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Simulateur de vol

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Le simulateur de mouvement TL39 3-DoF avec IOS à l'Institut d'aviation de Moscou.

UNE simulateur de vol est un système qui essaie de reproduire, ou de simuler, l'expérience de piloter un avion aussi étroitement et de manière réaliste que possible. Les différents types de simulateurs de vol vont des jeux vidéo aux répliques de cockpit pleine grandeur montées sur des actionneurs hydrauliques (ou électromécaniques), contrôlés par une technologie informatique de pointe.

Les simulateurs de vol sont largement utilisés par l'industrie aéronautique pour la conception et le développement et pour la formation des pilotes et autres équipages de poste de pilotage dans les aéronefs civils et militaires. Ingénierie Les simulateurs de vol sont également utilisés par les constructeurs aérospatiaux pour le développement et les tests de matériel de vol, de logiciels de vol et de systèmes d'aéronef. Il est beaucoup plus sûr d'effectuer ces tests sur des simulateurs que sur des avions en vol.

Histoire

Parce que le vol motorisé est dangereux d'essayer sans formation, dès les premiers jours, divers schémas ont été utilisés pour permettre aux nouveaux pilotes de s'habituer aux commandes de l'avion sans être réellement en vol. Par exemple, le Sanders Teacher était un avion complet monté sur un joint universel et face au vent, capable de tourner et de s'incliner librement. Un autre premier simulateur de vol d'environ 1910 a été construit en utilisant une section d'un baril monté sur un cerceau.

Formateur de lien

Un certain nombre d'appareils électromécaniques ont été essayés pendant la Première Guerre mondiale et par la suite. Le plus connu était le Link Trainer, produit par Edwin Link aux États-Unis et disponible à partir de 1929. Il avait une plate-forme de mouvement pneumatique entraînée par des soufflets donnant de la hauteur, du roulis et du lacet, sur laquelle une réplique du cockpit générique était montée. Il a été conçu pour l'enseignement du vol aux instruments (nuage) dans un environnement moins dangereux et moins cher que l'avion. Après une période où l'aviation professionnelle ne manifestait pas beaucoup d'intérêt, l'US Army Air Force a acheté quatre Link Trainers en 1934, après une série d'accidents mortels en vol aux instruments. L'industrie mondiale de la simulation de vol était née. Quelque 10 000 Link Trainers ont été utilisés pendant la guerre de 1939-1945 pour former de nouveaux pilotes de nations alliées. Ils étaient encore utilisés dans plusieurs forces aériennes dans les années 1960 et au début des années 1970.

Le Celestial Navigation Trainer de 1941, était une structure massive de 13,7 mètres (45 pieds) de haut et capable d'accueillir tout un équipage de bombardiers apprenant à piloter des missions de nuit. Dans les années 40, des ordinateurs analogiques ont été utilisés pour résoudre les équations de vol, donnant naissance aux premiers simulateurs électroniques.

En 1948, Curtiss-Wright a livré un trainer pour le Stratocruiser à Pan American, le premier simulateur complet appartenant à une compagnie aérienne. Bien qu'il n'y ait pas eu de modélisation de mouvement ou d'affichage visuel, l'ensemble du cockpit et des instruments a fonctionné, et les équipages l'ont trouvé très efficace. Les systèmes de mouvement complet sont apparus à la fin des années 50.

Un système visuel de terrain maquette du simulateur TL39

Les premiers systèmes visuels utilisaient un véritable petit modèle du terrain. Une caméra a "survolé" le terrain du modèle et la photo a été montrée au pilote. La caméra a répondu aux commandes du pilote et l'affichage a changé en réponse. Naturellement, seules des zones limitées du sol ont pu être simulées de cette manière, généralement juste la zone autour d'un aéroport ou, dans les simulateurs militaires, un terrain typique et parfois des cibles. L'utilisation d'ordinateurs numériques pour la simulation de vol a commencé dans les années 1960.

