2. Возможные решения задачи построения системы расчетных случаев для проектирования тренажеров и обучения пилотированию в «штатных», «нештатных»

И ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ

Важнейшим моментом, подлежащим учету при формировании облика тренажеров, и в частности при построении для них систе- мы PC, является направленность обучения пилотов пилотированию в «штатных», «нештатных» и экстремальных условиях.

Эта направленность определяется целями обучения (гл. 1 разд. 1.7), характерными особенностями пилотирования современных са- молетов (гл. 2 разд. 2.3 и 2.4), требованиями эргономического обеспечения безопасности, условиями интенсификации подготовки экипажей.

Система PCдля тренажеров должна практически воплощать неоднократно упоминавшийся принцип: «учить только тому, что нужно знать».

Содержание этого принципа во многом не очевидно и допускает несколько различных трактовок не только применительно к «нештат- ным» ситуациям, в особенности —к экстремальным условиям, но даже к режимам нормального полета.

Попытаемся вначале определить, как лучше сжать многомер- ное размытое подмножество условий, характерных для плановых полетов*, осуществляемых во всей области ОУЭ при нормальном функционировании систем ЛА. Обозначим его как (N_0УЭ)_шт. Оно охватывает возможные варианты условий «штатного» применения рассматриваемого ЛА в процессе длительной эксплуатации.

Можно представить себе несколько путей решения задачи выбора различающихся типовых ситуаций нормального полета, обозначае- мых «штатными» расчетными случаями (РС)_ШТ и образующих иско- мое подмножество (N_PC)_шт.

Один из путей, отражающий, если можно так выразиться, крайнее мнение в вопросе сжатия информации, предлагает при- менительно к «штатным» режимам ввести единственный обобщен- ныйPC, соответствующий нормальным (средним) условиям. Оши- бочность такого подхода очевидна. У современных ЛА нет одной универсальной программы для «штатных» режимов. «Штатные» режимы охватывают очень широкий диапазон изменения эксплуа- тационных и атмосферных факторов и параметров. Вариации этих факторов требуют адекватного изменения параметров пилотирова- ния, о чем подробно говорилось в гл. 2. Цели подготовки и пере- подготовки экипажей с помощью КАТ применительно к «штатным» условиям заключаются не только в выработке навыков точного исполнения серии программ пилотирования, предписанных в РЛЭ для нормальных (средних или простых) условий. Очень важно обу- чить пилотов правильно действовать в сложных метеоусловиях (СМУ), при плохой видимости, ночью. Ведь в этих случаях, также являющихся «штатными», необходимо пилотировать ЛА по прибо- рам, кардинально изменив схему восприятия и обработки внешней информации. При директорном пилотировании в СМУ пилот дол- жен подсознательно осуществлять контроль за движением ЛА также по приборам. Это же относится к автоматическому управлению с помощью САУ.

Не менее важно научить пилотов пилотировать ЛА при разбеге и пробеге на мокрых, скользких и обледенелых ВПП, при боковом ветре и в СМУ, своевременно принимать решение об уходе на вто- рой круг.

* Эта совокупность может называться подмножеством, поскольку является частью полного множества факторов и параметров, соответствующих как «штатным», так и «нештатным» и экстремальным условиям полета.

Существенное отклонение температуры атмосферы, так же как изменение массы, заметным образом изменяют Маневренные свой- ства ЛА, а отклонения центровки — характеристики устойчивости и управляемости. Все эти колебания параметров в большей или меньшей мере отражаются на характеристиках пилотирования. Поэтому они должны быть учтены при обучении'пилотов, а следо- вательно должны правильно имитироваться в AT.

Этот же тезис, хотя и в ироническом стиле*, высказан в [39]... «С помощью имеющихся навигационных, электронных, измеритель- ных и автоматизированных систем с обратной связью можно «обу- чить» экипаж (включающий даже шимпанзе) реагировать на запро- граммированные стимулы и фактически «пилотировать» современный реактивный самолет «от берега до берега», или выполнять полет, включающий запуск двигателей, руление, взлет, набор высоты, полет на крейсерском режиме, снижение, посадку... Все это может быть обеспечено с помощью подготовки. Однако такой экипаж не может быть «подготовлен» для того, чтобы уйти на второй круг».

