Комплексный тренажер экипажа транспортного вертолета со средствами тушения пожара

Полезная модель относится к авиационной технике и может быть использована при создании тренажеров для обучения курсантов летных учебных заведений, а также специальной подготовке, включающей в себя отработку навыков тушения лесного пожара, включая навыки использования водосливного устройства, а также восстановлении утраченных летных навыков и повышении квалификации летного состава эксплуатационных подразделений гражданской и государственной вертолетной авиации. Тренажер содержит кабину пилотов, оснащенную видеокамерами, акустическими системами и комплектом оборудования с системой адаптеров, внешний вид элементов которого, их взаимное расположение повторяют внешний вид и расположение элементов оборудования комплекта кабины пилотов, блок имитации закабинной визуальной обстановки, вычислительный комплекс, рабочее место инструктора, блок имитации гидросистемы вертолета и блок имитации работы средств тушения пожара. В устройстве обеспечивается расширение функциональных возможностей. 6 ил.

Полезная модель относится к авиационной технике и может быть использована при создании тренажеров для обучения курсантов летных учебных заведений, а также специальной подготовке, включающей в себя отработку навыков обнаружения и тушения пожаров, включая навыки использования водосливного устройства, а также восстановлении утраченных летных навыков и повышении квалификации летного состава эксплуатационных подразделений гражданской и государственной вертолетной авиации.

Известен тренажер вертолета [RU 2294019, C1, G09B 9/46, 20.02.2007], содержащий кабину пилотов вертолета, оснащенную видеокамерами, акустическими системами и комплектом оборудования с системой адаптеров, внешний вид элементов которого, их взаимное расположение повторяют внешний вид и расположение элементов оборудования комплекта кабины пилотов вертолета, блок имитации закабинной визуальной обстановки, включающий в себя блок генерации визуальной обстановки и блок отображения закабинной обстановки выполненный в виде системы, включающей проекторы и диорамный экран, установленный перед кабиной пилотов, вычислительный комплекс, предназначенный для моделирования штатных и нештатных режимов полета вертолета и снабженный блоком имитации акустических шумов, при этом, вычислительный комплекс содержит программируемый блок моделирования условий полета и режимов работы, программное обеспечение которого выполнено с возможностью моделирования аэродинамических характеристик, навигационных параметров, работы силовой установки, агрегатов и систем вертолета, рабочее место инструктора тренажера, включающее пульт управления и средства контроля, соединенные с вычислительным комплексом и снабженное блоком имитации радиосвязи, видеомониторы, установленные на рабочем месте инструктора и соединенные с видеокамерами кабины, грузовая кабина вертолета, в которой оборудовано рабочее место оператора внешней подвески, блок имитации закабинной обстановки для оператора внешней подвески, при этом, в вычислительный комплекс включен программируемый блок моделирования воздействия груза, транспортируемого на внешней подвеске, на вертолет, рабочее место оператора внешней подвески снабжено комплектом оборудования, позволяющим управлять внешней подвеской, а оператор имеет возможность визуально наблюдать груз на фоне подстилающей поверхности и осуществлять посредством переговорного устройства голосовую связь с пилотами вертолета, осуществляющими пилотирование.

Недостатком известного технического решения является относительно узкие функциональные возможности.

Известен также тренажер [RU 2230371, С2, G09B 9/46, 2004], содержащий кабину пилотов вертолета, оснащенную видеокамерами, акустическими системами и имеющим комплект оборудования с системой адаптеров, внешний вид элементов которого, их взаимное расположение повторяет внешний вид и расположение элементов оборудования комплекта кабины пилотов вертолета, блок имитации закабинной визуальной обстановки, включающий в себя блок отображения закабинной обстановки и блок генерации визуальной обстановки, причем блок отображения закабинной визуальной обстановки может представлять собой систему, включающую проекторы и диорамный экран, установленный перед кабиной пилотов, вычислительный комплекс, позволяющий моделировать штатные и нештатные режимы полета вертолета и снабженный блоком имитации акустических шумов, при этом, вычислительный комплекс содержит программируемый блок моделирования условий полета и режимов работы, программное обеспечение которого выполнено с возможностью моделирования аэродинамики, навигационных параметров, работы силовой установки, агрегатов и систем вертолета, рабочее место инструктора тренажера, включающее пульт управления и средства контроля, соединенные с вычислительным комплексом, и снабженное блоком имитации радиосвязи, причем, на рабочем месте инструктора установлены видеомониторы, соединенные с видеокамерами кабины.

