PLATFORMY RUCHOWE W URZĄDZENIACH TRENINGOWYCH

Transkrypt

1 Szybkbieżne Pjazdy Gąsienicwe (31) nr 3, 2012 Marek Ł. GRABANIA PLATFORMY RUCHOWE W URZĄDZENIACH TRENINGOWYCH Streszczenie. Artykuł mawia wybrane, becnie stswane rzwiązania pzwalające na symulację ruchu w urządzeniach treningwych. Omówine w artykule bszary wykrzystania symulacji ruchu bejmują zastswania zarówn cywilne (symulatry nauki jazdy samchdem, lkmtywą, samltem), jak i wjskwe (symulatr człgu, helikptera, samltu). Przedstawine zstały przykłady rzwiązań najprstszych, z mimśrdwym układem ruchu, d najbardziej złżnych platfrm sześciu, a nawet śmiu stpniach swbdy. Tabelaryczne zestawienia parametrów, praktyczne przykłady rzwiązań prezentwane na ftgrafiach ilustrują mawiane zagadnienia. Słwa kluczwe: szklenie, urządzenie treningwe, symulatr, symulacja ruchu, platfrma ruchwa. 1. WPROWADZENIE W celu siągnięcia jak najwyższeg stpnia wyszklenia zarówn w zakresie bsługi sprzętu, jak i urządzeń, pwszechnie są stswane symulacyjne techniki szklenia. D tych celów knstruwane są nwczesne urządzenia szkln-treningwe (UST) wykrzystujące zdbycze nauki z zakresu infrmatyki, autmatyki, elektrniki, ptelektrniki, mechaniki, napędów elektrycznych i hydraulicznych raz dziedzin pkrewnych. Charakterystyczną cechą tych urządzeń, a zwłaszcza symulatrów jest jak najwierniejsze dtwrzenie warunków rzeczywistych. Zazwyczaj jest jednak pszukiwany kmprmis pmiędzy wiernścią dtwrzenia warunków rzeczywistych, ceną symulatra, a mżliwymi d siągnięcia wynikami szklenia lub treningu. Jednym z najtrudniejszych prblemów d rzwiązania jest dtwrzenie ddziaływania kształtu terenu, tru jazdy lub trajektrii ltu na ćwiczącą załgę. Oddziaływanie musi być zsynchrnizwane z bserwwanymi na ekranie /-ach zmieniającymi się brazami terenu lub przestrzeni. Skrelwanie tych dwóch funkcji ( zmiana brazu i dtwrzenie bdźców ruchwych działających na człwieka w warunkach rzeczywistych) w decydujący spsób wpływa na warunki i efekty szklenia uzyskiwane w symulatrze. Jest t zarazem pdstawwy element decydujący kńcwej cenie knstrukcji urządzenia. inż. Marek Ł. GRABANIA Ośrdek Badawcz-Rzwjwy Urządzeń Mechanicznych OBRUM sp. z.. Gliwice

2 Marek Ł. GRABANIA 2. SYMULATORY Jednymi z pdstawwych urządzeń szkln-treningwych wykrzystywanych w prcesie szklenia indywidualneg i zespłweg są becnie symulatry. Znalazły ne zastswania zarówn cywilne, jak też (a mże przede wszystkim) wjskwe. Wśród licznych zastswań symulatrów i trenażerów w prcesie szklenia mżemy tu wymienić między innymi urządzenia stacjnarne: d nauki i bsługi urządzeń radarwych; d nauki i bsługi skmplikwanych systemów np. elektrwni jądrwych, nawigacji statków; d szklenia taktyczneg straży pżarnej; d szklenia działań Plicji w sytuacjach kryzyswych. W grupie symulatrów należy wydrębnić ddzielną grupę, która wykrzystuje ddziaływanie bdźców ruchwych na szklnych. Urządzenia te zstały przedstawine pniżej na rys. d 1 d 5. W użytkwaniu mają miejsce między innymi: Symulatry nauki jazdy (samchód sbwy, samchód ciężarwy, lkmtywa, tramwaj, samlt). Na rys. 1 przedstawiny jest kmplekswy symulatr klejwy z hydraulicznym napędem ruchu (platfrmą ruchwą) [1], wyknany przez plską firmę ETC - PZL Aerspace Industries sp. z.. Rys.1. Kmplekswy symulatr klejwy [1]

