Электромеханический тренажер парашютиста

Авторы патента:

Полезная модель относится к учебным тренировочным средствам, используемым на этапе предпрыжковой подготовки парашютистов. Тренажер может найти применение в учебных организациях МЧС и МВД для тренировки психофизических качеств и развития психологической готовности начинающих парашютистов к выполнению прыжков. Электромеханический тренажер парашютиста имитирует условия, связанные с управлением парашютом при спуске и приземлении. В состав тренажера входят: неподвижная платформа, на которой размещен управляемый блок электропитания; кресло парашютиста и штанга-держатель с гибким наконечником, размещенные на вращающейся платформе; модуль управления реверсом электродвигателя, закрепленный на штанге-держателе; электрический двигатель с механическим редуктором; имитатор парашюта с подвесной системой, размещаемый на жестком каркасе, закрепленном на гибком наконечнике штанги-держателя; шарнирное соединение; амортизаторы пружинные и фиксаторы положения качающейся части тренажера. Новый технический результат, связанный с развитием психомоторных реакций и формированием первичных навыков управления парашютом, достигается тем, что в тренажере стапель подвесных систем заменен специальной конструкцией кресла парашютиста, которое имеет две степени свободы для системы «человек-парашют» относительно неподвижной платформы: по углу крена и по углу рыскания. Человек-парашютист, который располагается в кресле тренажера, путем натяжения соответствующих строп парашютной системы управляет работой электродвигателя силового электропривода, который осуществляет поворот по углу рыскания ±180° связанных между собой кресла и купола парашюта в заданном инструктором направлении. Тренажер обеспечивает имитацию процесса управления парашютом в двух режимах: а) в упрощенном режиме - качающаяся часть тренажера стабилизирована по крену относительно неподвижной платформы; б) в рабочем режиме - качающаяся часть тренажера развязана (по углу крена) в диапазоне углов ±12° относительно неподвижной платформы. Полезная модель обеспечивает расширение дидактических возможностей тренажеров парашютных систем основе полуавтоматического управления разворотом купола парашюта при спуске и приземлении. 3 п.ф. из; 4 ил.

Необходимость создания новых учебно-тренировочных средств для подготовки парашютистов определяется спецификой этого вида профессиональной деятельности. Для максимального снижения риска при прыжках с парашютом человек должен иметь специальную физическую подготовку и обладать высокой степенью психофизической устойчивости. Последняя в значительной степени зависит от сформированности навыков управления парашютом на различных стадиях. Для начинающих парашютистов важным является последовательное освоение всех элементов действий при управлении парашютом. В этой связи применение электромеханических тренажеров, имитирующих реальные условия, при которых непрерывно меняется положение центра тяжести человека, можно считать обоснованным.

В качестве аналога технического решения может быть указана известная система подвижности тренажера транспортного средства с тремя степенями свободы [патент RU по заявке на изобретение 2006110411/22 от 3.04.2006 г. МПК G09В 9/08 (2006.01)], содержащая неподвижное основание, лебедки и штоки линейных двигателей, шарнирно соединенные с подвижной платформой, установленным макетом кабины транспортного средства.

Система отличается тем, что в ней использованы размещенные на основании три направляющие с установленными на них подвижными штоками, перемещаемыми по вертикали лебедками, и на концах штоков установлены шарниры с тремя степенями свободы, соединенные с подвижной платформой. Система позволяет имитировать перемещение транспортного средства по пересеченной местности и соответствующие угловые ускорения, однако его применение для задач развития психофизических качеств у парашютистов ограничено.

Другим аналогом может служить тренажер для отработки прыжков с парашютом и способ применения тренажера [патент US 6929480 В2, 7 G09В 19/00, 16.08.2005 г.]. Тренажер имитирует условия окружающей среды и некоторые другие условия, связанные с покиданием парашютистом самолета, спуском на парашюте и приземлением. Тренажер содержит макет фюзеляжа самолета, привязь для поддержки парашютиста и два вентилятора для создания воздушного потока в открытом пространстве, где производится имитация прыжка. Имеются также датчики воздушной скорости и камеры для съемок парашютиста во время тренировок. Центральная контрольная установка контролирует работу тренажера в реальном масштабе времени. Известная система ориентирована в основном на совершенствование ранее приобретенных профессиональных навыков. Сложность эксплуатации и большая себестоимость тренажера ограничивают его применение обучения начинающих парашютистов.

В качестве аналога рассматривается тренажер для парашютной подготовки космонавтов [патент RU 2287860 C1, G09В 9/08 (2006.01), 25.04.2005 г.]. Тренажер содержит стартовое наземное оборудование, в состав которого включены мониторы, соединенные с персональным компьютером, первая наземная видеоустановка, вторая наземная видеоустановка, мультиплексоры, приемо-передающее устройство. Индивидуальное оборудование парашютиста размещено в шлеме космонавта и имеет дополнительно введенные каналы видеоаудиозаписи, каналы приема записи индивидуальных медицинских параметров, каналы приема данных о высоте, вертикальной скорости падения, каналы отображения на стеклах шлема логических схем. Индивидуальное оборудование парашютиста дополнено медицинским поясом, блоком памяти, микроконтроллером. На стекле шлема космонавта установлена система отображения информации, состоящая из бока отображения высоты, скорости и времени свободного падения, блока отображения и сигнализации опасной высоты, прицела, блока отображения черно-красной таблицы или другой логической задачи.

