DCS: Black Shark 2

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DCS: Black Shark 2 est une simulation de l’hélicoptère d’attaque Russe Ka-50 et le second module arrivé dans la série Digital Combat Simulator. DCS: Black Shark 2 est une version largement améliorée du DCS: Black Shark original stand alone et apporte de nombreuses nouveautés ainsi que l'intégration à DCS World.

Le Ka-50 « Black Shark » est un hélicoptère d’attaque monoplace Russe unique et redoutable qui a combattu dans le nord du Caucase. Il combine un rotor contrarotatif haute performance à une charge offensive composée de missiles , de roquettes, de bombes et d’un canon de 30mm. Le Ka-50 dispose également d'un siège éjectable ce qui est unique dans monde des voilures tournantes.

Aperçu de DCS: Black Shark 2

DCS: Black Shark 2 est un jeu PC basé sur l’hélicoptère d’attaque Russe Ka-50 et le premier titre de la nouvelle série de simulateurs de chez Eagle Dynamics et The Fighter Collection : Digital Combat Simulator (DCS). Dans la plus pure tradition d’excellence d’Eagle Dynamics, DCS: Black Shark apporte une expérience de simulation encore plus réaliste que son prédécesseur LockOn: Flaming Cliffs.

DCS: Ka-50 Black Shark offre un niveau de réalisme inégalé tant au niveau de la dynamique de vol que dans la modélisation des instruments, de l’avionique et des systèmes d’armes. L’intelligence artificielle des véhicules terrestres et des hélicoptères a été grandement améliorée ainsi que la modélisation des armes. Un nouvel éditeur de missions inclue un puissant système cartographique qui permet à l’utilisateur de facilement créer missions et campagnes. Un nouveau système de campagnes déplace la ligne de front de la zone de combat vers l’avant ou l’arrière en fonction du succès ou de l’échec de votre mission. Grâce à la flexibilité du système de DCS, de nouveaux avions et hélicoptères peuvent être ajoutés.

Modélisation des systèmes du Ka-50

Le modèle de vol et les systèmes du Ka-50 ont été implémentés de la façon suivante :

Modélisation de la dynamique d’un hélicoptère

Forces and moments applied to helicopter model
X, Y, Z – axes de référence
V – vecteur vitesse
Fmg – gravité
FFUZ – force aérodynamique sur le fuselage
FRW – force aérodynamique sur l’aile droite
FLW – force aérodynamique sur l’aile gauche
FRS – force aérodynamique sur le stabilisateur droit
FLS – force aérodynamique sur le stabilisateur gauche
FF – force aérodynamique sur le stabilisateur vertical
F1BL1 ... F6BL1 – forces résultantes des pales
T – force de traction résultante des rotors, T = ∑1616FiBLj

Les équations de la dynamique des solides ont été utilisées pour calculer la trajectoire de vol de l’hélicoptère. En résumé, cela signifie que toutes les forces externes et les moments sont utilisés pour calculer en 3D la position et l'orientation de l’objet dans l’espace.

Les propriétés aérodynamiques de la cellule du Ka-50 sont dérivées des paramètres de ses sous-éléments: fuselage, ailes, queue et train d’atterrissage. Chacun de ces éléments possède sa propre orientation par rapport au système de coordonnées locale de la cellule et a ses propres caractéristiques aérodynamiques. Chaque sous-élément est calculé par des diagrammes de coefficients portance/traînée indépendants, le niveau des dommages influe sur les propriétés de portance, la position du centre de gravité (CG) et les caractéristiques inertielles. Les forces agissant sur chaque sous-élément de la cellule sont calculées séparément dans leur propre système de coordonnées en prenant en compte la vitesse air locale du sous-élément concerné.

Les contacts avec le sol et les objets externes sont modélisés sur la base du système de points de contact rigides.

Train d’atterrissage

Le train d’atterrissage est modélisé par éléments, chacun comprenant une jambe, une roue et un amortisseur. La roulette de nez s’oriente en fonction des forces extérieures qu'elle subit. Une telle modélisation permet de simuler des comportements réalistes tels que l’effet de ‘shimmy’ à haute vitesse. Rentrer ou sortir les trains d’atterrissage peut entraîner le repositionnement du centre de gravité. En modélisant le fonctionnement du train d’atterrissage et ses propriétés cinématiques , les forces externes et hydrauliques sont toutes prises en compte. Le résultat est un comportement réaliste dans toutes les conditions.

Modélisation des dommages

Ka-50 damages in the game

Le modèle des dommages est basé sur les forces aérodynamique et de contact rigide si applicable. Les dommages sur les composants de la cellule, train d’atterrissage, roues, capteurs et systèmes sont tous pris en compte. Tout dommage affectera les propriétés physiques et fonctionnelles de l’hélicoptère et repositionnera son centre de gravité.

