15. Количественные критерии оценки последствий особых ситуаций и уровня безопасности полета

Выбор количественных критериев оценки последствий ОС и спо­собов их определения является одним из важнейших вопросов формирования методологии количественного анализа и прогнозиро­вания безопасности полета.

При анализе реальных ЛП и предпосылок к ним при эксплуата­ции воздушных судов оперируют фактическими данными, в том числе характеристиками ущерба, зафиксированными в материа­лах расследований. Другое дело — обучение на тренажерах, где статистика отсутствует и необходимо оценить (точнее, спрогнозиро­вать) меру потенциального снижения безопасности или определить «ущерб», не по фактическим, а по имитированным данным. Эти критерии должны характеризовать обучающиеся экипажи в их будущей практике полетов. Заметим, что близкая ситуация имеет место при сертификации воздушных судов, где широко исполь­зуется моделирование. Здесь надо прогнозировать безопасность в будущих полетах.

Применительно к сертификации количественные критерии прог­нозных оценок последствий ОС хорошо разработаны и используются на практике. Формируются они на основании результатов модели­рования и специальных летных испытаний. Целесообразно пере­нести подход к оценке ОС и критерии, применяемые мри серти­фикационных испытаниях, на анализ результатов тренировок. Их можно использовать также в системах объективного контроля АТ.

При оценке степени опасности ОС исходят из определенной системы ограничений, накладываемых на следующие факторы:

1. характеристики движения ЛА, параметры управления и ус­тойчивости;

2. параметры работы двигателей и силовой установки;

3. параметры жизнеобеспечения, характеризующие состояние среды в кабине экипажа и пассажирских салонах;

4. параметры, характеризующие психофизиологическое состоя­ние членов экипажа и их нагрузку.

При обучении на тренажерах (в отличие от реальных полетов) первые две группы характеристик являются имитированными. Они соответствуют реальному полету только в том случае, если соблю­дены определенные условия адекватности. Третья и четвертая группы параметров, хотя и определяются реальными процессами, также нуждаются в подтверждении адекватности.

Характеристики, используемые для оценки последствий ОС, условно могут быть названы критическими. В качестве примера критических характеристик первой группы можно указать высоту, скорость, углы тангажа, крена и рыскания, перегрузки по трем осям, отклонения рулей, усилия на органах управления и т. п. Ко второй группе относятся частота вращения ступеней двигателей, температура в критических точках (обычно за турбиной) и т. п.

Примерами критических характеристик третьей группы могут служить:-давление, температура и состав воздуха в кабине и сало­нах, концентрация угарного газа и других вредных газов.

Установлено два вида ограничений на критические характерис­тики (рис. 1.12):

эксплуатационные ограничения, которые соответствуют без­опасному полету и ограничивают область значений харак­теристик (параметров), допустимых для нормальной экс­плуатации ЛА. Внутри эксплуатационной области возможно незначительное потенциальное снижение безопасности, не npeACTai^iHioLueejоднако, значительной угрозы; предельные ограничения, выход за которые соответствует аварийной или катастрофической ситуации и категорически недопустим в процессе управляемого полета.

Прежде чем' сформулировать критерии оценки последствий ОС, необходимо оговорить продолжительность изменения ’ критических характеристик. Для этого целесообразно вернуться к схеме на рис. 1.11. Как было сказано, развитие ОС и ее завершение (безопасное или нет) происходят на определенном интервале времени.

Началом ОС, очевидно, следует считать исходную причину. Окон­чанием ОС.может являться:

• начало фазы «завершение полета», показанное на рис. 1.11 для УУП й ССТ

• возникновение аварийной, либо катастрофической ситуации в полете:

• посадка и пробег до полного гашения скорости или, при АС.или КС, контакт с землей (препятствием) иной формы.

Сделанные замечания позволяют конкретизировать введенные в предшествующем разделе градации последствий ОС.