En 1954, General Precision Inc., plus tard membre de Singer Corporation, a développé un simulateur de mouvement qui abritait un cockpit dans un cadre métallique. Il fournissait 3 degrés (angle) de tangage, de roulis et de lacet, mais en 1964, des versions améliorées et compactes augmentaient cet angle à 10 degrés. En 1969, des simulateurs de ligne aérienne ont été développés où des actionneurs hydrauliques contrôlaient chaque axe de mouvement, et des simulateurs ont commencé à être construits avec six degrés de liberté (roulis, tangage, lacet pour le mouvement angulaire et la poussée, soulèvement et balancement pour la translation longitudinale, verticale et latérale) . À partir de 1977, les simulateurs de compagnies aériennes ont commencé à adopter la configuration "cabine" moderne où les ordinateurs sont placés dans la zone du cockpit (plutôt que dans des racks hors simulateur), et l'équipement est accessible via une passerelle enveloppante lorsque le système de mouvement du simulateur est inopérant.

À cette époque, de grands progrès ont également été réalisés dans la technologie d'affichage. En 1972, Singer a développé un appareil à lentilles de collimation, utilisant un miroir incurvé et un séparateur de faisceau, qui projetait des vues Out of The cockpit Window (OTW) vers le pilote à distance. Ces moniteurs collimatés ont considérablement amélioré le réalisme de la simulation de vol. Cependant, chaque moniteur n'offrait qu'un champ de vision de 28 degrés et plusieurs étaient nécessaires pour un champ de vision réaliste. En 1976, des moniteurs collimatés à angle plus large1 ont été introduits, co-appelés «fenêtres WAC», pour «grand angle collimaté». Enfin, en 1982, la société de rediffusion de Crawley, au Royaume-Uni, a introduit le Wide-angle Infinity Display Equipment (WIDE) qui utilisait un miroir incurvé de grande étendue horizontale pour permettre une vision à distance (collimatée) par les pilotes côte à côte dans un affichage transparent.

Simulateurs de vol et appareils d'entraînement au vol

Un simulateur de vol tout électrique "Niveau D"

Diverses catégories de simulateurs de vol et de dispositifs d'entraînement au vol sont utilisées pour la formation des pilotes. Ceux-ci varient de formateurs de tâches partielles (PTT) relativement simples qui couvrent un ou plusieurs systèmes d'aéronef, des formateurs de procédures de cockpit (CPT) pour pratiquer des exercices et des vérifications, à des simulateurs de vol complets (FFS). Les niveaux supérieurs des simulateurs de vol complets ont des plates-formes de mouvement capables de se déplacer dans les six degrés de liberté (6-DoF). Ils ont également des systèmes visuels collimatés haute fidélité grand angle pour afficher le monde extérieur aux pilotes en formation. La cabine du simulateur contenant le cockpit réplique et le système visuel est montée sur une plate-forme de mouvement à six vérins qui, en déplaçant les vérins de la plate-forme sous le contrôle de l'ordinateur, donne les trois mouvements linéaires et les trois rotations qu'un corps en mouvement libre peut subir. Les trois rotations sont Pitch (nez en haut et en bas), Roll (une aile en haut, l'autre aile en bas) et Yaw (nez à gauche et à droite). Les trois mouvements linéaires ont un certain nombre de noms selon le domaine d'ingénierie impliqué, mais dans la simulation, ils sont appelés Heave (haut et bas), Sway (latéralement à gauche et à droite) et Surge (accélération et décélération longitudinale).

Les simulateurs de vol sont utilisés pour former les équipages de conduite aux procédures d'exploitation normales et d'urgence. À l'aide de simulateurs, les pilotes peuvent s'entraîner pour des situations dangereuses dans l'avion lui-même. Ces situations comprennent des pannes de moteur et des pannes ou des dysfonctionnements de systèmes d'aéronef tels que l'électricité, l'hydraulique, la pressurisation, les instruments de vol, etc.