3 Platfrmy ruchwe w urządzeniach treningwych Symulatry nauki latania ( samlt, helikpter). Rys. 2 przedstawia jeden pierwszych symulatrów [2] d szklenia piltów wjskwych wykrzystujących platfrmę ruchwą z hydraulicznym napędem ruchu i ryginalnym kkpitem samltu. Rys. 3 przedstawia natmiast plską knstrukcję kmpleksweg symulatra ltu śmigłwca W-3WA "Skół" [3] Rys.2. Symulatr ltu samltu F-16 [2] Rys. 3. Kmplekswy symulatr ltu śmigłwca W-3WA "Skół" [3]

4 Symulatry treningu gniweg ( bsługa wyrzutni ppk, załga człgu) Marek Ł. GRABANIA Innym przykładem rganu ruchu jest symulatr załgi wieży człgu LECLERC z mechaniczn - elektrycznym układem napędwym ruchu [4] pkazany na rys.4. Rys.4. Symulatr załgi wieży człgu LECLERC [4] W użytkwaniu znajdują się także symulatry: D szklenia taktyczneg wjsk na wybranych szczeblach dwdzenia. Rys. 5 pkazuje symulatry [5] umieszczne w śrdku szkleniwym przeznacznym dla kmpleksweg treningu taktyczneg plutnu załóg pjazdów gąsienicwych. Rys.5. Ośrdek treningu taktyczneg załóg plutnu człgów

5 Platfrmy ruchwe w urządzeniach treningwych 2.1. Symulacja ruchu W grupie urządzeń szkln-treningwych z symulacją ruchu pdstawwymi elementami knstrukcji symulatrów są urządzenia ruchwe wielu stpniach swbdy i skmplikwania knstrukcji raz wykrzystujące różne technlgie i rzwiązania wymuszania ruchu. Prducenci symulatrów w zależnści d przeznaczenia kńcweg stsują rzwiązania własne lub też wykrzystują handlwe ferty wyspecjalizwanych firm. Knstrukcja przestrzenna platfrmy ( urządzenia ruchweg) pzwala zazwyczaj na zabudwę na niej kabiny symulatra. Wśród znaczących prducentów platfrm ruchwych należy wymienić: MOOG, USA [6], [7]; Rexrth, Bsch Grup [8], [9]; E2M TECHNOLOGIES [10]. Na rynku plskim jedynym prducentem [11] platfrm jest firma: ETC PZL Aerspace Industries sp. z.., Warszawa. Pdejmwane są w kraju także pjedyncze próby budwy platfrm ruchwych przeznacznych d indywidualnych zastswań w nietypwych prjektach. Platfrmy ruchwe psiadają mżliwść wyknywania złżnych ruchów pprzez układy napędwe zabudwane pd ramą nśną lub nad nią w układzie tzw. platfrmy dwrócnej. Dstępne są platfrmy lub specjalne urządzenia 2, 3, 4, 5 lub 6 stpniach swbdy [6], [7], [8], [9], [10], [11]. Sptykane są także układy łączne platfrma ruchu sześciu stpniach swbdy płączna jest z mechaniczn elektrycznymi układami napędwymi x y, c pzwala trzymać układ ruchu 8 stpniach swbdy [8]. Urządzenie takie przedstawine jest na rys. 6. Rys.6. Złżny układ ruchu śmiu stpniach swbdy [8] Jak elementy napędwe są stswane: silniki elektryczne z przekładniami mechanicznymi;

