книги из ГПНТБ / Василинин В.Н. Автоматизированное вождение тяжелых самолетов

Самолеты Ту-144 и «Конкорд» имеют сходные аэроди­ намические схемы и характеристики. Контурная схема самолета Ту-144 приведена на рис. 3. Оба самолета ус­ пешно проходят летные испытания и предназначены для

Рис. 3. Контурная схема самолета Ту-144

эксплуатации на международных линиях Гражданской авиации. Экипажи сокращены до трех человек (нет штур­ мана). Степень автоматизации вождения на СТС выше, чем на ДТС. Относительный запас топлива на этих само­ летах доходит до 70%.

СТО рассчитаны на полеты с классных аэродромов не только из-за большой длины пробега и разбега, но и из-за сложности наземного технического обслуживания.

Известно несколько перспективных проектов СТС, ко­ торые пока находятся в стадии разработки. Среди них особый интерес представляет американский проект воен­ ного стратегического самолета В-1А с крылом изменяемой геометрии. Он рассчитан на достижение практически лю­ бой точки Земли с территории США. Предполагается, что самолет будет многоцелевой; кроме очень сложного ПНК в состав его оборудования будет входить модернизирован­ ная система активных и пассивных радиопомех для про­ рыва глубокоэшелонированной системы ПВО. Состав эки­ пажа: два летчика, штурман и оператор.

10

11

По предварительным данным стоимость электронного оборудования самолета В-1А оценивается примерно в 12—14 млн. долларов, что составляет почти половину сто­ имости всего самолета.

В основу классификации тяжелых военных самолетов может быть положена не только скорость полета, но и ряд других признаков (см. табл. 3). Такая классификация спо­ собствует не только выявлению общих принципов автома­

тизированного вождения этих самолетов, но и унификации

пнк.

Современный тяжелый самолет вместе с экипажем и бортовым оборудованием представляет сложную информа- ционно-управляющую систему. Число связей в ней так велико, а требования к бортовому оборудованию настоль­ ко разнообразны и иногда противоречивы, что их оптими­ зация даже в теоретическом плане представляется доволь­ но сложной и пока неразрешенной проблемой.

Сущность оптимизации связей в подобной сложной си­ стеме сводится главным образом к приспособлению эки­ пажа к самолету и его ПНК, являющемуся основой для всего остального бортового оборудования. Это объясняет­ ся тем, что от возможностей ПНК и подготовки экипажей существенным образом зависит эффективность и безопас­ ность полетов.

За последние годы для ДТС традиционно сложился состав экипажа из четырех-пяти человек: первого (лево­ го) летчика, второго (правого) летчика, штурмана, борт­ инженера и бортрадиста.

Первый летчик обычно является командиром экипажа и несет ответственность за выполнение поставленной за­ дачи и действия всех членов экипажа, обеспечивает без­ опасность полета, контролирует действия второго летчика и инструктирует его. Дальнюю радиотелеграфную связь с наземными КП и другими самолетами первый летчик обыч­ но поддерживает при помощи бортрадиста.

Второй летчик, будучи помощником первого летчика, в процессе полетов постепенно приобретает навыки для вы­ полнения функциональных обязанностей командира эки­ пажа.

Общие функции летчиков: контроль за полетом, расхо­ дом топлива, состоянием самолета и его бортового обору­ дования, пилотирование или автоматизированное управле­ ние самолетом и двигателями, ближняя навигация, команд­ ная и внутренняя связь. В функции военных летчиков до-

12

13

14

полнителыю входят межсамолетная навигация и обеспе­ чение условий для выполнения штурманом специальной задачи.

В многочисленных исследованиях по инженерной пси­ хологии, посвященных приспособлению летчика-операто­ ра * к самолету и его ПНК, определены обобщенные перс-

а

Рис. 4. Упрощенная модель работы летчика-оператора

даточные функции и даже амплитудно-частотные характе­ ристики. Правда, при этом, как правило, не учитывается специфика работы летчика-оператора в составе экипажа, заключающаяся в том, что он устно обменивается пило­ тажно-навигационной информацией с другими членами экипажа.

В самом первом приближении работа летчика-опера- тора рассматривается как простое усиление (рис. 4,а), описываемое передаточной функцией:

А'ѵсе~1р

(Р) = Тр + 1 ’

* Термин летчик-оператор часто встречается в инженерной пси­ хологии.

15

не превышающей 2,5—3 Гц. Он обладает свойством адап­ тивности— приспособления к изменяющимся условиям полета, в том числе и к ПНК.

Более детальная формализованная динамическая мо­ дель работы летчика-оператора показана на рис. 4, б. Мо­ дель представлена в виде нескольких звеньев, каждое из которых характеризуется своей передаточной функцией.

Пилотажно-навигационную информацию летчик-опера­ тор воспринимает по программе, которая разрабатывается до полета и запоминается, и по фактическим параметрам полета, определяемым в основном по индикаторам.

Восприятие фактических параметров полета описы­ вается передаточной функцией ЛДр); процесс восприятия происходит по экспоненциальному закону с запаздывани­ ем т, которое существенно зависит от метода индикации.

Второе звено П2(р) отображает процесс мышления, когда летчик-оператор определяет величину и знак рас­ согласования между заданной программой и фактически­ ми параметрами полета. Постоянная времени запазды­ вания при пилотировании Ті=^0,25 с.