Les autorités nationales de l'aviation (NAA) pour les aéronefs civils tels que la Federal Aviation Administration (FAA) des États-Unis et l'Agence européenne de la sécurité aérienne (EASA) certifient chaque catégorie de simulateurs et testent des simulateurs individuels dans les catégories approuvées. Les pilotes commerciaux américains ne peuvent enregistrer que le temps de formation requis dans des simulateurs certifiés par la FAA et les pilotes européens dans des simulateurs approuvés par l'EASA. Pour qu'un simulateur soit officiellement certifié, il doit être en mesure de démontrer que ses performances correspondent à celles de l'avion qui est simulé à la capacité requise par la catégorie des dispositifs d'entraînement au vol (FTD) ou simulateur de vol complet (FFS) pour lequel il est conçu et approuvé par l'organisme de réglementation. Les exigences de test sont détaillées dans les guides de test appelés Guide de test d'approbation (ATG) ou Guide de test de qualification (QTG). Les simulateurs sont classés comme dispositifs d'entraînement au vol de niveau 1 à 7 (FTD) ou simulateurs de vol complet de niveau A à D. L'appareil le plus haut et le plus performant est le simulateur de vol complet de niveau D. Cela peut être utilisé pour les conversions dites de temps de vol nul (ZFT) de pilotes déjà expérimentés d'un type d'avion vers un type aux caractéristiques similaires. Dans les conversions ZFT, aucun temps d'avion n'est nécessaire et le pilote vole d'abord l'avion, sous la surveillance étroite d'un commandant de bord, lors d'une sortie de recettes.

Les formateurs de systèmes sont utilisés pour enseigner aux pilotes comment utiliser divers systèmes d'aéronefs. Une fois que les pilotes se seront familiarisés avec les systèmes de l'avion, ils passeront à des formateurs aux procédures de pilotage ou à des CPT. Ce sont des appareils à base fixe (pas de plate-forme de mouvement) et sont des répliques exactes des instruments du cockpit, des commutateurs et autres commandes. Ils sont utilisés pour former les équipages de conduite aux vérifications et aux exercices et font partie d'une hiérarchie de dispositifs de formation au pilotage (FTD). Les FTD de niveau supérieur sont des «mini-simulateurs». Certains peuvent également être équipés de systèmes visuels. Cependant, les FTD n'ont pas de plates-formes de mouvement et n'ont pas la fidélité des simulateurs de vol complets.

Simulateur de recherche aérospatiale multimode à grande amplitude (LAMARS)

Un simulateur de vol complet (FFS) reproduit tous les aspects de l'avion et de son environnement, y compris le mouvement dans les six degrés de liberté. Le personnel du simulateur doit porter les ceintures de sécurité comme dans le vrai avion. Comme la course du cric de n'importe quel simulateur est limitée, le système de mouvement utilise ce que l'on appelle un "signal de début d'accélération" qui simule bien les accélérations initiales et recule ensuite le mouvement en dessous du seuil sensoriel du pilote afin que les limites du cric ne soient pas dépassées.

Les fabricants de simulateurs de vol complets civils comprennent FlightSafety International et Rockwell Collins aux États-Unis, CAE Inc. et Mechtronix au Canada, et Thales en France et au Royaume-Uni étant le site de l'ex-usine de simulateurs Rediffusion à Crawley, près de l'aéroport de Gatwick. Il y a actuellement environ 1200 simulateurs de vol complets en service dans le monde, dont environ 550 aux États-Unis, 75 au Royaume-Uni, 60 en Chine (RPC), 50 en Allemagne et au Japon et 40 en France.

Les simulateurs de vol sont également largement utilisés pour la recherche dans divers sujets aérospatiaux, en particulier dans la dynamique de vol et l'interaction homme-machine (MMI). Des simulateurs de recherche réguliers et spécialement conçus sont utilisés. Ils vont des plus simples, qui ressemblent à des jeux vidéo, à des conceptions très spécifiques et extrêmement coûteuses telles que LAMARS, installées à Wright-Patterson Air Force Base, Ohio. Il a été construit par Northrop pour le Laboratoire de recherche de l'Air Force (AFRL) et comprend un système de mouvement à cinq degrés de liberté à grande échelle, une conception unique et un système visuel monté sur dôme à 360 degrés.

Le simulateur de mouvement TL39 3-DoF avec IOS à l'Université MAI

La plupart des simulateurs ont des postes d'exploitation d'instructeur (IOS). À l'IOS, un instructeur peut rapidement créer toute condition normale et anormale dans l'avion simulé ou dans l'environnement externe simulé. Cela peut aller des incendies de moteur, des trains d'atterrissage défectueux, des pannes électriques, des tempêtes, des rafales descendantes, de la foudre, des aéronefs venant en sens inverse, des pistes glissantes, des défaillances du système de navigation et d'innombrables autres problèmes dont l'équipage doit se familiariser et réagir.