Применение тренажера позволяет обеспечить возможность оперативного сбора и обработки информации о психофизическом состоянии парашютиста непосредственно во время прыжка и выбрать систему тренинга, изменяющуюся во время полета. В целом тренажер предназначен для наземно-воздушного мониторинга по программе специальной парашютной подготовки космонавтов. Большие потенциальные возможности аппаратуры и автоматизированный режим сбора и обработки данных, безусловно, расширяют спектр задач обучения парашютистов. Однако пропускная способность известного тренажера ограничена, и его применение можно считать обоснованным исключительно в учебных центрах подготовки профессиональных летчиков и космонавтов.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является тренажер для отработки действий при управлении парапланом или парашютом [Тренажер для отработки действий при управлении парапланом или парашютом; заявка DE 10 2006 015344 А1; кл. G09В 9/08 (2006.01)].

Тренажер содержит стапель, на котором подвешено кресло пилота, при этом используются два троса с рукоятками, закрепленные на блочных устройствах. В состав тренажера введен блок управления с электрическим приводом, который воздействует на тросы, изменяет их натяжение, и таким образом имитирует поведение параплана или парашюта. В процессе такой имитации контрольный блок с приводом натягивают и отпускают трос.

Технический результат известного решения - повышение качества имитации условий приземления с парашютом и расширение числа учебных ситуаций за счет использования регулируемого электропривода.

Известное техническое решение в отличие от ранее рассмотренных аналогов обладает рядом положительных качеств, которые проявляются в возможности использования штатных стапелей с подвесными системами, которые традиционно применяются в процессе воздушно-десантной подготовки солдат. Другим достоинством известного технического решения является обеспечение вариативности условий спуска и приземления с парашютом при малых затратах на модернизацию оборудования.

Предлагаемая полезная модель решает задачу обучения начинающих парашютистов основам выполнения прыжков, включая привитие первичных навыков управления парашютом по командам или знакам инструктора, развитие психомоторных качеств и укрепление психологической готовности к выполнению прыжков с парашютом.

Новый технический результат достигается тем, что стапель подвесных систем заменен специальной конструкцией кресла парашютиста, которое имеет две степени свободы для системы «человек-парашют» относительно неподвижного основания: по углу крена и по углу рыскания. Человек-парашютист, который располагается в кресле тренажера, имеет возможность путем натяжения соответствующих строп парашютной системы управлять работой исполнительного электродвигателя силового электропривода, который осуществляет поворот по углу рыскания связанных между собой кресла и купола парашюта в заданном направлении вращения.

Тренажер обеспечивает имитацию процесса управления парашютом в двух режимах: а) в упрощенном режиме - качающаяся часть тренажера стабилизирована по крену относительно неподвижной платформы; б) в рабочем режиме - качающаяся часть тренажера развязана (по углу крена) в диапазоне углов ±12° относительно неподвижной платформы.

Электромеханический тренажер парашютиста предназначен для курсов подготовки парашютистов на базе учебных центров МЧС и МВД.

Электромеханический тренажер парашютиста может быть использован:

- для создания ситуаций, приближенных к реальным условиям управляемого спуска человека с парашютом;

- для выработки у начинающих парашютистов навыков ориентации в воздухе и управления парашютом при изменении направления ветра;

- для психомоторной тренировки парашютистов и развития психофизических качеств парашютиста на этапе предпрыжковой подготовки.

Электрическая часть тренажера содержит: трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором типа АИС 56 В4 УЗ с понижающим редуктором; управляемый блок электропитания и схему управления блоком электропитания.

На фиг.1 представлена схема функциональная электромеханического тренажера парашютиста.

Схема включает: управляемый блок питания 1; модуль управления реверсом электродвигателя 2; исполнительный электрический двигатель (трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором) 3; редуктор механический понижающий 4; кресло тренажера с парашютистом 5; штанга-держатель с гибким наконечником 6; имитатор парашюта с подвесной системой 7; качающаяся часть тренажера 8; неподвижная платформа 9; вращающаяся часть тренажера 10; амортизаторы пружинные 11; шарнирное крепление 12; фиксаторы положения качающейся части 13.

На фиг.2 изображена схема электрическая принципиальная тренажера.

На схеме выделены: двухпозиционные реле типа ТКД-233Д с тремя парами контактов SA1.1, SA1.2, SA1.1, SA1.3 и SA2.1, SA2.2, SA1.1, SA2.3 соответственно; концевые выключатели SA1 и SA2; понижающий трансформатор Т1, диодный мост VD1-VD4; полупроводниковые диоды VD5 и VD6; конденсатор С сглаживающего фильтра; вставки плавкие Пр1-Пр3.

На фиг.3 изображена конструкция модуля управления реверсом электродвигателя, который представляет собой штангу ручного управления.