Усложнение условий полета (УУП). К таковым причисляют­ся ОС, при протекании которых имеет место лишь незначительное ухудшение летных характеристик, характеристик устойчивости и управляемости, параметров среды или* сравнительно небольшое увеличение психофизиологической нагрузки на экипаж. Если пред­посылкой ОС являлся отказ, то отказавшая система должна быстро компенсироваться работой (включением) дублирующей или резерв­ной системы; включение может производиться вручную или автома­тически. Ошибка пилотирования (она может быть сравнительно небольшой) компенсируется или исправляется быстрым вмешатель­ством экипажа.

Потенциальное снижение безопасности в данной ситуации обус­ловлено некоторым уменьшением резервов, снижением или ограни­чением располагаемых мощностей, ходов, диапазонов параметров и т. п. Для ОС, которая классифицируется как УУП, все критические характеристики должны находиться в пределах эксплуатационной области (см. рис. 1.11а). Безопасное продолжение полета и его завершение в соответствии с исходным планом не должны вызывать затруднений.

Сложная ситуация (СС) характеризуется заметным ухудше­нием летных или взлетно-посадочных характеристик, характерис­тик устойчивости и управляемости либо параметров жизнеобеспе­чения; существенно возрастает и психофизиологическая нагрузка на экипаж.

При возникновении СС одна или несколько критических харак­теристик могут выйти за эксплуатационные ограничения, но ни в коей мере не должны достигать предельных ограничений (см. рис. 1.116). Тем самым создается значительное потенциальное снижение безопас­ности, но прямая угроза жизни людей или ущерб материальной час­ти еще не реализуется.

Рис. 1,12. Схема расположения эксплуатационных и предельных ограничений на критических характеристиках:

А -4т эксплуатационные ограничения; Б — I предельные ограничения;

В — II предельные ограничения

При возникновении СС продолжение полета в соответствие с исходным планом и графиком не представляется возможным; план полета необходимо изменить и осуществить посадку на аэродром вылета или резервный аэродром.

Аварийная ситуация (АС) является следствием существенного ухудшения критических характеристик. Она характеризуется, в част­ности, значительным возрастанием психофизиологической нагрузки на экипаж. В результате отдельные параметры могут достичь и даже превзойти предельные ограничения (см. рис. 1.11 в). Переход АС в катастрофическую ситуацию может быть предотвращен только энергичными и четкими действиями экипажа й операторов (дис­петчеров) службы УВДН.

В реальных полетах, как известно, при возникновении АС возмож­но разрушение отдельных элементов конструкции, не' являющихся жизненно важными. В условиях имитационного моделирования мо­жет быть использована соответствующая модель такого явления.

Под катастрофической ситуацией (КС) понимается такая ОС, в результате которой в реальных условиях предотвращение травми­рования либо гибель людей и потеря воздушного судна оказались бы практически невозможными. Исходя из этого, для того чтобы в имитированном «полете» ситуация классифицировалась как КС, ряд критических характеристик должен значительно превзойти пре­дельные ограничения (см. рис. 1.11 г). Однако в большинстве случаев . в имитированном «полете» очень трудно провести четкую границу между АС и КС. Поэтому целесообразно либо объединить обе эти ситуации в одну группу летных происшествий, характеризую­щуюся превышением критическими характеристиками предельных ограничений, либо ввести для имитационного моделирования еще одно ограничение — условно называемое II предельным (см. рис. 1.11 г, 1.12). В последнем случае правило классификации упро­щается: если критические характеристики превысили I предельные ограничения, но не достигли II, то ситуация классифицируется как АС; если же характеристики превысили II предельные ограни­чения, ситуация трактуется как КС.