Этот техническое решение позволяет осуществлять обучение и тренировку экипажа вертолета, имитировать работу оборудования вертолета в штатных и особых ситуациях, моделировать визуальную обстановку в зависимости от метеоусловий, времени суток и времени года, а также осуществлять контроль за работой экипажа, однако также обладает относительно узкими функциональными возможностями, поскольку в нем отсутствуют средства, позволяющие проводить тренажерную подготовку с учетом возможности участия вертолета в тушении пожаров.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является комплексный тренажер экипажа многоцелевого транспортного вертолета [RU 112794, U1, G09B 9/46, 20.01.2012], содержащий кабину пилотов, оснащенную видеокамерами, акустическими системами и комплектом оборудования с системой адаптеров, внешний вид элементов которого, их взаимное расположение повторяют внешний вид и расположение элементов оборудования комплекта кабины пилотов, блок имитации закабинной визуальной обстановки, вычислительный комплекс, соединенный с кабиной пилотов, с блоком имитации закабинной визуальной обстановки и позволяющий моделировать штатные и нештатные режимы полета вертолета, условий полета и режимов работы, моделирования аэродинамических характеристик, навигационных параметров, работы силовой установки, агрегатов и систем вертолета и снабженный блоком имитации акустических шумов, рабочее место инструктора, включающее пульт управления и средства контроля, соединенные с вычислительным комплексом, и снабженное блоком имитации радиосвязи с кабиной пилотов, а также блок имитации гидросистемы вертолета, вход управления которого соединен с выходом вычислительного комплекса, а выход соединен с механизмами комплекта оборудования кабины пилотов, при этом, на рабочем месте инструктора установлены видеомониторы, соединенные с видеокамерами кабины пилотов, а вычислительный комплекс выполнен с возможностью моделирования работы блока имитации гидросистемы вертолета.

Недостатком наиболее близкого технического решения также обладает относительно узкими функциональными возможностями, поскольку в нем отсутствуют средства, позволяющие проводить тренажерную подготовку с учетом возможности участия вертолета в тушении пожаров с использованием водосливного устройства.

Требуемый технический результат заключается в разработке тренажера, в котором за счет расширения арсенала технических средств обеспечивается дополнительная возможность тренажной подготовки с учетом возможности участия вертолета в тушении пожаров с использованием водосливного устройства.

Требуемый технический результат достигается тем, что, в комплексный тренажер экипажа многоцелевого транспортного вертолета содержащий кабину пилотов, оснащенную видеокамерами, акустическими системами и комплектом оборудования с системой адаптеров, внешний вид элементов которого, их взаимное расположение повторяют внешний вид и расположение элементов оборудования комплекта кабины пилотов, блок имитации закабинной визуальной обстановки, вычислительный комплекс, соединенный с кабиной пилотов, с блоком имитации закабинной визуальной обстановки и позволяющий моделировать штатные и нештатные режимы полета вертолета, условий полета и режимов работы, моделирования аэродинамических характеристик, навигационных параметров, работы силовой установки, агрегатов и систем вертолета и снабженный блоком имитации акустических шумов, рабочее место инструктора, включающее пульт управления и средства контроля, соединенные с вычислительным комплексом, и снабженное блоком имитации радиосвязи с кабиной пилотов, а также блок имитации гидросистемы вертолета, вход управления которого соединен с выходом сигналов управления блоком имитации гидросистем вычислительного комплекса, а выход соединен с механизмами гидросистемы вертолета в комплекте оборудования кабины пилотов, при этом, на рабочем месте инструктора установлены видеомониторы, соединенные с видеокамерами кабины пилотов, а вычислительный комплекс выполнен с возможностью моделирования работы блока имитации гидросистемы вертолета, введен блок имитации работы средств тушения пожара, вход управления которого соединен с выходом сигналов управления блоком имитации средств тушения пожара вычислительного комплекса, а выход соединен с механизмами средств тушения пожара в комплекте оборудования кабины пилотов, а вычислительный комплекс выполнен с возможностью моделирования процесса тушения пожара и выработки сигналов управления параметрами блока имитации работы средств тушения пожара.

На чертеже представлены:

на фиг.1 - функциональная схема комплексного тренажера экипажа транспортного вертолета со средствами тушения пожара;

на фиг.2 - фрагмент логико-математической модели, реализованной в вычислительном комплексе для моделирования процесса горения;

на фиг.3 - фрагмент логико-математической модели реализованной в вычислительном комплексе для моделирования процесса тушения пожара;

на фиг.4, 5, 6 - графики, поясняющие работу устройства.

Комплексный тренажер экипажа многоцелевого транспортного вертолета со средствами тушения пожара содержит кабину 1 пилотов, оснащенную видеокамерами, акустическими системами и комплектом оборудования с системой адаптеров, внешний вид элементов которого, их взаимное расположение повторяют внешний вид и расположение элементов оборудования комплекта кабины пилотов вертолета, блок 2 имитации закабинной визуальной обстановки, вычислительный комплекс 3, соединенный с кабиной 1 пилотов, с блоком 2 имитации закабинной визуальной обстановки и позволяющий моделировать штатные и нештатные режимы полета вертолета, условий полета и режимов работы, моделирования аэродинамических характеристик, навигационных параметров, работы силовой установки, агрегатов и систем вертолета и снабженный блоком имитации акустических шумов.