На фиг.3 выделены: брус подвижный 1, брус неподвижный 2, скоба 3, ось поворотная 4, крюки 5 и 5', управляющие стропы 6 и 6', концевые выключатели SA1 - 7 и SA2 - 7', перекладина 8.

Штанга ручного управления состоит из двух деревянных брусков 1 и 2, соединенных между собой скобой 3. Брус 1 имеет возможность вращаться относительно оси 4. Крюки 5 и 5' обеспечивают крепление штанги к перекладине. Вращение верхнего бруса 1 производится обучаемым в результате натяжения левой или правой стропы управления. При этом происходит замыкание переключателей 7 или 7'. Переключатели подают напряжение питания на управляющие обмотки контакторов SA1 или SA2. Последние подключают фазы статорной обмотки асинхронного электродвигателя к источнику 3-хфазного напряжения. В модуле управления использован способ управления реверсом двигателя за счет изменения направления вращения магнитного поля статора. Это достигается путем изменения вектора обхода фаз трехфазной сети синусоидального тока.

На фиг.4 показан фрагмент конструкции механической части тренажера с одной степенью подвижности (по углу крена).

Механическая часть содержит: неподвижную платформу 1; качающуюся часть тренажера 2; штангу-держатель 3; гибкий наконечник штанги-держателя 4; кресло парашютиста 5; жесткий, например, проволочный каркас 6; регулируемый упор-фиксатор 7 качающейся части; шарнирное соединение 8; пружинные амортизаторы 9.

Порядок использования предлагаемого тренажера состоит в следующем. После закрепления обучаемого в подвесной системе инструктор с помощью дистанционного устройства задает направление ветра. Обучаемый в зависимости от заданного направления ветра подтягивает соответствующую стропу так, чтобы развернуть парашют (вместе с креслом) в заданном направлении (лицом к ветру), т.е. его действия имитируют поведение в реальной обстановке.

В отличие от механических тренажеров, предлагаемый электромеханический тренажер (ЭМТ) имеет простую электрическую и механическую части. Как показала опытная эксплуатация, тренажер отличается высокой надежностью, обладает высокими эргономическими характеристиками и удобен при обучении.

Электромеханический тренажер парашютиста предназначен преимущественно для курсов подготовки парашютистов на базе учебных центров МЧС и МВД.

Источники информации:

1. Система подвижности тренажера транспортного средства с тремя степенями свободы. Патент RU по заявке на изобретение 2006110411/22 от 3.04.2006 г. МПК G09В 9/08 (2006.01).

2. Патент US 6929480 B2. Тренажер для отработки прыжков с парашютом и способ применения тренажера. 7 G09В 19/00 16.08.2005.

3. Патент RU 2287860 C1. Тренажер для парашютной подготовки космонавтов. G09В 9/08 (2006.01), 25.04.2005 г.

4. Заявка DE 10 2006 015344 A1 2007/10/04. Тренажер для отработки действий при управлении парапланом или парашютом (прототип). G09В 9/08, 2006.01.

4. Шибанов Г.П. Эксплуатация и безопасность парашютных систем./ Г.П.Шибанов. - М.: Машиностроение, 2005. - 288 с. ISBN 5-217-03303-7.

5. Руководство по воздушно-десантной подготовке (РВДП-79). - М.: Воениздат,1980. - 215 с.

1. Электромеханический тренажер парашютиста, содержащий блок электропитания, электрический двигатель с редуктором, кресло парашютиста, имитатор парашюта с подвесной системой, неподвижную платформу, отличающийся тем, что в состав тренажера дополнительно введены модуль управления реверсом электродвигателя, штанга-держатель с гибким наконечником, на котором закреплен жесткий каркас для размещения стабилизирующего парашюта и подвесной системы, при этом модуль управления реверсом выполнен в виде штанги ручного управления, которая закрепляется на гибком наконечнике штанги-держателя перпендикулярно ее продольной оси, электрический выход модуля управления реверсом подключен к управляющему входу блока электропитания, электрический двигатель с редуктором размещены на качающейся части тренажера, а кресло парашютиста и штанга-держатель жестко связаны между собой, размещены на вращающейся платформе и через редуктор подключены к ведущему валу электрического двигателя.

2. Электромеханический тренажер парашютиста по п.1, отличающийся тем, что штанга ручного управления содержит подвижный и неподвижный бруски, соединенные между собой скобой таким образом, что подвижный брусок имеет возможность вращаться относительно оси, управляющие стропы, перекладину, крюки и, по меньшей мере, два концевых выключателя, нормально разомкнутые контакты которых включены в управляющие цепи двухпозиционных контакторов блока электропитания электродвигателя.

3. Электромеханический тренажер парашютиста по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что вращающаяся платформа размещена на качающейся части тренажера, которая связана через шарнирное соединение с неподвижной платформой и имеет возможность менять угол крена в зависимости от положения центра тяжести парашютиста, а также тем, что для балансировки качающейся части тренажера дополнительно введены амортизаторы пружинные и регулируемые фиксаторы качающейся части.