Modélisation du rotor

Le modèle du rotor du Ka-50 Black Shark est révolutionnaire dans le monde des simulateurs d’hélicoptères. Il est basé sur un modèle commun pour chaque pale avec son propre mouvement complexe par rapport à l’axe de rotation du rotor, aussi bien en vertical (flapping) qu'en horizontal (trailing). Chaque pale est composée de plusieurs éléments, chacun ayant son propre vecteur vitesse basé sur son orientation, sa torsion et sa vitesse induite pour une section de rotor donnée. La vitesse induite est calculée en résolvant des équations basées sur l’application simultanée du théorème de conservation des moments et de la méthode des éléments de pale. Ceci permet de simuler un comportement dynamique naturel de l’hélicoptère tel que : déformation conique du rotor en vol, oscillations en stationnaire avec le manche fixe, mouvement du cyclique augmentant en fonction de la vitesse air, excès de puissance disponible après la transition du stationnaire vers le vol horizontal (ETL), effet de sol (sur des surfaces inclinées ou près d’objets au sol), phénomène d'anneaux  vortex, décrochage des pales, collision entre pales. Dans le cas de l'endommagement d’une des pales, la dynamique correspondante est modélisée et intégrée au modèle global du rotor.

Groupe motopropulseur

Engines and power train
  1. Démarreur moteur droit.
  2. Moteur droit TV3-117VMA.
  3. Boîte de transmission principale.
  4. Moteur gauche TV3-117VMA.
  5. Démarreur moteur gauche.
  6. Boîte de transmission intermédiaire.
  1. APU (unité de puissance auxiliaire).
  2. Conduite de prélèvement d’air de l’APU.
  3. Générateur droit.
  4. Entraînement de la turbine.
  5. Générateur gauche.
  6. Arbre d'entraînement d’entrée.

Le groupe motopropulseur du Ka-50 est composé d’une boîte de transmission avec des embrayages roue libre, deux turbomoteurs TV3-117VMA avec régulateurs électroniques, une unité de puissance auxiliaire et un turbo réducteur.

Pour la première fois dans l’histoire de la simulation de vol, la modélisation du groupe motopropulseur est basée sur le modèle physique détaillé d’un turbomoteur avec son système de composants : entrée d’air, chambre de combustion, turbine haute pression et turbine d'entraînement avec son échappement.

Ce modèle correspond au vrai moteur dans tous les modes opératoires en termes de puissance délivrée, d’accélération, de régime du compresseur, de température de sortie des gaz (EGT) et de consommation de carburant, par rapport à la température ambiante et la pression atmosphérique. Le fonctionnement des vannes de prélèvement d’air est modélisée pour le compresseur et son système anti décrochage, le système de dégivrage et le système anti sable. En réduisant le flux d’air au travers du moteur, ces fonctions augmentent l’EGT et diminuent la puissance disponible au décollage. La dégradation des paramètres des composants, le dépassement des limites opérationnelles lors des décollages, les modes de puissance d’urgence ou de perte de puissance avec dépassement des limites EGT sont implémentés dans la modélisation de la durée de vie du moteur.

TV3-117 engine
P,T – Pression et Température pour les profils indiqués.
  1. Compresseur.
  2. Arbre du compresseur.
  3. Chambre de combustion annulaire.
  1. Turbine du compresseur.
  2. Turbine libre.
  3. Diffuseur.
  4. Arbre de puissance.

L’étouffement du compresseur dû au givrage de l'entrée d'air est modélisé et entraîne une perte de puissance, l’augmentation de l’EGT, le décrochage du compresseur et l’extinction du moteur qui est modélisée en calculant le ratio air-carburant dans la chambre de combustion.

Le système de contrôle moteur, comme dans la réalité, est compose d’un régulateur de régime du turbocompresseur (générateur de gaz-GG), d’un régulateur de régime de la turbine de travail, d’un démarreur et accélérateur automatique, d'un régulateur électronique du moteur (EEG) qui limite l’EGT max et surveille/limite le régime de la turbine de travail. A part le contrôle direct du moteur, le système gère aussi le cycle de démarrage de l’unité de puissance auxiliaire (APU), des moteurs et des turbines de puissance, les équipements de test sur le moteur et les contrôles comme le faux démarrage, la ventilation, les tests EEG, le réajustement du régulateur de vitesse de la turbine de puissance et beaucoup d’autres choses.

Le système hydraulique

Le système hydraulique comporte toutes les servocommandes, accumulateurs, réservoirs et pompes de gavage. Comme dans le système réel, il est divisé en système principal et système des servitudes, chacun possède ses propres conduites, pompes et actionneurs. Dans la modélisation de la servocommande, le déplacement de la tige en fonction de la pression hydraulique (et de la position de la vanne) est prise en compte ainsi que d’autres facteurs externes comme le moment de l'articulation, la réaction du support... etc. La pression du système est déterminée par la charge dans l’accumulateur en fonction du débit de la pompe, de la consommation des charges et des fuites résultant de dommages.

Le système carburant

Fuel System diagram
  1. Pompe. Une par réservoir.
  2. Mano-contact. Un par réservoir.
  3. Clapet anti-retour.
  4. Vanne à flotteur.
  5. Dalot. Pour les réservoirs avant et arrière.
  1. Jauge de carburant. Pour les réservoirs avant et arrière.
  2. Vanne d’arrêt du moteur gauche.
  3. Vanne d’intercommunication.
  4. Vanne d’arrêt du moteur droit.
  5. Dérivation du clapet anti-retour.
  6. Vanne d’arrêt de l’APU.

Le système de carburant de l’hélicoptère comprend les réservoirs, les conduites, les pompes et les vannes. La consommation de carburant change la position du centre de masse y compris pour les limites de fonctionnement autorisées. Le système de carburant est entièrement contrôlé depuis le cockpit par le pilote.

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