6 Marek Ł. GRABANIA kmbinacje napędu elektryczneg z napędem hydraulicznym; napędy hydrauliczne; napędy elektryczne; napędy elektrmagnetyczne. Wymienine rzwiązania psiadają zarówn zalety, jak i wady. Wybór daneg napędu zależy d warunków eksplatacji raz wymagań pstawinych przez klienta. W pniższej tablicy 1 zstały zestawine charakterystyczne cechy układów napędwych, które mgą być przydatne przy wstępnym dbrze rdzaju napędu. Tablica 1. Elektryczne i hydrauliczne systemy ruchu prównanie [6] NAPĘD HYDRAULICZNY NAPĘD ELEKTRYCZNY Zalety Najwyższa wartść szczytwa przyspieszenia Najmniejsze wymiary serwmechanizmów niska wyskść platfrmy Wytrzymałe serwmechanizmy (napędy) jedna część ruchma Uśrednina linia zasilania mcy akumulatry hydrauliczne Prsta funkcja przerwania wyknywaneg zadania (zatrzymanie ruchu) Bardz wyska nśnść platfrmy Wady Wycieki leju z układu Hydrauliczna Jednstka Napędwa (ang.hpu) duże gabaryty generuje hałas emituje ciepł ksztwna eksplatacja(utrzymanie) Najniższa wydajnść Czułe serwzawry Krytyczny błąd w pracy zacięty suwak zawru sterująceg Niebezpieczny płyn (lej hydrauliczny) Najbardziej złżna instalacja ddzielna hydrauliczna jednstka napędwa (hydrauliczny układ zasilania) Zalety Brak wycieków np. leju z układu Brak ddatkwych urządzeń Wydajne 1/4 d 1/2 mcy hydraulicznej niższa emisja ciepła Prsta eksplatacja brak rbót instalacyjnych czysta, niskie ryzyk bsługi Najprstsza instalacja Brak skmplikwanych zawrów Wady Ograniczne przyspieszenie Bardziej złżny serwmechanizm Bardziej złżne przerwanie wyknywaneg zadania (zatrzymanie ruchu) Bardziej złżna elektrnika Częsty wymóg dstarczenia maksymalnej mcy

7 Platfrmy ruchwe w urządzeniach treningwych Pdstawwe parametry techniczne, użyteczne dla prjektanta, pza dpuszczalną masą zabudwy (nśnścią platfrmy) t parametry ruchu dla pszczególnych stpni swbdy DOF ( ang. DOF Degree f Freedm). Na rys. 7 zstały pisane pszczególne stpnie swbdy DOF stswane przez prducentów [8] platfrm ruchwych. Sway = linear mvement in X - axis (ruch liniwy w si X); Surge = linear mvement in Y- axis (ruch liniwy w si Y); Haeve = linear mvement in Y- axis (ruch liniwy w si Z); Pitch = rtatinal mvement arund the X axis (ruch brtwy wkół si X); Rll = rtatinal mvement arund they axis (ruch brtwy wkół si Y); Yaw = rtatinal mvement arund the Z axis (ruch brtwy wkół si Z). Rys.7. Stpnie swbdy (ang. Axis definitin) platfrmy ruchwej 6 DOF W tablicy 2 zestawine zstały pdstawwe dane techniczne platfrm ruchu [7] różnych napędach: elektrycznym; elektr-pneumatycznym; hydraulicznym.

8 Marek Ł. GRABANIA Tablica 2. Dane techniczne platfrm ruchu [7] TYP PLATFORMY DOF - max. przesunięcie Przesunięcie w si Y- max. ( ang. Surge - single II max.) Przesunięcie w si X max. ( ang. Sway - single II max.) Przesunięcie w si Z max. ( ang.haeve - single II max.) Obrót wkół si Y max. ( ang. Rll - single II max.) Obrót wkół si X max. (ang. Pitch - single II max.) Obrót wkół si Z max. ( ang.yaw - single II max.) DOF max. prędkść Prędkść w si Y ( ang. Surge) Prędkść w si X ( ang. Sway) Prędkść w si Z (ang. Haeve) Prędkść brtwa ś Y (ang. Rll) MB E - DOF/12/1000kG (1) -0,24m /+0,27m II -0,24m /+0,28m ±0,23 m II ±0,24 m ±0,19m II ±0,19m ±19,6º II ±20,0º -19,0º/+19,8º II-19,3º/+20, 1º ±23,3º II ± 23,7º ± 0,51 m/s ± 0,51 m/s ± 0,30 m/s ± 30,0º/s MB-EP-6DOF/36/4500KG (2) -0,69m /+0,58m II ± 0,85m ± 0,69 II ± 0,74 m ±0,59m II ±0,59m ± 23,0º II ± 26,0º -23,0º/+25,0º II -29,0º/+32,0º ± 26,0º II ± 29,0º ± 0,95 m/s ± 0,95 m/s ± 0,75 m/s ± 33,0º/s MB-H-6DOF/60/14515kG (3) -1,06m /+1,32m II ±1,40m ±1,09m II ±1,51m ±0,88m II ±0,88m ± 26,2º II ± 33,3º -24,2º/+26,8º II -32,7º/+37,2º ± 33,1º II ± 34,9º ± 0,70 m/s ± 0,70 m/s ± 0,60 m/s ± 20,0º/s