Следующим фундаментальным вопросом формирования необ­ходимого нам понятийного аппарата является выбор критериев уровня безопасности. В литературе в качестве основной меры уровня безопасности принято считать вероятность возникновения в осредненном полете или в течение осредненного часа полета катастрофи­ческой ситуации. Несмотря на широкое использование данного по­казателя, применение только одного его в качестве полной и ис­черпывающей меры безопасности полета представляется неправиль­ным и недостаточным. Если ограничиться анализом возникновения лишь катастрофической ситуации, то из рассмотрения будут ис­ключены другие ОС, в которых возникала потенциальная или реаль­ная угроза безопасности, или был нанесен ущерб материальной части. А учет таких ситуаций очень важен при анализе обучения экипажей и оценке достигнутого уровня профессионального мастер­ства.

Если обратиться к Нормам летной годности [13], то в них предус­мотрен детальный учет всех четырех категорий ОС при анализе безопасности, точнее летной годности. Тем самым обеспечивается полный анализ всех возможных последствий предпосылок ОС. Более того, в [13] нормирована каждая категория ОС.

Для целей анализа эффективности обучения и достигнутого уровня профессионального мастерства экипажа с помощью тренаже­ров также необходимо рассматривать все категории ОС. Ведь одна и та же предпосылка ОС может в зависимости от характера и четкости действий экипажа завершиться различным образом. Исходя из этого в определении безопасности должны быть приняты во внимание все категории ОС, приводящие к потенциаль­ной опасности или к реальному ущербу.

Рассмотрим вначале методологию оценки критериев безопас­ности по материалам длительной эксплуатации воздушных судов, т. е. по статистическим данным, полученным из обработки резуль­татов реальных полетов и летных происшествий. В этом случае критерии определяются для некоего заданного календарного интер­вала времени Г_кал, например года или, в пределе, всего жизненного цикла рассматриваемого типа ЛА. Учитываются результаты эксплуа­тации определенного количества ЛА, а в предельном случае — всего располагаемого парка заданного типа.

Полная система оценок уровня безопасности, охватывающая вероятности возникновения всех четырех категорий ОС может относиться к осредненному полету или к осредненному часу поле­та за заданный календарный интервал.

В первом случае вероятность возникновения КС оценивается как

вероятность возникновения АС

вероятность возникновения СС

вероятность возникновения ОС типа УУП

Здесь N^*_п— полное количество полетов, выполненных за рассмат­риваемый интервал времени выбранным количеством (парком) ЛА;

N^*_КС— количество полетов, в которых возникли ОС, завер­шившиеся катастрофическим исходом;

N^*_АС — количество полетов, в которых возникшие ОС завершились АС;

N^*_СС;N^*_УПП — количество полетов, в которых возникшие ОС могли быть классифицированы, соответственно, как СС и УУП.

Символы: «˄» — указывает на приближенный характер оценок;

«*» — указывает на то, что количество полетов опреде­лено на ограниченном интервале;

«N» — вероятность — определяется для осредненного ¹ полета

Если обозначить количество полетов, в которые не возникали ОС через N^*_бп(безопасные полеты), то, очевидно, должно соблю­даться условие:

Оценка вероятности возникновения той или иной ОС в течение осредненного часа полета вычисляется путем замены в формулах (1.1) — (1*4) знаменателя на величину Г_н — суммарное время поле­тов, выполненных в течение выбранного календарного периода.

Так, вероятность возникновения КС в течение осредненного часа полета оценивается как

а вероятность возникновения АС

Здесь индекс «Г» указывает на то, что вероятность определяется для осредненного часа полета.

По ряду причин критерии типа (1.1) — (1.4) (вероятность возник­новения той или иной ОС в осредненном полете) предпочтитель­ней критериев типа (1.7) —(1.8) (вероятность возникновения ОС в течение осредненного часа полета). Во-первых, размерность кри­териев (1.1) — 11.4) строго соответствует классическому определению вероятности, тогда как размерность критериев типа (1.7) — (1.8) выражается как «полет»; такая размерность больше подходит плотности вероятности, т. е. вероятности события, отнесенной к единице времени.

Во-вторых, что более важно, время полета с позиций безопас­ности не однородно и не равноценно. Существуют этапы полета, притом весьма скоротечные, для которых характерны высокая ве­роятность летных происшествий, и наоборот, ряд этапов являются малонапряженными. Использование критериев типа (1.7) — (1.8) нивелирует эти различия, что может исказить физическую картину явления и привести даже к ошибочным выводам.

16. СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЛЕТНЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ ПО ЭТАПАМ ПОЛЕТА И РОЛИ ОШИБОК ЭКИПАЖА В ИХ ВОЗНИКНОВЕНИИ

Прежде всего, представляет интерес оценить, как распреде­ляются ЛП по этапам полета. В табл. 1.1. приведены частоты Ц процентах) летных происшествий с зарубежными магистраль­ными реактивными самолетами на различных этапах полета. Рас­сматриваются полеты самолетов гражданской авиации на регуляр­ных авиалиниях. Материалы получены из обработки данных ИКАО [31; 32; 38]. В связи с тем, что распределения летных проис­шествий являются случайными, поскольку они подвержены воздей­ствию большого числа факторов, в табл. 1.1 приведены данные за многолетний период времени — с 1963 г. по 1983 г.

Распределение летных происшествий* с зарубежными гражданскими самолетами по этапам полета в процентах (по данным ИКАО)

N. »пш »1 ы	Над it	Набор высоты	Крейсер­ский по­лет	Сниже­ние	Заход на по­садку	Соб­ственно посадка	Уход на второй круг
НМ 1972	II	10,3	20	10,3		45	3,4
1479 1980	13	9	6	6	33	30	3
198!	17	8	5	4	25	40	1
1982	15	7	7	5	22	44	0
1983	22	2 •	2	2	14	53	5

{

* Под летным происшествием следует понимать катастрофу или тяжелую аварию.

Как видно из табл. 1.1, на этап взлета, продолжительность кото­рого не превышает 2—5 мин, приходится от 11 до 22% катастроф, причем наблюдается тенденция увеличения этой статистической оценки. Такая закономерность может быть объяснена возрастанием напряженности взлета, увеличением скорости отрыва, использова­нием самых напряженных режимов работы двигателя и других функциональных систем, задействованных на этом этапе.

На этапах захода на посадку и посадки, продолжительность которых I сумме составляет менее чем 5—10% общего времени полета, произошло от 45 до 67% летных происшествий. При этом четко прослеживается тенденция увеличения вероятности* катастроф и аварий на посадке (в 1979—1980 гг. она составляла 30%, а в 1983 г. возросла до 53%). Это положение является отражением роста напряженности посадки, расширения диапазона эксплуата­ционных условий к началу посадки, вызванного снижением метео­минимумов и всепогодностью полетов, увеличения посадочных ско­ростей и пр. ,

В то же время удельный вес наиболее длительного этапа — крейсерского полета (полета по маршруту) — относительно невелик; здесь с 1979 г. произошло от 2 до 7% катастроф (в 1963—1972 гг. — 20%).

Ввиду скоротечности взлет, заход на посадку, посадка и уход на второй круг могут быть названы этапами интенсивного управления.

Представляет интерес оценить роль человеческого фактора в возникновении авиационных катастроф с гражданскими самолетами. Статистические материалы такого рода позволят уточнить требова­ния к АТ и правильно ориентировать обучение летных экипажей.

В табл. 1.2 приведены результаты анализа 246 катастроф, про­исшедших с магистральными самолетами гражданской авиации зарубежных стран на регулярных линиях за 17 лет эксплуатации (с 1958 г. по 1975 г.). Рассматривались самолеты с ТРД и ТВД е максимально допустимой массой более 5700 кг [38]. Из указан­ного количества 24 самолета явились жертвами диверсий или напа­дений; эта группа летных происшествий была исключена из после­дующего анализа.

Факторы, проявившиеся в указанных катастрофах, были сгруп­пированы следующим образом.

А. Технические причины и внешние условия:

1. Технические причины (отказы функциональных систем).

2. Активные атмосферные и внешние воздействия (сильная турбулентность, обледенение, удары молнии, попадание посторонних предметов и т. п.).