Стереотип пилотирования по программам нормального, планового полета должен включать подсознательную, быструю и адекватную реакцию пилота на случайное изменение перечисленных ранее характеристик. Эта реакция должна быть автоматически рефлек- торной, а ее вариабельность должна быть минимальной. Тренажеры должны обеспечивать формирование таких навыков. Вместе в тем нерационально вводить в КАТ большое число PC, соответствую- щих мелким градациям и сочетаниям атмосферных и эксплуата- ционных факторов для «штатных» условий полета (это отражает другой крайний взгляд на облик КАТ). Во-первых, это нарушит принцип сжатия исходного множества (N_ОУЭ)_шт. Во-вторых, практика показывает, что реализация большого числа мало отличающихся «штатных» PCбудет совершенно излишней работой, сильно повысит затраты труда на получение исходных данных, удлинит цикл созда- ния КАТ. Наконец, в-третьих, мелкие ступени изменения парамет- ров зачастую не воспринимаются пилотом, а инструкторы и методис- ты не сумеют воспользоваться всеми этими случаями из-за огра- ниченности времени обучения.

Если отвлечься от задачи обучения навыкам выполнения про- цедур взлета—посадки в конкретных аэропортах, то наиболее рацио- нальной должна явиться компромиссная схема формирования подмножества (N_РС)_ШТ, предусматривающая применение для «штат- ных» режимов небольшого числа «гибких» PC(сценариев). Под «гибкостью» понимается возможность быстрого варьирования ин- структором тех или иных условий или факторов в пределах исходного PC.

Сущность этой схемы сводится к следующему. В первом PC воспроизводятся номинальные условия полета. Здесь же должна быть предусмотрена возможность имитации нескольких дискретных профилей температуры, ветра и других атмосферных условий, со- ответствующих полетам в определенных климатических районах или

погодных условиях. Например полет в «жаркий» или «холодный» день, полет «при инверсии температуры», при «сильном ветре» и т. п. Точно так же должны воспроизводиться дискретные значения массы ЛА — от предельно допустимой до минимальной. Аналогич- но задается несколько центровок от предельно передней до мини- мально допустимой задней. Указанные варианты атмосферных и эксплуатационных условий должны практически заполнить соответ- ствующий диапазон «штатных» ОУЭ. Соответственно должны быть воспроизведены в АТ имитационные модели учета варьирования этих факторов.

Два — три PCдолжны воспроизводить изменения условий види- мости от полетов в простых метеоусловиях днем и ночью, с хорошей видимостью до СМУ (плохая видимость, туман и т. п.).

В связи с существенным влиянием характеристик ВПП на устой- чивость и управляемость движения ЛА при разбеге и пробеге следует предусмотреть четыре различных градации «приземных» условий, а именно, взлет и посадку: на сухую ВПП; на мокрую ВПП; на скользкую ВПП; на ВПП, покрытую слякотью.

Инструктор должен иметь возможность выбора любых сочета- ний дискретных вариантов и условий «штатного» полета друг с дру- гом. Целесообразно предусмотреть также возможность случайного (не зависящего от инструктора или пилота) изменения определен- ных параметров.

Рассмотрим теперь вопрос обучения эффективному пилотиро- ванию в «нештатных» ситуациях и, соответственно, воспроизве- дения необходимых условий в КАТ.

Можно представить полное множество ситуаций, условий и фак- торов, воспроизводимых в КАТ, в виде суммы двух подмножеств, одно из которых относится к «штатным» режимам, другое — к «не- штатным» ситуациям:

(3.2)

где{N_Р|}_ншт — подмножество PC, воспроизводящих различные исход- ные причины ОС.

