачуваними погодними умовами на низьких висотах.

«Ви можете змоделювати погодні умови, які було б дуже важко знайти в реальному світі, окрім як у крайніх випадках», — каже Сімі. «Певний вітер, що обдуває певну будівлю під певним кутом — щось, чого ви можете не отримати за рік у реальному житті, — але ми можемо практикувати це знову і знову... Уявіть це як цифрового двійника не лише літака, а й цифрового двійника навколишнього середовища».

Спільне підприємство Єви

Як і Joby, Eve Air Mobility співпрацює з CAE для придбання своїх симуляторів через спільне підприємство під назвою Embraer-CAE Training Services. На початку лютого компанія оголосила про свою першу покупку повноцінного авіасимулятора рівня C.

На відміну від розробників систем вертикального зльоту та посадки (eVTOL), які вже літають на пілотованих прототипах, Eve все ще перебуває на етапі, коли симуляція відіграє ключову роль як у розробці літаків, так і в проектуванні інтерфейсу людина-машина. Під час нещодавньої екскурсії по основних об'єктах Eve в Сан-Жозе-дус-Кампус та Гавіан-Пейшоту, Бразилія, керівники неодноразово наголошували, що окрім пристроїв для навчання пілотів, симулятори використовуються ширше як інженерні інструменти.

«Симулятор, який ви бачите тут, повністю базується на програмному забезпеченні», – пояснив під час екскурсії головний технічний директор Eve Луїс Валентіні. «Те, що ми називаємо «залізним птахом», має вбудоване апаратне забезпечення. Ми робимо покроковий процес. Ми підвищуємо складність і зрілість тестування в міру просування, щоб нам не довелося заходити так далеко, щоб мати прототип, а потім казати: «О ні, це не працює. Давайте повернемося до креслярської дошки».

«Уявіть собі це як будівельні блоки», – додав Валентині. «Ми рухаємося крок за кроком і гарантуємо правильний рівень зрілості для кожного етапу, на якому ми знаходимося. Ми не хочемо отримати сертифікацію і раптом зрозуміти, що ця архітектура не відповідає вимогам або не відповідає їм».

Керівники Eve наголосили, що інженерний симулятор не призначений для використання як сертифікований навчальний пристрій. Натомість він використовується для перевірки моделей, удосконалення законів керування та дослідження режимів польоту, таких як перехід між зависанням та крейсерським польотом, які важко змоделювати.

Керівники визнали, що деякі частини польотної області неможливо повністю перевірити без льотних випробувань. Але вони наголосили, що моделювання дозволяє Eve досліджувати взаємодію людини та машини та поведінку законів керування паралельно з дистанційно пілотованими льотними випробуваннями за допомогою інженерного демонстратора компанії, який здійснив свій перший політ наприкінці грудня.

«Навіть для зависання є розробки, що ґрунтуються на польоті інженерного прототипу», — сказав Валентині. «Але симулятор дозволяє нам дослідити елементи, яких немає в дистанційно пілотованих літальних апаратах».

Під час демонстрації симулятора керівники неодноразово повторювали тему простоти. Вони наголошували, що конструкція кабіни пілотів та правила керування покликані зменшити навантаження на пілотів та уникнути проблем із навичками, особливо враховуючи те, що Eve прагне залучити пілотів як з літально-льотним досвідом, так і з досвідом роботи з вертольотами. Ця філософія відображається в схемі керування компанії, яка використовує єдиний інцептор для керування всіма осями, запобігаючи при цьому виходу пілотів за межі безпечних експлуатаційних можливостей.

«Слово, яке керує нашими рішеннями, — це простота», — сказав Валентині. «Наша мета — створити машину, яка не потребує спеціальних навичок. Якщо пілот має намір піднятися, він відтягує важіль керування назад, і машина врахує цей намір. Щоб спуститися, потрібно перемістити важіль керування вперед і повернути його вбік для риськування. Незалежно від того, летите ви як гелікоптер чи як літак, машина врахує ваші наміри».