Кроме того, комплексный тренажер экипажа многоцелевого транспортного вертолета со средствами тушения пожара содержит рабочее место 4 инструктора, включающее пульт управления и средства контроля, соединенные с вычислительным комплексом 3, и снабженное блоком имитации радиосвязи с кабиной пилотов, при этом, на рабочем месте 4 инструктора установлены видеомониторы, соединенные с видеокамерами кабины 1 пилотов.

В комплексном тренажере экипажа многоцелевого транспортного вертолета со средствами тушения пожара имеется также блок 5 имитации гидросистемы вертолета, вход управления которого соединен с выходом вычислительного комплекса 3, а выход - соединен с механизмами комплекта оборудования кабины 1 пилотов, при этом, вычислительный комплекс 3 выполнен с возможностью моделирования работы блока имитации гидросистемы вертолета.

Дополнительно к указанному выше комплексный тренажер экипажа многоцелевого транспортного вертолета со средствами тушения пожара содержит блок 6 имитации работы средств тушения пожара, вход управления которого соединен с выходом сигналов управления блоком имитации средств тушения пожара вычислительного комплекса 3, а выход соединен с механизмами средств тушения пожара в комплекте оборудования кабины 1 пилотов, При этом, вычислительный комплекс 3 выполнен с возможностью моделирования процесса тушения пожара и выработки сигналов управления параметрами блока 6 имитации работы средств тушения пожара.

Используется комплексный тренажер экипажа многоцелевого транспортного вертолета со средствами тушения пожара следующим образом.

Комплексный тренажер экипажа многоцелевого транспортного вертолета со средствами тушения пожара представляет собой кабину 1 пилотов, оснащенную видеокамерами, акустическими системами и комплектом оборудования с системой адаптеров, внешний вид элементов которого, их взаимное расположение повторяют внешний вид и расположение элементов оборудования комплекта кабины пилотов многоцелевого транспортного вертолета со средствами тушения пожара.

Кроме того, в тренажере имеется блок 2 имитации закабинной визуальной обстановки и вычислительный комплекс 3, соединенный с кабиной 1 пилотов, с блоком 2 имитации закабинной визуальной обстановки и позволяющий моделировать штатные и нештатные режимы полета вертолета, условий полета и режимов работы, моделирования аэродинамических характеристик, навигационных параметров, работы силовой установки, агрегатов и систем вертолета и снабженный блоком имитации акустических шумов.

Тренажер содержит также рабочее место 4 инструктора, включающее пульт управления и средства контроля, соединенные с вычислительным комплексом 3, и снабженное блоком имитации радиосвязи с кабиной 1 пилотов, при этом, на рабочем месте 4 инструктора установлены видеомониторы, соединенные с видеокамерами кабины пилотов.

Тренировка на тренажере осуществляется следующим образом.

Пилоты занимают свои рабочие места в кабине 1 пилотов, а инструктор - на рабочем месте 4 инструктора.

Инструктор с рабочего места 4 инструктора загружает в вычислительный комплекс 3 задание на полет (задает начальные условия, метеоусловия, целевую обстановку на маршруте и другие необходимые исходные данные, включая условное возникновение пожара, в частности, очаги пожара, сила и направление ветра, наличие атмосферных осадков). В соответствии с заложенными программами в вычислительном комплексе 3 в реальном масштабе времени начинается моделирование работы вертолета.

В блоке 2 воспроизводится закабинная визуальная обстановка для пилотов, максимально приближенная к реальной. Включаются акустические системы, воспроизводящие шум работы винта и силовых установок вертолета. Включается радиосвязь и инструктор передает пилотам команды, аналогичные тем, какие передаются от наземного командного центра управления полетом.

Пилоты осуществляют тренировочный полет в соответствии с заданием, воздействуя на имитаторы органов управления самолета, сигналы с которых через адаптеры поступают в вычислительный комплекс 3 тренажера и используются для моделирования полета.

Инструктор на своих видеомониторах наблюдает за ходом тренировочного полета, по переговорному устройству при необходимости дает команды пилотам, с помощью пульта управления изменяет условия полета, например, вводит отказы систем, меняет целевую обстановку, метеоусловия и т.д.

Кроме того, вычислительный комплекс 3 задает параметры управления блоком 5 имитации гидросистемы вертолета, который управляет средствами регулировки усилий пилотов, которые необходимо приложить для управления механизмами и рычагом управления вертолета, в частности, при имитации движения вертолета по земле и отклонении автомата перекоса назад, когда усилие на ручке управления в продольном отношении возрастает.

Блок имитации гидросистемы вертолета выполнен таким образом, чтобы ее гидравлическая мощность обеспечивала работу систем вертолета при нормальных условиях эксплуатации и на отказных режимах. Блок имитации гидросистемы вертолета представляет собой несколько изолированных, функционально независимых друг от друга стандартных гидросистем и его работа осуществляется, в частности, в соответствии с его работой в известном устройстве.