Прежде чем наметить пути формирования подмножества {N_РС}_ншт необходимо определить, на что, применительно к «нештат- ным» ситуациям, должно быть ориентировано обучение с помощью КАТ. Анализ публикаций показывает, что здесь также наблюдает- ся большое расхождение в подходах. Особенно сильные отличия имеют место при оценке возможности обучения действиям в экс- тремальных условиях.

Имеющиеся в настоящее время взгляды на обучение пилотиро- ванию в сложных и аварийных ОС можно свести к трем направ- лениям. Специалисты, чьи мнения можно причислить к первому направлению, считают, что с помощью тренажеров у пилотов, а также

других членов экипажа необходимо развить способность принимать правильные (и даже близкие к оптимальным) решения в условиях многих альтернатив, при отсутствии предписанных указаний, а затем четко реализовать эти решения. Иными словами, необходимо путем специально организованных тренировок на КАТ научить пилота, принимая решение, не только правильно оценивать обстановку и ус- танавливать сущность возникшей ОС, но и самостоятельно, эврис- тически строить для конкретно сложившихся условий оптималь- ную (или достаточно близкую к ней) программу, обеспечивающую надежный выход из создавшегося положения.

Разбирая возможную для данного направления схему действия, легко выделить шесть ее составных частей (задач), которые пи- лот обязан был бы последовательно выполнить при возникнове- нии реальной или ложной исходной причины ОС:

1. установить факт возникновения предпосылки ОС;

2. идентифицировать возникшую предпосылку, определить функ- циональный отказ (отказы) или характер внешнего возмущения;

3. самостоятельно построить (а не извлечь из памяти) опти- мальную программу парирования отказов или сильных возмущений;

4. четко реализовать эту программу с помощью необходимых дискретных и непрерывных программ;

5. повторить перечисленные действия для посадки с неустранен- ным отказом;

6. завершить полет и выполнить посадку.

Оценим правомерность постановки перечисленных задач с точки зрения обучения. Необходимость принятия двух первых в качестве важнейших элементов обучения на КАТ не вызывает сомнения. О них говорилось в гл. 2. Их включение в программу обучения и, следовательно, реализация необходимых условий в программе созда- ния КАТ, является вполне закономерным. Это подтверждается многочисленными материалами, приведенными в предыдущей главе. Однако для практического осуществления этих задач необходимо, в свою очередь, разработать специальную методику обучения рас- познаванию и идентификации функциональных отказов, пожаров или внешних возмущений. Поскольку в данном случае не предпола- гается наличия каких-либо предписанных указаний, возникают большие затруднения с созданием такой методики. Таким образом, с самых первых шагов реализации данного алгоритма заметны серьезные трудности по обучению эвристическим методам распозна- вания и идентификации «обстановок».

Что же касается третьей задачи, являющейся, по существу, ключевой для рассматриваемого направления, то ее постановка представляется ошибочной в принципе: нельзя требовать от среднего линейного пилота, даже обладающего высоким классом, эвристи- ческого нахождения оптимальных программ пилотирования для всех предпосылок ОС на основе знаний, опыта и интуиции, если эти про- граммы «заранее не предписаны», т. е. не указаны в РЛЭ.

Отдельные выдающиеся пилоты, число которых очень невелико, способны на основе интуиции, накопленного опыта и специаль- ной подготовки, выполняемой по собственной программе, принимать в аварийной обстановке единственно правильное решение. Двух таких решений, как правило, не бывает, а единственно правильное решение является и оптимальным. Известны случаи, когда эти реше- ния принимаются за исключительно короткое время.

Однако для массового обучения пилотов и других членов экипа- жей (например, бортовых инженеров или вторых пилотов) такой подход совершенно неприемлем. Нереально ориентироваться здесь и на профессиональный отбор, так как ужесточение отбора может привести к значительному и неоправданному сокращению принимае- мого контингента.

Развитие авиации направлено на устранение неопределенностей при возникновении ОС и их предпосылок. Достигается это путем создания системы «предписанных указаний», оформленных в РЛЭ и включенных затем в программу подготовки. Нельзя забывать, что при сертификации ЛА как раз и проверяется правильность и достаточность программ, содержащихся в РЛЭ. Наконец, без пред- писанных процедур нельзя по-настоящему организовать обучение экипажей: содержание обучения являлось бы совершенно расплыв- чатой категорией, что делало бы невозможным получение каких- либо положительных результатов.

