Как работает подвижная платформа авиатренажёра

Шесть ног и древние греки

Многие видели расположенные под тренажёрами цилиндры, объединённые в подобие пирамиды. Ног в такой конструкции целых шесть, и называется она «гексапод»: приставка «гексо-» происходит от древнегреческого hex — шесть.

Значительно позже древних греков учёные Гью и Стюарт приложили усилия к созданию концепции механической платформы, объединяющей три или шесть ног. Сегодня у неё множество применений, а платформа с шестью ногами носит их имя — платформа Гью-Стюарта — и имеет шесть степеней свободы.

Устроено это так: шесть цилиндров соединены попарно шарнирными узлами, три нижних узла жёстко крепятся к плоскому основанию, а верхние три объединены единой площадкой. Цилиндры различаются по конструкции и параметрам, но общее у них одно — возможность менять свою длину между шарнирами.

Разные сочетания длин цилиндров отклоняют верхнюю площадку от нейтрального положения, обеспечивая три поступательных и три вращательных направления. Каждое направление называется «степенью свободы» и определяет тип конструкции подвижной платформы. Внимательному читателю понятно: нижнее основание платформы всегда остаётся на месте, перемещается верхняя площадка.

В зависимости от области применения цилиндры бывают гидравлическими, пневматическими или электрическими. Платформы различаются размерами, грузоподъёмностью, скоростью, точностью и другими параметрами — их задаёт назначение.

Почему мозг верит платформе

Подвижные платформы широко применяются в аттракционах и тренажёрных комплексах как средство дополненной реальности. Кроме картинки участник получает физические ощущения перегрузок, схожие с настоящими: находясь внутри тренажёра, человек чувствует отклонения верхней площадки и связывает их с тем, что видит.

Основа иллюзии — инерция пилота относительно кресла, точнее, разница сил инерции, действующих на человека и на его средство передвижения. В случае с тренажёром мы рассматриваем три вещи сразу: куда движется самолёт, куда движется тушка пилота и что при этом делает платформа.

Компьютер меняет длину штоков, и верхняя площадка создаёт ускорения, которые передаются на кресло. Как и в настоящем самолёте, этого достаточно для правдоподобного ощущения небольших перегрузок. А вот невесомость дольше долей секунды не передаст ни одно наземное решение: используется обманный приём, делающий ощущения похожими. Вероятно, после прорыва в управлении гравитацией всё изменится.

Ускорение возникает ровно в тот промежуток, когда цилиндр меняет длину. Для длительных эффектов платформу отклоняют и удерживают: вестибулярный аппарат принимает это за настоящую перегрузку, хотя на самом деле человек просто сидит в кресле не совсем ровно.

Разбор по этапам полёта

1. Разбег. Самолёт стоит в начале полосы, увеличивает тягу и начинает разгон. Пилоты и пассажиры стремятся остаться на точке старта, а самолёт двигает их вперёд — всех вдавливает в спинки кресел. Всё происходит на земле, без движения вверх и вниз, поэтому платформа отклоняет кабину назад, оставляя изображение мира в горизонтальной плоскости.
2. Взлёт. На скорости отрыва самолёт продолжает разгон и отрывается от полосы. Платформа добавляет наклон фюзеляжа и движение вверх. Набор высоты обычно идёт с постоянной вертикальной скоростью — это похоже на лифт: пассажир чувствует начало и окончание подъёма.
3. Набор высоты. Небольшие изменения путевой скорости не чувствуются. Зато аэрофобы прислушиваются к двигателям, и иногда уменьшение громкости совпадает с лёгкой отрицательной перегрузкой: не «повис на ремне», но самолёт как будто просел. Набор идёт ступеньками, и когда на заданной высоте тяга убавляется, самолёт переходит в горизонтальный полёт, а люди по инерции продолжают лететь вверх — кресло давит слабее и словно проваливается. Платформа этот момент отрабатывает.
4. Мелочи, из которых складывается достоверность. Даже на стоянке в ветреную погоду киль работает парусом и фюзеляж слегка колеблется. Движение по аэродрому — это неровности рулёжек, развороты, торможение и трогание с места. Турбулентность, она же воздушные ямы, связана с изменением подъёмной силы крыла и даёт знакопеременные вертикальные перемещения, иногда с боковой болтанкой. Отдельно идут вибрации от воздушных тормозов, выпуска механизации крыла и шасси. Для всего этого используются все шесть степеней свободы.
5. Снижение, посадка, пробег. Снижение идёт ступеньками и содержит все те же движения платформы. При посадке добавляются два ярких эффекта: момент касания отрабатывается резким движением платформы вверх, за ним следует интенсивный наклон вперёд — торможение. На пробеге пилоты подправляют направление по осевой линии, и это заметно ощущается движениями вправо-влево, особенно в носовой и хвостовой частях самолёта.