De nombreux simulateurs permettent à l'instructeur de contrôler le simulateur depuis le cockpit, soit depuis une console derrière les sièges du pilote, soit, dans certains simulateurs, depuis le siège du copilote lors de sorties où un copilote n'est pas formé.

Dans le passé, les simulateurs de vol à mouvement complet étaient limités aux dispositifs hydrauliques de plusieurs millions de dollars utilisés dans les grands centres de formation tels que FlightSafety International, CAE et Alteon (une société Boeing). Les progrès récents dans les bases de simulation de mouvement électrique ont permis d'utiliser la simulation de mouvement complet pour des avions beaucoup plus petits, y compris des avions monomoteurs à piston dans des centres de formation tels que Flight Level Aviation.

Les simulateurs de vol sont un élément essentiel de la formation des pilotes individuels et des équipages de conduite. Ils économisent du temps, de l'argent et des vies. Le coût de fonctionnement même d'un simulateur de vol complet de niveau D coûteux est plusieurs fois inférieur à celui de la formation sur l'avion lui-même.

Simulateurs de vol nouvelle génération

Les simulateurs de vol commerciaux et militaires haut de gamme intègrent des bases de mouvement pour fournir la simulation la plus réaliste possible. La majorité de ces simulateurs s'appuient sur la vénérable plateforme Stewart pour générer du mouvement. À l'aide de vérins hydrauliques, ces systèmes fournissent un mouvement fiable pour de nombreux scénarios d'entraînement en vol. Cependant, la plate-forme Stewart présente un inconvénient principal. Cet inconvénient est un tangage, un roulis et un lacet limités. Les bases de mouvement utilisant des plates-formes Stewart atteignent généralement un maximum à moins de +/- 35 degrés de tangage ou de roulis. Plusieurs sociétés effectuent de la recherche et du développement sur des plates-formes de mouvement avancées qui, un jour, augmenteront le tangage, le roulis et le lacet.

AMST Systemtechnik (Autriche) et TNO Human Factors (Pays-Bas) construisent le Desdemona2 système de simulation de vol. Ce simulateur à grande échelle offre une rotation illimitée via un cockpit à cardan. Le sous-système de cardan est soutenu par un cadre qui ajoute un mouvement vertical. De plus, ce cadre est monté sur une grande plateforme tournante à rayon réglable. Le simulateur Desdemona est conçu pour fournir une simulation de force g durable avec une liberté de rotation illimitée.

Le centre de recherche Ames de la NASA exploite le simulateur de mouvement vertical.3 Il s'agit d'une plate-forme de mouvement haute fidélité avancée avec une impressionnante portée verticale de 60 pieds. Une conception de cabine interchangeable permet de basculer rapidement entre différentes simulations d'avion. Les simulations vont des dirigeables à la navette spatiale.

Simulation Kinetics, Inc. développe un simulateur qui utilise une capsule sphérique rotative. Le concept de base de cette conception a été breveté pour la première fois pendant la Seconde Guerre mondiale. Un exemple plus récent de cette conception est le simulateur de vol rotatif construit et utilisé pendant la course à l'espace. Cette capsule de simulation mesure 3 m (10 pi) de diamètre et pèse 2 903 kg (6 400 lb). Le simulateur de vol rotatif est maintenant entreposé au Musée de médecine aérospatiale de l'USAF à Brooks Air Force Base. Simulation Kinetics, Inc. développe un nouveau simulateur de capsule sphérique nommé Xenosphere4 Ce nouveau prototype mesure un peu moins de 2,4 m (8 pi) de diamètre et est fait de composites légers. Ce nouveau simulateur est conçu pour produire une combinaison de rotation illimitée avec de hauts niveaux d'agilité.

Simulateurs de vol à domicile

Les simulateurs de vol bruts ont été parmi les premiers types de programmes à être développés pour les premiers ordinateurs personnels. Les simulateurs subLOGIC de Bruce Artwick étaient bien connus pour la fonctionnalité qu'ils ont réussi à obtenir sur les machines 8 bits.