Из сказанного следует, что решение четвертой задачи приме- нительно к данному направлению не только неправомерно, но и нереализуемо. Нельзя четко выполнить расплывчатую программу пилотирования, выбираемую исходя из расплывчатых же алгоритмов.

Пятая задача также содержит эвристические моменты, вызываю- щие определенные возражения.

Точка зрения представителей второго направления сводится к следующему утверждению: в силу большого числа ограничений и технических трудностей при создании тренажеров, а также из-за неопределенности возникновения самих ОС, нельзя в наземных ус- ловиях, на имитационном техническом средстве обучить пилота правильно распознавать многие проявления ОС и правильно дей- ствовать по парированию возмущений от функциональных отказов или внешних воздействий. Этому, мол, можно научиться только в полетах. Кроме того, в реальных ОС возникает стрессовая обста- новка, которая в наземных условиях при имитированных полетах на тренажере отсутствует.

Сторонники указанных тезисов не учитывают того, что в полетах на реальном ЛА значительно труднее, а главное опасно, имитиро- вать многочисленные ОС. Хотя при сертификационных испытаниях это делается в обязательном порядке, такие эксперименты, прово- димые в условиях, максимально приближенных к реальным, являются уникальными. Использовать методику имитации в полете многих от- казов и внешних воздействий, которая была разработана приме- нительно к сертификационным испытаниям, для массовою обучения

нецелесообразно и невозможно. Кроме того, эта методика рассчи- тана на правильное и точное пилотирование. При обучении же весьма возможны грубые ошибки, которые в полете наверняка приведут к аварии или катастрофе. С другой стороны, совре- менные средства имитации визуальной обстановки, акселерацион- ного воздействия, акустического фона и т. п. позволяют с большой адекватностью воспроизводить реальные условия предпосылок ОС, если только действующие факторы определены с необходимой сте- пенью достоверности. Поэтому второе направление также является ошибочным, технически не прогрессивным.

Согласно третьей точке зрения (ее придерживаются и авторы настоящей книги), существуют все основания считать, что с по- мощью тренажеров, созданных на основе системно-эргономического подхода, последних достижений науки и техники, а также специаль- но разработанных методов интенсивной подготовки можно обеспе- чить эффективное обучение пилотированию во всех ОС, практически возможных в течение цикла эксплуатации ЛА. При этом, в отли- чие от первого направления, процесс обучения должен быть ориен- тирован на развитие у пилотов и бортинженеров способности быстрого и безошибочного выбора соответствующей программы па- рирования функциональных отказов или других предпосылок ОС из числа указанных в РЛЭ и запомненных в результате специальных тренировок. Таким образом, программы не должны строиться пило- том (бортинженером) самостоятельно, эвристически. Они должны вытекать из знаний и, следовательно, извлекаться из памяти, ис- ходя из поступающей к оператору инструментальной и неинструмен- тальной информации.

Хорошо известно, что наличие четких указаний в РЛЭ, притом проверенных при сертификации ВС, само по себе не гаранти- рует их правильного исполнения оператором при возникновении ОС. Многолетний опыт эксплуатации ВС различного типа и статис- тика ЛП свидетельствуют как раз об обратном. Только серьез- ное, кропотливое обучение летного состава этим правилам и их строгое и точное применение в соответствующих случаях может обеспечить существенное снижение вероятности ошибок.

Тренировки должны осуществляться с помощью согласованного ряда технических обучающих средств, среди которых важнейшее место занимает КАТ.

Алгоритм действий пилота или бортинженера в случае возник- новения предпосылки ОС на любом этапе полета дожен заключаться в последовательном выполнении следующих шагов (решений задач):

1. Установление наличия данных, свидетельствующих о возникно- вении ложной или реальной предпосылки ОС.