Используемый блок имитации гидросистемы вертолета позволяет моделировать ее функционирование на всех эксплуатационных режимах полета, а также в особых ситуациях, создаваемых отказами рассматриваемой системы, в первую очередь падение давления, малый уровень жидкости в системе, перегрев жидкости в системе, отказ клапана, утечка жидкости в системе.

Кроме того, вычислительный комплекс 3 задает параметры управления блоком 6 моделирования распространения и тушения лесного пожара, который управляет средствами регулировки усилий пилотов, которые необходимо приложить для управления механизмами и рычагом управления вертолета (в частности, при имитации движения вертолета по земле и отклонении автомата перекоса, когда усилие на ручке управления возрастает), а также рычагом управления водосливным устройством (ВСУ).

Основными параметрами блока моделирования распространения и тушения лесного пожара, которые вырабатываются вычислительным комплексом 3 на основании данных, задаваемых инструктором, являются температура ячейки (условного объекта возгорания, например, площадью 2×2 м) и влагосодержание горючего материала, например, растительного горючего материала (далее «топлива»).

Для моделирования используются следующие соотношения и алгоритмы.

Температура ячейки увеличивается согласно закону теплового баланса:

В случае достижения ячейкой температуры возгорания T_ign, переводим ее в состояние «горит».

1. В первую очередь вычисляем количество топлива m_one, которое

должно сгореть за текущий шаг моделирования STEP_TIME.

,

где STEP_TIME - шаг моделирования; t - время, которое прошло с момента загорания ячейки.

Вид функции f1 представлен на фиг.4.

Значения t1 и t2 задаются для каждого типа топлива на стадии инициализации ячейки. Значение m_max вычисляется таким образом, чтобы при заданных t1, t2 и t_lay за период сгорания слоя t_lay сгорел весь суммарный активный запас толплива m_act0, находящихся в данной ячейке.

Далее текущий активный запас слоя уменьшается на m_one.

2. Далее вычисяется поверхностная теплота сгорания слоя Q_lay. Учитывая влагосодержание топлива, вычисляем условную массу сухого топлива:

Далее полученное значение умножаем на коэффициент полноты сгорания kf, учитывающий неполноту окисления топлива, из-за которой не может быть полного сгорания активного запаса слоя топлива.

m_dry=m_dry*kf

После этого вычисляем поверхностную теплоту сгорания слоя, для чего умножаем массу сгоревшего топлива на его удельную теплоту сгорания и делим на площадь ячейки, занятой топливом:

3. Интенсивность тепловыделения I определяется как отношение поверхностной теплоты сгорания (Q_Jay) к времени одного шага моделирования (STEP_TIME).

Зная интенсивность тепловыделения I можно вычислить базовую, штилевую скорость распространения пожара - скорость распространения горения по напочвенному покрову при нулевом ветре, нулевом уклоне поверхности, относительной влажности воздуха 40% и температуре воздуха 20°. Вычисления можно проводить, используя эмпирическую зависимость базовой скорости v0 от интенсивности тепловыделения I, используя данные таблицы.

Имея подобные статистические данные, легко построить аппроксимирующую функцию, связывающую значение I и v0 (v0=f2(I)) для других условий.

Вид функции f2, а также статистические данные представлены на фиг.5.

Аппроксимация статистических данных выполнена полиномом третьей степени:

v0=-0.000043789+7.81276*10 ^-8I-6.74402*10^-13I²+3.75235*10 ^-18I³

Определение штилевой скорости распространения необходимо для построения функции теплопередачи ячейки.

4. Зная поверхностную теплоту сгорания слоя Q_lay, нетрудно вычислить количество тепла, излучаемое ячейкой в окружающее пространство Q_emiss.

Q_emiss=Q_lay*CELL_SIZE ².

Очевидно, что часть излучаемого тепла уходит в воздух (Q_out), a часть передается соседним ячейкам (Q_giv). Данный факт моделирует коэффициент теплопередачи k_rans:

Q_out=(1-k_trans)*Q_emiss,

Q_giv=k_trans*Q_emiss.

Коэффициент k_trans задается при инициализации ячейки. Его значение задается на основании полуэмпирических соображений и практически берется примерно равным ~0.2.

Количество тепла Q_giv идет на нагревание соседних ячеек. Перераспределение этого тепла между ними определяется функцией теплопередачи горящей ячейки.

5. Вычисление температуры горящей ячейки. Прямое моделирование температуры горящей ячейки является весьма трудоемкой задачей, поэтому в настоящем алгоритме принимается следующее упрощение.

Для каждой ячейки задается максимальная температура пламени TfireMax, которая зависит от типа топлива. Значение для этой температуры берется из статистических данных для разных типов топлива. Далее предполагается, что температура горящей ячейки является функцией ее времени горения t (для горящей ячейки t меняется от 0 до t_lay).

Т=f3(t).

Вид функции f3 приведен на фиг.6.

