Bidirectional G-Seat. Development of a G-Seat for aircraft simulation purpose

In this document, the design, development, realization process and test of a G-Seat will be presented both from a hardware and software point of view. This work has as its main goal the realization of a prototype of the G-Seat presented in the patent in appendix A. The G-Seat is a device made to be implemented on existing simulators to improve the simulation experience: it normally happens that, while the visual, tactile and auditive sensations are reproduced with high accuracy, movements and accelerations acting on the body are neglected. This is usually due to the high costs of the needed products compared to their contribution to the simulation. The device under investigation aims at reproducing those perceptions by limiting the costs also from a power consumption point of view and to increase the realism of the simulation experience far more than the comparable products on the market by giving huge control of the motion response to the pilot during the simulation itself. The structure (which include the working principle), the electronic architecture and the user interface will be described in details. The document will also be focused on the connection with the simulator, to underline the versatility of the product with different software: a real-time data stream from an existing and generic machine, properly transformed and converted is what feeds the G-Seat and it can be obtained with a quick initial con guration. Performances will be evaluated and compared with products available on the market. The G-Seat here described was invented in Politecnico di Milano as a space engineering master thesis. It was built and tested at the University of Dayton, Ohio (USA), where the availability of an aircraft simulator with an embedded motion system represented an extremely important source to have a realistic data stream of the signi cant parameters and to be able to make comparisons in the performances and in the motion perception simulation. Differently from other existing similar product, the one under investigation is thought to fit the simulation of a wide range of aircraft, to be used by engineers for the development and test of new aircraft models and to train new pilots. The possibility to change the behavior of the seat on the go is thus a key factor to reach the highest level of realism in the shortest amount of time.

In questo documento si intende presentare progettazione, sviluppo, realizzazione e assemblaggio di un G-Seat sia da un punto di vista hardware che software. Il lavoro ha avuto come principale obiettivo la realizzazione di un primo prototipo di quanto presentato nel brevetto in appendice A. Per G-Seat si intende un dispositivo da aggiungere a simulatori esistenti per migliorare l’esperienza di simulazione: normalmente infatti accade che, mentre le percezioni visive, tattili e uditive sono ricreate in modo molto accurato, movimenti e accelerazioni che agiscono sul corpo siano trascurate. Questo accade a cause dei costi molti alti dei prodotti necessari a fronte di un contributo alla simulazione decisamente inferiore. Il dispositivo in esame si pone l’obiettivo di riprodurre tali percezioni, limitando i costi anche in termini di potenza richiesta e di incrementare la qualità della simulazione molto più di quanto le soluzioni esistenti siano in grado di fare dando inoltre grande controllo al pilota sul movimento durante la simulazione. La struttura (che include il principio di funzionamento innovativo), l’architettura elettronica a l’interfaccia grafica saranno descritte in dettaglio. Il documento di focalizzerà anche sulla connessione con il simulatore, al fine di dimostrare la versatilità del prodotto nell’interfacciarsi con software differenti: uno streaming di dati in tempo reale sarà quindi ricevuto da una macchina generica e trasformato opportunamente per essere inviato al G-Seat in un formato standard e ottenuto tramite una rapida configurazione. Saranno inoltre valutate le prestazioni del prodotto e confrontate con soluzioni simili esistenti sul mercato. Il G-Seat qui presentato è stato inventato presso il Politecnico di Milano come tesi magistrale in space engineering e costruito presso la University of Dayton, Ohio (USA), dove la disponibilità di un simulatore di volo con sistema di movimento già integrato ha fornito una fonte sostanziale per lo studio del movimento. A differenza di altri prodotti simili infine, si sottolinea che quello in esame è pensato per la simulazione di una grande varietà di velivoli, per assistere gli ingegneri nello sviluppo e test di nuovi prodotti e per l’addestramento di piloti. La possibilità di modificare la risposta del sedile durante la simulazione ricopre quindi un ruolo fondamentale per raggiungere il livello di realismo più alto possibile nel minor tempo.