9 Platfrmy ruchwe w urządzeniach treningwych Tablica 2. c.d. TYP PLATFORMY DOF max. przyspieszenie Przyspieszenie liniwe w si Y (ang. Surge) MB E - DOF/12/1000kG (1) ± 5,9 m/s² Przyspieszenie liniwe w si X (ang. Sway) ± 5,9 m/s² Przyspieszenie liniwe w si Z (ang. Haeve) - 4,9m/s², + 6,9 m/s² Przyspieszenie kątwe w si Y (ang. Rll) ± 500º/s² Przyspieszenie kątwe w si X (ang. Pitch) ± 500º/s² Przyspieszenie kątwe w si Z (ang. Yaw) ± 500º/s² Nśnść platfrmy (dpuszczalna masa) kg Rekmendwane zastswania Uwagi: 1. E - napęd elektryczny. 2. EP - napęd elektrpneumatyczny. 3. H- napęd hydrauliczny. Tanie systemy treningwe nauki jazdy samchdem, badania i rzwój, symulatry małych samltów, symulatry mrskie. MB-EP-6DOF/36/4500KG (2) ± 7,0 m/s² ± 7,0 m/s² ± 9,0 m/s² ± 200º/s² ± 200º/s² ± 300º/s² kg Symulatry ltu, samchdu, ciągnika, symulatr człgu. MB-H-6DOF/60/14515kG (3) ± 10,0 m/s² ± 10,0 m/s² ± 10,0 m/s² ± 250º/s² ± 250º/s² ± 250º/s² kg Ruch kntrlwany kmputerw, platfrma psiada specjalne prgramwanie d prjektwania sekwencji ruchu, kmunikacja

10 Marek Ł. GRABANIA Dla celów prównawczych parametry plskiej platfrmy z hydraulicznym wymuszeniem ruchu [11] zamieszczne są w tablicy 3. Platfrma skku siłwnika 1400 mm i nśnści 3000 kg wykrzystana zstała między innymi d budwy symulatra samltu I-22. Tablica 3. Parametry ruchu platfrmy [11] skku siłwnika 1400 mm. Kąt Prędkść Przyspieszenie Pchylenie ± 32º ± 25º/s ± 250º/s² Ruchy kątwe Przechylenie ± 27º ± 25º /s ± 150º/s² Odchylenie ± 36º ± 25º/s ± 225º /s² Ruchy pstępwe Przesunięcie Prędkść Przyspieszenie Pinwe +180 cm ± 70 cm/s ± 8m/s² Pprzeczne ± 130 cm ± 86 cm/s ± 7m/s² Wzdłużne ± 137 cm ± 86cm/s ± 7 m/s² Uwagi: W tablicy 3 zachwane zstał nazewnictw prducenta [11]. 3. PODSUMOWANIE Nadal w śrdwiskach specjalistów są prwadzne badania i dyskusje kiedy i w jakich warunkach należy szklić na urządzeniach i symulatrach z układami ruchu. Interesujący dla knstruktra/prjektanta mże być dkument [12] przedstawiający wyniki badań przeprwadznych przez instytut badawczy armii USA mawiający wymagania ptrzebne d spełnienia, kiedy celwym jest stswanie w prcesach szklenia symulatrów zawierających urządzenia - platfrmy ruchwe. Inną kwestią pzstaje wybór rganu ruchu napęd hydrauliczny czy elektryczny. W artykule [13] mówine są najważniejsze aspekty stswania platfrm z elektrycznymi raz hydraulicznymi układami napędwymi. Pkazane w tablicy 1 cechy charakterystyczne układów ruchu raz wybrane parametry (Tablica 2 raz 3) trzech różnych typów układu ruchu (platfrm) mgą być pmcne knstruktrwi symulatra d wstępneg dbru układu ruchu. Kńcwa pstać rganu ruchu i jeg parametrów jest wypadkwą wymagań klienta i przyjętych załżeń technicznych, a także ceny zakupu lub wytwrzenia. W pewnych przypadkach celwym jest pracwanie własnej knstrukcji układu napędweg ruchu w urządzeniu treningwym. Takim przykładem mże być symulatr realizwany w ramach prjektu rzwjweg przez Wydział Mechaniczny Technlgiczny Plitechniki Śląskiej w Gliwicach [14]. Symulatr przeznaczny jest d nauki jazdy samchdem sbwym przez sby z dysfunkcją ruchu. Zbudwany jest na platfrmie hexapda sześciu stpniach swbdy. Sterwanie platfrmą dbywa się w parciu zadanie dwrtnej kinematyki platfrmy Stewarta (hexapd) i napędzanej układem sześciu silników elektrycznych.