Вид данной функции не основан на статистических данных, а имеет полуэмпирический характер. Однако логика алгоритма легко допускает изменение всех подобных зависимостей без каких-либо кардинальных изменений в его структуре.

Ниже при описании процесса моделирования используем следующие обозначения:

- Q_lay, поверхностная теплота сгорания слоя РГМ [Дж/м2];

- q, удельная теплота сгорания РГМ (в абсолютно сухом состоянии при полном окислении) [Дж/кг];

- RGMdens, поверхностная плотность распределения РГМ [кг/м2];

- m_act0, суммарный активный запас слоя РГМ [кг];

- m_act, текущий активный запас слоя РГМ [кг];

- W, влагосодержание [%], w=M_{воды в образце}/M _{сухого образца}*100%;

- w_max, максимальное влагосодержание РГМ [%];

- t_lay, период сгорания слоя [с];

- I, интенсивность тепловыделения [Дж/(м2*с)];

- С, теплоемкость слоя РГМ [Дж/(кг*С)];

- kf, коэфф полноты сгорания [от 0 до 1];

- WoodDens, полнота древостоя [от 0 до 1];

- v0, базовая (штилевая) скорость распространения горения [м/с];

- Temp, текущая температура ячейки [С];

- T_ign, температура возгорания [С];

- TfireMax, максимальная температура пламени для ячейки [С];

- t, время, прошедшее с момента возгорания ячейки (меняется от 0 до t_lay) [с];

- k_trans, коэффициент передачи тепла соседним ячейкам (для учета рассеивания тепла в окружающее пространство) [от 0 до 1].

Обозначения:

- t (delta_t) - шаг моделируемого процесса, [с];

- T_{fuel_surface} (T_f) (T_fuel_surface) - температура поверхности топлива, [К];

- Key_fire - ключ ячейка «горит/не_горит» (1/0);

- _f (gamma_f) - влагосодержание топлива (Масса_воды_в_образце/Масса_сухого_образца), [%];

- q (q) - тепловыделение с единицы поверхности ячейки, занятой топлива, [Дж/(м²·с)] (моделях тушения предполагается, что тепловыделение присуще только горящим ячейкам, для не горящих ячеек q=0);

- _{fuel_surface} (f) (Ro_fuel_surface) - плотность распределения сухого вещества топлива по поверхности, [кг/м²];

- S_{fuel_surface} (S_f) (S_fuel_surface)- площадь, покрытая топлива, [м²];

- G_p (G_p)- поток воды на поверхность топлива, [кг/(м² ·с)];

- (eta)- влажность воздуха у поверхности топлива, [%];

- C_fuel (C_f) (С_fuel) - теплоемкость сухого вещества топлива, [Дж/(кг·К)];

- _p (Ro_p) - плотность воды, [кг/м³ ];

- С_р (С_p) - теплоемкость воды, [Дж/(кг·К)];

- Q_v (Q_v) - теплота испарения воды, [Дж/кг];

- T_p (Т_p) - температура воды, [К];

- Ro (Ro_0) - универсальная газовая постоянная, [Дж/(моль·К)];

- m _g (m_g) - молекулярный вес газа в зоне топлива, [кг/моль];

- m_v (m_v) - молекулярный вес водяного пара, [кг/моль];

-g(g)- гравитационное ускорение, [м/с²];

- µ_g (mu_g) - динамическая вязкость воздуха, [кг/(м·с)];

- А=6.067 - константа зависимости давления насыщенных паров воды от температуры;

- В=2263 - константа зависимости давления насыщенных паров воды от температуры;

- t_min (min_delta_t) - минимальная учитываемая алгоритмом разница во времени, [с];

- T_min (min_delta_T) - минимальная учитываемая алгоритмом разница температур, [К];

- q_РГМ - теплотворная способность топлива при горении, [Дж/кг];

- _крит - критический коэффициент теплоотдачи при пленочном кипении (полагаем при давлении 1 атм. _крит=48000), [Вт/(м²·К)];

- _f(ksi_f) - скорость поглощения воды материалом топлива, [кг/(м³·с)];

- K _forest (K_forest) - коэффициент потери воды в кронах деревьев и кустарников, [0;1];

- K_f (K_f) - коэффициент потери воды в слое топлива при T_f>T _s(P_g), K_f1-K_forest;

- K_area (K_area) - коэффициент пересчета поверхности топлива S_f на реальную поверхность горения, [1;] (он может быть определен по известному тепловому потоку S_f и тепловыделению q_РГМ, известному, например, для сосны);

- _{f_max} (gamma_f_max) - максимальное влагосодержание топлива, [%];

- h_f (h_f) - толщина слоя топлива, [м] (она необходима для определения объемной доли пара внутри слоя и для присвоения конкретного значения ключу «горит/не_горит»);

- T_fire (T_fire) - температура самовоспламенения топлива (при Key_fire=1 должно быть T_fire<T_f), [К];

- T_g (T_g) - температура воздуха и пара у поверхности топлива, [К];

- P_g (P_g) - давление воздуха (суммарное давление воздуха и пара) у поверхности топлива М, [Па]).