Les simulateurs de vol de combat sont un type populaire de simulateur de vol, qui simule les opérations aériennes de combat du point de vue du pilote et de l'équipage. Les titres de simulation de vol de combat sont plus nombreux que les simulateurs de vol civils en raison de la variété des sujets disponibles et de la demande du marché.

Au début des années 2000, même les simulateurs de vol de divertissement à domicile étaient devenus si réalistes qu'après les événements du 11 septembre 2001, certains journalistes et experts ont émis l'hypothèse que les pirates de l'air auraient pu acquérir suffisamment de connaissances pour diriger un avion de ligne de passagers à partir de colis tels que Microsoft Flight Simulator. Microsoft, tout en réfutant ces critiques, a retardé la sortie de la version 2002 de son simulateur de marque pour supprimer le World Trade Center de son décor de New York et a même fourni un patch pour supprimer les tours rétroactivement des versions précédentes de la sim.

L'avènement des simulateurs de vol en tant que divertissement de jeux vidéo à domicile a incité de nombreux utilisateurs à devenir des "concepteurs d'avion" pour ces systèmes. En tant que tels, ils peuvent créer des avions de ligne aérienne militaires ou commerciaux, et ils peuvent même utiliser des noms de vraies compagnies aériennes, tant qu'ils ne tirent pas de bénéfices de leurs conceptions. De nombreux autres utilisateurs de simulateurs de vol à domicile créent leurs virtuel version de leur compagnie aérienne préférée du monde réel, et donc des compagnies aériennes virtuelles telles que Delta virtuel, Mexicana Virtual, Aeroflot virtuel, Viasa Virtual, UPSVACUPS Virtual Air Cargo, et ainsi de suite peuvent être trouvés en ligne. Ces modifications apportées à une simulation (communément appelées «mods») ajoutent généralement beaucoup à une simulation et offrent souvent une expérience de jeu considérablement étendue avec de nouvelles situations et de nouveaux contenus. Dans certains cas, une simulation est poussée beaucoup plus loin en ce qui concerne ses fonctionnalités que prévu, ou même envisagé par ses développeurs d'origine. Falcon 4.0 est un excellent exemple d'une telle modification; de nouvelles zones de guerre ont été ajoutées, ainsi que la possibilité de piloter des centaines d'avions différents, par opposition à la cellule volante unique d'origine.

En plus de voler réellement dans le jeu, de nombreux utilisateurs ont découvert le «trafic aérien en ligne». C'est à ce moment que les pilotes virtuels et les ATC virtuels jouent ensemble en temps réel pour simuler une véritable expérience du trafic aérien. Il existe plusieurs réseaux, les plus populaires étant VATSIM et IVAO.

Les simulateurs populaires pour les ordinateurs personnels incluent:

  • Civil:
    • Vol illimité série de simulateurs PC
    • FlightGear, un simulateur de vol GPL avec des paysages du monde entier et de nombreux modèles d'avions
    • Voler!
    • Microsoft Flight Simulator série, l'un des simulateurs de vol civil les plus utilisés
    • X-Plane, un simulateur de vol multiplateforme très précis et le seul à être certifié par la FAA à des fins de formation
    • Simulateur de précision Aerowinx, un simulateur de Boeing 747-400 de haut niveau, fabriqué par Hardy Heinlin.
  • Combat:
    • Aces High, combat simulateur de vol et jeu en ligne massivement multijoueur pour PC
    • Fighter Ace, combat simulateur de vol et jeu en ligne massivement multijoueur pour PC
    • Falcon 4.0 (et le plus récent Falcon 4.0: Force alliée), une "simulation d'étude" extrêmement détaillée F-16 Fighting Falcon.
    • Su-27 Flanker (jeu) contenait un modèle de vol réaliste et détaillé dans une coque graphique moins compétitive sur PC.
    • IL-2 Sturmovik, l'un des principaux simulateurs de vol de la Seconde Guerre mondiale
    • Lock On: Modern Air Combat, Simulateur de Jet Jet.
    • Combat Flight Simulator WWII Europe Series, le premier de sa série Microsoft (sur 3) Aircombat WWII
    • B-17 Flying Fortress, B-17 Bomber simulator dans WWII
    • Guerre aérienne européenne, une simulation hautement cotée dans le E.T.O. pendant la seconde guerre mondiale
    • Gunship, un simulateur se concentrant sur l'hélicoptère d'attaque AH-64 Apache
    • Bataille d'Angleterre II: Wings of Victory, une simulation complexe de la bataille d'Angleterre
    • YS Flight Simulation System 2000, un simulateur de vol libre contenant des éléments civils et de combat