2. Принятие гипотезы о наличии предпосылки ОС, либо отбра- сывание этой гипотезы как ложной. Если принимается, что предпо- сылка существует, то необходимо ее идентифицировать (шаг 3), после чего должен быть соответствующим образом перестроен стереотип пилотирования. Если гипотеза о наличии предпосылки

является ложной, необходимо продолжить пилотирование по прежней программе.

3. Идентификация возникшей предпосылки (предпосылок), ис- ходя из анализа инструментальной и неинструментальнойинформа- ции; классификация предпосылки с помощью навыков, приобретен- ных на тренировках, знаний и умений; определение типа функцио- нальных отказов, пожаров или активных воздействий.

4. Извлечение из памяти соответствующей программы парирова- ния отказов или сильных возмущений, либо ликвидации пожара.

5. Перестройка стереотипа пилотирования.

6. Четкая реализация избранной программы в соответствии с навыками (умениями) пилотирования, приобретенными при обучении на АТ.

7. Продолжение полета с отказавшей системой до выполнения предпосадочного маневра.

8. Избрание программы (опять же, из имеющихся в памяти) выполнения посадки, соответствующей происшедшему функциональ- ному отказу (отказам).

9. Реализация программы посадки; завершение полета.

Принципиальным отличием данного алгоритма от описанной

выше схемы, отражающей воззрения специалистов первого направ- ления является наличие для каждого шага «предписанных» процедур, что позволяет сформулировать ясную и четкую методику обучения и создать соответствующие обучающие средства.

Если все перечисленные шаги будут хорошо усвоены экипажами и, благодаря навыкам, умениям и знаниям, четко выполняться в практически возможных особых ситуациях, то безопасность полета удастся поднять на достаточно высокий уровень. Если хотя бы один шаг (этап) описанного алгоритма будет выполнен неверно, т. е. с ошибками I или II рода, либо же, что еще хуже, с эргономиче- скими сбоями, то ОС может перейти в аварию или даже катастрофу. Исключить это можно только хорошо организованными трениров- ками.

Существенным элементом PC«нештатных» ситуаций может стать эталон пилотирования, включающий правильные действия на каж- дом шаге указанного алгоритма, а также переходы с одного шага на другой. Получение таких эталонов должно стать задачей специальных, хорошо организованных летных испытаний.

Из сказанного ясно, что в каждом PCили сценарии должна обеспечиваться точная (в пределах установленных допусков) имита- ция всей совокупности условий, необходимых для обучения выпол- нению как отдельных этапов, так и алгоритма в целом. С высокой достоверностью должны воспроизводиться не только сигналы систем контроля и сигнализации, но и все естественные признаки отказов (возмущений). Адекватность имитации должна соблюдаться при от- клонении эксплуатационных параметров, а также при неправиль- ных действиях или грубых ошибках экипажа, включая выход ЛА

на критические и закритические режимы полета из-за неверного управления.

Все PC, принятые к исполнению в КАТ, должны имитиро- ваться примерно с одинаковой точностью.

Несколько слов об экстремальных условиях и подготовке экипа- жей к встрече с ними. Экстремальные условия являются следствием, с одной стороны, сочетания функциональных отказов с большим числом неблагоприятных факторов, с другой — наличия дефицита времени, например из-за близости земли. Опыт показывает, что тре- нировка экипажей на КАТ в условиях, приближенных к экстремаль- ным, может исключить в реальных условиях человеческие жертвы или позволить завершить возникшую ОС (по последствиям) как сложную ситуацию. Для этого необходимо обеспечить имитиро- вание в тренажере наряду с функциональными отказами таких значений атмосферных и эксплуатационных параметров, которые способны воссоздать экстремальные условия. Кроме того, должен быть искусственно создан дефицит времени, например путем ими- тации предпосылки ОС вблизи земли.

Можно ввести некоторые сценарии, имитирующие экстремальные условия. Например, можно имитировать отказ двигателя в сочета- нии с несколькими сложными функциональными отказами в усло- виях максимальной массы самолета, при наибольшей допустимой температуре наружного воздуха на завершающем участке посадки.