Выходными данными алгоритма являются:

- T_{f_new} (T_f_new) - новая температура поверхности топлива, [К];

- Key_fire - новый ключ «горит/не_горит» (1/0);

- _{f_new} (gamma_f_new) - новое влагосодержание топлива, [%];

- M_vapour (M_v ) (m_vapour) - масса воды, испарившейся в ячейке сетки (на заданной площади), [кг];

- G_eff (G_eff) - эффективно израсходованная за t вода, [кг] (вода, затраченная на снижение теплового потока от топлива, температуры топлива, fa также повышение их влагосодержания);

- V_v (v_v) - скорость восходящих паров около поверхности топлива, [м/с].

Алгоритм тушения пламени:

Вариант 1 (T_f<T_s (P_g)+T_min) (ячейка не горит и ее температура меньше температуры испарения воды).

М=Sh·µ _g·[Y_s(T_w)-Y]/[Sc·h _f] - скорость испарения, размерность [кг/(м² ·с)], Y - массовая концентрация пара, [0;1].

Пусть Ydop=(масса пара в единице объема)/(масса газа в единице объема) Y=Ydop/[1+Ydop].

Для парциального давления справедливо соотношение:

P_v={(масса пара в единице объема)/

[(масса пара в единице объема)/m_v + (масса газа в единице объема)/m_g ]}P_g/m_v.

Отсюда Ydop=(m _v/m_g)/(P_g/P_v-1) и Y=Ydop/[1+Ydop] при P_v<P_g,

Y=1 при P _vP_g.

Y_s(T_w ) - массовая концентрация насыщенного пара при T_w, [0;1]

Аналогично для Y_s:

Ydop_s=(m_v/m_g)/(P_g/P_s (T_w)-1) и Y=Ydop_s/[1+Ydop_s] при P_s(T _w)<P_g, Y=1 при P_s(T_w )>P_g.

T_w=(T_f +T_g)/2 - температура поверхности пленки воды на топливе, [К].

P_s=101330·10^A-B/Ts - давление насыщенного пара при T_s, [Па].

Число Шервуда:

Sh=1+(Re·Sc)^1/3 при Re1

Sh=1+(Re·Sc)^l/3·Re ^0,77 при Re>1

Число Шмидта:

Sc=µ_g/(_g·D),

где D [м² /с] - коэффициент диффузии (D1), можно полагать Sc=0.7

Общее количество испарившейся воды:

M_v=M·S _f·K_area·t, G_{f_add}=_f·t·h_f·S_f - масса поглощенной воды, кг (предполагается, что _f известная величина для данного типа топлива, то есть считаем, что впитывание длится время t, а вся остальная вода, которая за это время не впиталась, просачивается в землю).

При этом G_{f_add} не превосходит G_p·S_f·K_forest ·t.

Если M_v>(G_{f_add} +_f·S_f·_f/100), то M_v=G_{f_add}+_f·S_f·_f/100

Если M_v<0 (это при конденсации, введено для правильно работающей формулы испарения-конденсации), то M_v=(-1)·_s(T_g)·h_f·S _f.

То есть, предполагаем, что весь объем слоя топлива занят насыщенным паром и он весь превращается в конденсат.

_{f_new}=100·(G_f+G_{f_add} -M_v)/Macca_сухого_вещества,

G _f=_f·S_f·_f/100 - масса имевшейся воды, [кг]

Масса_сухого_вещества=_f·S_f

Если _{f_new}>_{f_max}, то

_{f_new}=_{f_max} и G_{f_add}=_f·S_f·(_fmax-_f)/100

G_eff=G _{f_add}

Новую температуру поверхности топлива T_{f_new} определяем из уравнения теплового баланса:

_f·S_f·C_f·T _f+_f·S_f·C_p·T _f·_f/100-M_v·Q_v+G _{f_add}·C_p·T_f=T_{f_new}^.(_f·S_f·C_f+_f·S_f·C_p·_{f_new}/100)

Для T_{f_new} должно выполняться ограничение T_{f_new}T_s(P_g), где T_s(P_g ) - температура кипения при известном P_g.

Ключ Key_fire=0.

Вариант 2 (TfTs(Pg))+Tmin) (ячейка не горит, но ее температура больше температуры кипения воды).

Здесь предполагаем, что нагревание топлива идет достаточно медленно, для того, чтобы вся имеющаяся в них влага успела испариться.

Так как ячейка не горит, то T_f<T_fire, в противном случае алгоритм выдает соответствующее сообщение и ждет команды на продолжение (при команде ПРОДОЛЖИТЬ РАСЧЕТ неравенство игнорируется).