Les simulateurs de vol disponibles pour diverses consoles de jeu sont beaucoup plus rares mais toujours remarquables. Les plus notables étaient Pilotwings, disponible pour la Super Nintendo, la suite Pilotwings 64 pour la Nintendo 64 et le Ace Combat série sur Playstation 1 et 2. Le très rare Sky Odyssey est un autre exemple de simulateurs de vol sur console. En raison de la nature restrictive de la capacité d'une console de jeu à simuler correctement les environnements en général et des limitations de traitement de ces systèmes en particulier, les simulateurs de vol basés sur une console de jeu ont tendance à être simplistes et ont une sensation plus "arcade". Bien qu'ils ne soient généralement pas aussi complexes que les simulations basées sur PC, les simulateurs de vol sur console peuvent toujours être agréables à jouer, bien que leur état de "simulation" soit contesté par de nombreux membres de la communauté de la simulation de vol.

Simulateurs de vol spatial

L'espace étant une extension naturelle de l'espace aérien, les simulateurs de vol spatial peuvent être traités comme une extension du genre des simulateurs de vol. Il existe une interdépendance considérable entre ces deux types de simulateurs, car certains simulateurs de vol comportent des vaisseaux spatiaux en tant qu'extension et, d'autre part, certains simulateurs de vol spatial peuvent comporter un moteur de simulation de vol atmosphérique assez réaliste.

Les simulateurs de vol spatial populaires pour les ordinateurs personnels comprennent:

  • Microsoft Space Simulator
  • Orbiter, un simulateur de vol spatial gratuit
  • X-Plane, comprend également une navette spatiale et des simulateurs de vol Mars
  • Simulateur de navette spatiale, une simulation freeware de la navette spatiale
  • Les ailes de Mercure, simulation du vaisseau spatial Mercury.

Simulateurs maison

Ces dernières années, avec l'avènement d'ordinateurs personnels bon marché mais puissants, de nombreuses personnes ont commencé à créer des simulateurs maison d'une variété d'avions, allant de quelques panneaux avec un écran sur le dessus à des simulateurs de mouvement à part entière, avec chaque interrupteur et jauge reconstruit en taille réelle.

Le principal problème avec les systèmes de simulation maison est de trouver de vrais logiciels et matériels pour la navigation GPS qui peuvent également être utilisés pour la formation des pilotes et également des interfaces avec les simulateurs de vol. Certaines entreprises proposent divers logiciels pour aider à résoudre ce problème.

Remarques

  1. ↑ John G. Amery et Harry Streid, Exigences visuelles de simulation de vol et un nouveau système d'affichage, Photo de Rick Lee. Récupéré le 17 juillet 2007.
  2. ↑ Willem Bles, Desdemona: Formateur avancé en désorientation. Récupéré le 17 juillet 2007.
  3. ↑ Simlabs, Vertical Motion Simulator. Récupéré le 17 juillet 2007.
  4. ↑ Steve Jones, A Five Minute Primer on Rotating Sphere Motion Simulators. Récupéré le 17 juillet 2007.

Les références

  • Lee, Alfred T.2005. Simulation de vol: environnements virtuels en aviation. Aldershot, Hampshire, Royaume-Uni: Ashgate Publishing. ISBN 0754642879
  • Stern, Johnathan M. 1987. Voler sur des instruments avec Flight Simulator. Greensboro, Caroline du Nord: Compute Publications International. ISBN 087455103X
  • Williams, Bruce. 2007. Microsoft Flight Simulator comme aide à la formation: un guide pour les pilotes, les instructeurs et les aviateurs virtuels. Newcastle, WA: Aviation Supplies & Academics, Inc. ISBN 1560276703

Liens externes

Tous les liens ont été récupérés le 13 avril 2017.

  • Magie noire et Gremlins. Analog Flight Simulations au Flight Research Center de la NASA par Gene L. Waltman.

Voir la vidéo: Simulateur de vol en airbus A320 : Prenez le contrôle! (Août 2020).

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