11 Platfrmy ruchwe w urządzeniach treningwych 4. LITERATURA [1] Kmplekswy symulatr klejwy. Karta infrmacyjna. ETC - PZL Aerspace Industries sp. z.. Warszawa, październik 2012, [2] Annual Reprt Natinal Aerspace Labratry NLR. Amsterdam, The Netherlands. [3] Kmplekswy symulatr ltu śmigłwca W-3WA "Skół". ETC - PZL Aerspace Industries sp. z.., Warszawa, październik [4] The Wrld s Leading Frce In Armured Vehicle Simulatin. Thmsn Training & Simulatin. France. September [5] Simulatin & Training. Karta katalgwa. RUAG Electrnics Ltd. Switzerland. Juni [6] ELECTRIC MOTION SYSTEMS FOR TRAINING APPLICATIONS. MOOG INC. USA. April [7] MOTION SYSTEMS. ELECTRIC AND HYDRAULIC MOTION SYSTEMS FOR A WIDE RANGE OF PAYLOAD APPLICATIONS. MOOG, Inc. USA. Octber [8] Systems & Engineering Mtin Technlgy. Drive and Cntrl fr Simulatin in Best Practice. Rexrth. Bsch Grup. December [9] Reference list 3,6 and 8 DOF Electric Mtin Systems. Rexrth. Bsch Grup. 8 January [10] E2M TECHNOLOGIES, Amsterdam, The Netherlands. Nvember [11] Platfrma hydrauliczna sześciu stpniach swbdy. Karta katalgwa MP-PZL Aerspace Industries Ltd. Warszawa. [12] Bldvici J.A.: Simulatr Mtin. Technical Reprt 961. United States Army Research Institute fr the Behaviral and Scial Sciences. USA. September [13] THE EMOTION OF MOTION. MT& SW. Vl.3. Issue 1- January (Page 28-33). [14] Mechatrniczny integratr prcedur sterwania pjazdem przez sby niepełnsprawne". Prjekt rzwjwy nr NR finanswany ze śrdków Nardweg Centrum Badań i Rzwju w Warszawie. Instytut Autmatyzacji Prcesów Technlgicznych i Zintegrwanych Systemów Wytwarzania, Plitechnika Śląska. Gliwice

12 MOTION PLATFORMS IN TRAINING EQUIPMENT Marek Ł. GRABANIA Abstract. The paper discusses selected currently applied slutins fr mtin simulatin in training equipment. The applicatin areas f mtin simulatin discussed in the paper cver bth civilian (car r lcmtive driving simulatrs, aerplane flight simulatrs) as well as military (tank, helicpter, aircraft simulatrs) applicatins. Examples are given ranging frm the mst simple slutins with an eccentric mtin system t the mst sphisticated platfrms with six, r even eight degrees f freedm. Parameters are listed in tables, practical embdiments f varius designs are shwn in phtgraphs t illustrate the prblems discussed. Keywrds: training, training equipment, simulatr, mtin simulatin, mtin platfrm.