Тепловой поток, поглощаемый водой, определяется гипотезой критического режима кипения:

q _крит=_крит·K_area [T_f-T _s(P_g)], Вт/М²

Время кипения t_boil определяем из уравнения теплового баланса:

_f·S_f·C_f·T _f-q_крит·S_f·t_boil=T_s(P_g)-_f·S_f·C_f

Если t_boil>t+t_min (время кипения больше, чем шаг моделирования), то t_boil=t.

Т.к. M=q_крит/Q_v , следовательно, масса испарившейся в процессе кипения воды M _{v_boil}=M·S_f·t_boil.

Если M_{v_boil} >G_p·S_f·K_forest·K _f·t_boil, то M_{v_boil}=Gp·S_f ·K_forest·K_f·t_boil

(если должно испариться больше чем попадает, испаряем только то, что попадает).

M_{v_boil}=M·S_f·K_forest ·K_f·t (кипение длится только t)

M_{v_a}=M_{v_boil}.

Если M_{v_а}>G_p·S _f·K_forest·K_f·t, то M_{v_a}=G_p·S_f·K _forest·K_f·t

(если должно испариться больше чем попадает, испаряем только то, что попадает)

_{f_new}=0

G_eff=G _{eff_a}=M_{v_а}

Новую температуру поверхности топлива T_{f_new} определяем из уравнения теплового баланса:

_f·S_f·C_f·T _f-q_крит·S_f·t=T_{f_new}·_f·S_f·C_f

Температура поверхности уменьшается за счет испарения воды. Вода в ячейке не присутствует.

Ключ Key_fire=0

Если t_boil<t+t_min (время кипения меньше, чем шаг моделирования), то выполняются все последние соотношения и затем At_v =t-t_boil и далее используется модель варианта 1 при t=t_v.

На вход модели подается:

_f=_{f_new}=0.

T_f=T _{f_new} (какие получились).

G_p - какое было на входе, просто часть потока испаряется в режиме кипения, часть - из-за разности парциальных давлений.

Но итоговые массы испарившейся и эффективно использованной воды определяются так (при t=t_v):

G_eff=G_{eff_a} +G_eff',

G_{eff_а} получается вследствие испарения при кипении, которое длится время t_boil<t. A G_eff' определено по модели варианта 1 при t=t_v.

M_v=M_{v_a} +M_v'

M_{v_а} получается вследствие испарения при кипении, которое длится время t_boil<t, a M_v' определена по модели варианта 1 при t=t_v.

Ключ Key_fire=0.

Вариант 3 (сброс воды на горящую ячейку).

На входе в подпрограмму Key_fire=1

Тепловой поток, поглощаемый водой, определяется гипотезой критического режима кипения:

q_крит=_крит·K_area[T_f·T _s(P_g)], Вт/М²

Вводим разность между скоростью тепловыделения горящей ячейки и скоростью поглощения тепла водой:

q=q-q_крит

Если _q>0, то вода испаряется без непосредственного контакта с поверхностью топлива (есть паровая пленка), меняется только температура и влажность воздуха, тушение определяется «запариванием» слоя топлива. В этом случае

t_boil=t

G_eff=M_v=M_{v_boil} =G_p·S_fK_forest·K _f·t_boil

T_{f_new}=T _{ff_new}=0

Если q<0, то идет процесс тушения, состоящий из трех этапов:

1) снижение температуры топлива до T_fire за время t_{boil_1};

2) охлаждение топлива до температуры T_s(P_g) за время t_{boil_2};

3) охлаждение топлива по модели варианта 1.

Этап 1.

На этом этапе вода поглощает теплоту горения q и одновременно снижает температуру (энтальпию) топлива со скоростью, пропорциональной q.

Время кипения t_{boil_1} определяем из уравнения теплового баланса:

_f·S_f·C_f·T _f-q·S_ft_{boil_1}=T_fire·_f·S_f·C_f

Если t_{boil_1}>t+t_min, то

t_boil=t_{boil_1}=t

M_{v_boil}=G_p·S _f·K_forest·K_f·t_boil

Далее математическая модель полностью соответствует варианту 2 за исключением определения значения ключа Key_fire.

Если t_{boil_1}<t, то G_{eff_1}=G_{eff_а} и переходим к этапу 2:

В этом случае Key_fire=0; q=0.

Время кипения t_{boil_2} определяем из уравнения теплового баланса:

_f·S_f·C_f·T _fire-q_крит·S_f·t_{boil_2}=T_s(P_g)·_f·S_f·C_f.

Если t_{boil_2}>t-t_{boil_1}+t_min, то

t_boil=t-t_{boil_1}

M_{v_boil}=G _p·S_f·K_forest·K _f·t_boil

Далее математическая модель полностью соответствует варианту 2

G_eff =G_{eff_a}+G_{eff_1}

Если t_{boil_2}<t-t_{boil_1}+t_min, то G_{eff_2}=G_{eff_} и далее используется модель варианта 1 при t=t-t_{boil_1}-t_{boil_2}.