Параллельно с определением самого рассогласования летчик-оператор определяет и его первую производную. Этот процесс характеризует форсирующее звено, имеющее передаточную функцию П з ( р ) , в которой постоянная вре­ мени Т2 также зависит от метода индикации.

Корректирующие воздействия летчика-оператора на соответствующие органы управления, описываемые пере­ даточной функцией, формируются главным образом на основании рассогласования и его первой производной. Величина Г3 существенно зависит от числа органов управ­ ления, так как с увеличением их возрастает время на переключение внимания для выбора нужного органа уп­ равления. Длительность некоторых ручных операций до­ стигает нескольких секунд.

Летчик-оператор по-разному реагирует на слабые и сильные сигналы рассогласований, на очень слабые оң

16

совсем не реагирует П5(р), а при очень сильных так воз­ действует на органы управления, что скорость ликвидации рассогласования выдерживается постоянной.

Этим далеко не исчерпывается многогранность харак­ теристик летчика-оператора. Наряду с положительными, с точки зрения инженерной психологии, свойствами ему при­ суща утомляемость, которую приходится учитывать при приспособлении экипажа к самолету и его ПНК.

продолжительности полета, подвержены все члены экипа­ жа тяжелого самолета. Состояние напряженности обус­ ловлено чувством огромной ответственности, которое испы­ тывает не только командир, но и каждый член экипажа, а также специфическими условиями полета: высотой, ско­ ростью, вибрацией, шумом и т. д. Это состояние трудно поддается количественной оценке.

Загруженность — понятие более конкретное, и о ней можно приближенно судить по количеству ручных опера­ ций в короткий промежуток времени (1—2 мин). Понятие загруженности можно распространить и на более длитель­ ный период, например на время выполнения отдельного элемента полета или даже на этап полета, наиболее насы­ щенный ручными операциями для данного члена экипажа. Распространять понятие загруженности на большой учас­ ток полета, а тем более на весь полет или на всех членов экипажа нежелательно, так как за «средними» цифрами может быть скрыта непосильная загруженность члена эки­ пажа в течение короткого промежутка времени.

Наибольшая загруженность летчика обычно бывает на посадке, при взлете, при полете в сомкнутом боевом по­ рядке, в особых случаях в полете, в том числе и в аварий­ ных ситуациях. При автоматизированном полете загру­ женность летчика резко падает не только из-за исключе­ ния функций пилотирования (ручного управления) само­ лета, но и вследствие того, что отпадает необходимость практически непрерывного контроля за полетом.

Для иллюстрации этого положения на рис. 5, а приве­ дена упрощенная профессиограмма летчика при пилотиро­ вании тяжелого самолета, когда у него непрерывно заня­ ты ноги и по крайней мере одна рука, управляющая штур­ валом, а на рис. 5,6 — при/автоматизированном управле­ нии самолетом,

Г©с. публичная научно - тѳхми -.а к4ч7?

бкбяи&т»«т ССОР

В обоих случаях работа летчика расчленена на три компоненты: контроль за полетом, ручное управление и обмен информацией с другими членами экипажа, каждая из которых характеризуется длительностью, откладывае­ мой по оси /э (время выполнения элемента или этапа по­ лета), и степенью трудности операции, характеризуемой коэффициентами К\, к2, к3. Эти коэффициенты дают пред­ ставление о доле внимания, уделяемого летчиком отдель­ ным операциям.

Рис. 5. Профессиограмма летчика тяжелого самолета:

При пилотировании вручную контроль за полетом и ручное управление самолетом осуществляются практиче­ ски непрерывно *. Считается нормальным, если эти дейст­ вия периодически совмещаются с устным обменом инфор­ мацией, и у летчика есть еще резерв внимания для вос­ приятия ситуации, присущей особым случаям в полете, связанным с изменением программы полета. Если при та­ ком совмещении действий резерва внимания нет, это озна-

Строго говоря, этот процесс дискретен.

18

чает недостаточное приспособление летчика к самолету и ПНК или наоборот.

При автоматизированном управлении контроль за по­ летом может осуществляться уже периодически. Частота

одиночного самолета может достигать нескольких минут. Освободившееся время используется для выполнения дру­ гих операций или для отдыха. Один из летчиков вообще может быть временно освобожден от функций контроля

П

2 4>/

,і= і

где п — число ручных операций на этапе полета дли­ тельностью U (несколько минут);

tol— длительность каждой ручной операции.

Весьма желательно, чтобы определенная таким обра­ зом загруженность летчика не превышала 0,5.

Этот упрощенный способ оценки загруженности приме­ ним к другим членам экипажа, и в первую очередь к штурману.

Штурман в составе экипажа ДТС выполняет следую­ щие основные функции: контроль за полетом и его про­ граммирование, дальняя навигация, обеспечение и конт­ роль ближней навигации, внутренняя связь. Кроме того, на военного штурмана возлагается работа с аппаратурой для выполнения специальных задач.

Характер работы штурмана во многом сходен с рабо­ той летчика при автоматизированном управлении. По ин­ дикаторам он контролирует полет и определяет рассогла­ сование его фактических параметров с программными, производит ручные операции по управлению наиболее сложной навигационной и специальной аппаратурой. В случае необходимости он с ведома командира экипажа меняет программу полета и осуществляет с помощью борт­ радиста контроль за полетом по данным радиопеленга­ торов.

19