Simulateur de vol - Définition

Constitution d'un simulateur de vol

Un simulateur de vol comporte trois éléments essentiels : un calculateur numérique et un « ensemble matériel » permettant au pilote d'une part, d'introduire des commandes et, d'autre part, de percevoir les réactions de l'aéronef.

Commandes

Les commandes mises à la disposition du pilote sont aussi identiques que possibles à celles de l'aéronef réel. Certains simulateurs sont même construits en utilisant des éléments réels, voire une cabine découpée sur un prototype ou une maquette.

Les instructeurs disposent de commandes supplémentaires permettant de faire varier les paramètres du vol.

Modèle

L'aéronef est représenté par un modèle numérique, les équations de l'aérodynamique. À partir d'un état donné, l'ordinateur calcule :

• la position : coordonnées et altitude ;
• l'attitude : position par rapport à l'horizon ;
• le vecteur vitesse : déplacement par rapport au sol, taux de montée ;
• d'autres éléments liés à l'avion : paramètres moteur par exemple.

Ces variables sont calculées avec une période typiquement de l'ordre du dixième de seconde pour des avions à évolutions normales. Il peut être nécessaire de raccourcir cette période pour les avions tels que les chasseurs ou intercepteurs qui effectuent des manœuvres brutales. Le calculateur doit être capable d'effectuer tous ces calculs dans un temps inférieur à celui de la période de référence : il travaille en « temps réel ».

Les calculateurs capables de réaliser les fonctions ci-dessus existent depuis les années 1970.

Restitution de l'environnement

C'est la partie la plus difficile à réaliser et la plus gourmande en capacité mémoire et en puissance de calcul. Il s'agit de reconstituer le plus fidèlement possible tout ou partie de ce que ressent le pilote :

• visuellement : affichage des instruments de bord (indispensable), vue du sol (indispensable pour les phases du vol telle que l'atterrissage, moins utile pour le vol aux instruments), environnement (éblouissement par le soleil).
• Procédés de restitution visuelle
  • projection : un écran est placé en face du cockpit et une vue du sol y est projeté. Ce système est aussi utilisé pour les simulateurs de combat aérien et nécessite un écran sphérique 360°.
  • système collimaté : la restitution visuelle de l'environnement est faite en utilisant des moniteurs dont l'image est vue par l'intermédiaire d'un miroir sphérique. L'image de la scène nécessite alors une accommodation proche de celle nécessaire en réalité.
  • casque
• physiquement : les impressions physiques ressenties par le pilote sont liés à l'assiette de l'aéronef, aux accélérations (centripète en particulier), aux efforts sur les commandes.

Simulateur civil avec plateforme mobile à 6 degrés de liberté

• Procédés de restitution physique
  • Contrairement à une idée reçue, la plateforme mobile ne sert pas à simuler l'attitude de l'aéronef mais à créer artificiellement des composantes de la pesanteur pour induire différentes directions d'accélérations ressenties par le pilote durant le pilotage : d'où la notion de facteur d'échelle car l'accélération restituée n'est qu'un pourcentage de l'accélération effective en situation réelle.
  • Compte tenu des limites (course et vitesse) que présentent les actionneurs d'une plate-forme mobile (par exemple hexapode à 6 degrés de liberté), on utilise les caractéristiques du système vestibulaire humain pour donner au pilote l’illusion de se mouvoir dans un espace infini. D'autres systèmes comme des combinaisons ou des coussins gonflables sont censés simuler les sensations d'écrasement.
  • Les efforts sur les commandes (manche et palonnier) sont restitués grâce à des moteurs et des freins.
• auditivement : restitution des bruits d'environnement.

Les calculateurs capables de réaliser ces fonctions doivent disposer :

• d'une quantité de mémoire de stockage importante pour conserver les données relatives au terrain survolé. La quantité de données est directement proportionnelle à la surface numérisée mais le facteur principal est celui lié à l'altitude : le niveau de détail nécessaire est bien plus important en vol très basse altitude ou autour d'un aéroport que pour la partie croisière à haute altitude.
• d'une capacité de calcul très élevée pour pouvoir élaborer une vue du sol à partir de la base de données de terrain. Le réalisme coûte très cher : vue du sol, vue des infrastructures, éclairage du soleil, ombres, etc.