На вход модели подается:

_f=_{f_new}=0, T_f=T_{f_new} (какие получились),

a G_p - какое было на входе, просто часть потока испаряется в режиме кипения, часть - из-за разности парциальных давлений, но итоговые массы испарившейся и эффективно использованной воды определяются с учетом полученных на предыдущих этапах.

Если _{f_new}>0, то Key_fire=0

Если T_{f_new}<T_fire, то Key_fire=0

Что касается тушения из-за «запаривания» слоя топлива, то здесь используется следующая модель.

Определение скорости восходящего потока V_v на верхней границе слоя топлива.

Полагаем, что температуры газа и пара внутри слоя топлива есть

T_{g_new} -[T_f+T_s(P_g)]/2

На единичный объем пара действует сила Архимеда, ускорение которой определяем из уравнения

F_Arch=_v·a_v=(_g-_v)·g

_g=P_g/(R_g·T_{g_new} )

_v=P_g/(R_v·T_{g_new} )

Время всплытия пара сквозь слой топлива

t_v=(2h_f/a_v) ^l/2

V_v=t_v·a _v

Количество уносимого пара

G_{v_out}=_v·V_v·S_f [кг/с]

Количество образующегося пара

G _{v_in}=M_{v_boil}/t_boil [кг/с]

(испарение, когда температура меньше, чем T_s здесь не учитывается)

Если =(G_{v_in}-G_{v_out})·t/(h_f·S_f)_v,

то пар вытеснил весь воздух в слое топлива и горение прекратилось, Key_fire=0.

Пористость слоя учитывается входными известными параметрами:

K_f - коэффициент потери воды в слое топлива при T_f>T_s(P_g), K_f1-K_forest;

K_area - коэффициент пересчета поверхности топлива S_f на реальную поверхность горения, [1;].

Фрагмент логико-математической модели системы тушения пожара показан на фиг.3.

В дополнение ко всему, вычислительный комплекс 3 позволяет осуществлять и прогнозирование перехода низового пожара в верховой -моделирование верхового пожара и формировать управляющее воздействие на блок имитации работы средств тушения пожара.

Таким образом, введенный блок имитации работы средств тушения пожара, соединенный с соответствующими узлами тренажера, позволяет обучаемым экипажам решать задачи, связанные с обнаружением очагов горения (патрулированием территории), а также с локализацией (тушением) лесного низового пожара.

Это расширяет функциональные возможности тренажера, обеспечивает более высокую точность моделирования реального полета вертолета и позволяет обеспечить более эффективную подготовку летных экипажей.

Вся информация о тренировочном полете архивируется в вычислительном комплексе 3 тренажера для последующего анализа и разбора действий экипажа.

Предлагаемое техническое решение расширяет функциональные возможности тренажера, поскольку помимо обучения и тренировке пилота в обычной обстановке, дополнительно обеспечивается близкие к реальным условия управления средствами тушения пожара включающими в себя отработку навыков обнаружения пожаров, тушения пожаров и навыков использования водосливного устройства. Это расширяет функциональные возможности тренажера и позволяет обеспечить эффективную подготовку летных экипажей.

Комплексный тренажер экипажа многоцелевого транспортного вертолета со средствами тушения пожара, содержащий кабину пилотов, оснащенную видеокамерами, акустическими системами и комплектом оборудования с системой адаптеров, внешний вид элементов которого, их взаимное расположение повторяют внешний вид и расположение элементов оборудования комплекта кабины пилотов, блок имитации закабинной визуальной обстановки, вычислительный комплекс, соединенный с кабиной пилотов, с блоком имитации закабинной визуальной обстановки и позволяющий моделировать штатные и нештатные режимы полета вертолета, условий полета и режимов работы, моделирования аэродинамических характеристик, навигационных параметров, работы силовой установки, агрегатов и систем вертолета, и снабженный блоком имитации акустических шумов, рабочее место инструктора, включающее пульт управления и средства контроля, соединенные с вычислительным комплексом, и снабженное блоком имитации радиосвязи с кабиной пилотов, а также блок имитации гидросистемы вертолета, вход управления которого соединен с выходом сигналов управления блоком имитации гидросистем вычислительного комплекса, а выход соединен с механизмами гидросистемы вертолета в комплекте оборудования кабины пилотов, при этом на рабочем месте инструктора установлены видеомониторы, соединенные с видеокамерами кабины пилотов, а вычислительный комплекс выполнен с возможностью моделирования работы блока имитации гидросистемы вертолета, отличающийся тем, что введен блок имитации работы средств тушения пожара, вход управления которого соединен с выходом сигналов управления блоком имитации средств тушения пожара вычислительного комплекса, а выход соединен с механизмами средств тушения пожара в комплекте оборудования кабины пилотов, а вычислительный комплекс выполнен с возможностью моделирования процесса тушения пожара и выработки сигналов управления параметрами блока имитации работы средств тушения пожара.