3. Плохие метеоусловия.

Б. Человеческий фактор:

1. Ошибки экипажа (нарушения РЛЭ, грубые промахи).

2. Ошибки службы УВДН.

3. Ошибки службы НПОП.

В табл. 1.2 введены две графы. В первой указывается, в сколь­ких процентах катастроф проявилась данная группа факторов; во второй — в скольких процентах катастроф именно они явились главными причинами.

Материалы табл. 1.2 указывают на большую роль ошибок эки­пажа в возникновении катастрофических ситуаций. Они занимают первое место как среди общего массива проявившихся факторов (65%), так и среди главных причин происшествий (50%). Второе место принадлежит отказам (соответственно 29 и 23,3%), однако удельный вес их вдвое меньше, чем ошибок. При этом нельзя забы­вать, что в ряде случаев отказы функциональных систем сопро­вождаются ошибками экипажей, что усугубляет тяжесть послед­ствий ОС.

Сопоставление показателей, приведенных в первой и второй колонках табл. 1:2, указывает на большой процент происшест­вий, на исход которых повлияло несколько различных по своей природе факторов. При этом ошибки экипажа имели место одно­временно с рядом других причин ОС. Как показал анализ исход­ных данных, эти факторы проявлялись последовательно, в виде цепо­чек событий, что статистическим образом подтверждает высказан­ные выше положения.

Приведенные в табл. 1.1 и 1.2 цифры не следует рассмат­ривать как абсолютные. Нельзя забывать, что данные, получен­ные из обработки статистических материалов, являются случай­ными величинами и могут флюктуировать в определенных пределах. Флюктуация показателей может иметь место не только примени­тельно к различным периодам времени (это может объяснятьсяи изменением условий эксплуатации), но и для одного и того же периода, если используются различные объемы выборок. Так, в ино­странной печати можно встретить указания о том, что ошибки лет­ных экипажей послужили причинами от 42 до 70% катастроф. Однако не всегда в источниках указывается методика определения этих показателей, что затрудняет анализ причин такого разброса.

Распределение (в процентах) различных групп факторов в катастрофах зарубежных магистральных реактивных самолетов на регулярных авиалиниях

(1958-1976 гг,)

		Всего про­	Признаны
№	Категория	явились в	главными
п/п	факторов	катастро­	причина­
		фах, %	ми, %

А. Технические причины и внешние условия

1. 2. 3.	Отказы функциональных систем Активные атмосферные и внешние воздействия Плохие метеоусловия	29* 12,4 27,0	23,3 10,7
1.	Б. Человеческий фактор Ошибки экипажа	65	50,3
2.	Ошибки службы УВД или плохое взаимодействие	22,0	6,7
3.	бортовых и наземных операторов Ошибки и нарушения службы НГЮП	6,2	5
	Причины четко не определены	4,0	4,0
*	Из них в 5% имело место 2 и более отказов.

Табл. 1.3 содержит дополнительный материал по затронутым вопросам и уточняет распределение ошибок, ставших причинами ЛП, между членами экипажа [38]. Анализируются главные причины 101 катастроф на зарубежных линиях с пассажирскими самолетами различного типа, происшедших за пятилетний период 1967—1971 гг. Цитируемый источник содержит еще одну интересную графу: «не­знакомство с условиями расположения аэропорта».* Как видно, удель­ный вес этого фактора, также связанного с ошибками пилота и яв­ляющегося результатом плохой обученности, весьма велик (6%)- Всего же доля летных происшествий, обусловленных личностным фактором (на борту ЛА), составила в данной выборке 40,8%.

До сих пор речь шла о статистических оценках характерис­тик безопасности полета, относящихся к весьма широкому паркусамолетов. Этот парк охватывал не только различные типы машин, но и различные страны и авиакомпании. В то же время известно, что уровень безопасности зависит не только от конструкции ЛА, но и от уровня подготовки экипажей, уровня обслуживания и других особенностей. С этих позиций представляют определенный интерес сведения об уровне безопасности, достигнутом на реактивных пас­сажирских самолетах, эксплуатируемых авиакомпаниями США за достаточно длительный период времени (10 лет). В табл. 1.4 приве­дены статистические данные о летных происшествиях с самоле­тами различного типа авиакомпаний США в 1968—1977 гг.* Заме­тим, что в таблицу включены данные только о сертифицирован­ных самолетах.

Распределение причин летных происшествий с зарубежными пассажирскими

самолетами за период с 1967 по 1971 гг.

№ п/п	Причины летного происшествия	Количество ЛП	а/ /о
1.	Ошибки пилотов	25	24,7
2.	Ошибки других членов экипажа	11	10,1
3.	Незнакомство с условиями расположения аэро­порта	6	6,0
4.	Отказы функциональных систем	24	23,7
5.	Отказы аэродромного оборудования и оборудова­ния УВД	2	2,0
6.	Метеоусловия и активные внешние воздействия	15	14,8
7.	Причины не установлены	18	17,7
	Общее количество	101	100

Приведенные в таблице материалы получены для очень большого налета; у отдельных типов машин он превышает 10 млн. часов, поэтому данные следует считать весьма представительными. К сожа­лению, показатели получены в виде оценок вероятностей, отнесен­ных к осредненному часу полета, что несколько снижает их ценность.

Из табл. 1.4 видно, что различные типы самолетов характери­зуются различным уровнем безопасности, существенно отличающим­ся от средних значений. Примечательно, что меньшая вероятность катастрофы отнюдь не означает, что этому типу самолетов соответ­ствует и меньшая вероятность аварии. Так, с самолетом ВАС-111 за указанный период не произошло ни одной катастрофы P­^T_KС= 0); в то же время по уровню аварийности (P­^T_AС = 0,62 • 10 ⁵) он стоит на 7-м месте. Примерно одинаковой частотой возникновения катастроф (4—6) • 10 ⁷ обладают 4 типа самолетов — «Боинг-737», «Боннг-727», «Боинг-720» и «Мак-Доннелл-Дуглас» DC-10. Однако по частоте аварийности они существенно отличаются друг от друга. «Боинг-737» достиг наименьшего значения этого показателя (0,4 - 10“*), тогда как у «Боинга-720» этот показатель равен

0,47- 10~⁵, а у DC-10 Р_АС = 0,58 - КГ⁵.

Таким образом, приведенные материалы подтверждают высказан­ное выше положение о необходимости одновременного рассмотре­ния всех показателей, характеризующих вероятности возникновения ОС различного типа.

п/п	Тип самолera	Налет, ч	Общее ЧИСЛО летных происшествий	Число катастроф	Частота лётных Происшествий на 100 000 ч	Частота аварийныхситуацийна 100 000ч	Частота ката строф на 100 000 ч
1.	* Боинг-737»	2526640	11	1	0.44	0.40	0.04
2	«Боинг-727*	I78301S7	87	9	0.44	0.15	0,04
3.	«Мак-Доннелл-Дуглас» DC-9	8419724	42	11	0,50	0.39	0,11
4.	«Боинг-720»	1914354	10	1	0.52	0.47	0,05
5.	ПАС-111	964318	6	0	0,62	0.62	0
6.	«Мак-Доннелл-Дуглас» DC-10	1589693	10	1	0,63	0,58	0,06
7.	«Боинг-707»	10319643	66	14	0,63	0,52	0.11
8,	«Мак-Доннелл-Дуглас» DC-8	6081)927	54	4	0,89	0,82	0.07
9.	«Бон нг-747»	2434648	27	2	1.П	1.03	0,08
10,	«Докхид-1011»	812405	10	1	1.23	1.П	0,12
	В среднем по всем типам самолетов	5289,3000	323	43	0,61	0,53	0,08

Примечание. Столкновения в воздухе и Происшествия, обусловленные диверсионными актами, учтены во всех расчета, кроме расчета показателя катастроф.