CC BY
79
УДК 629.7.015
КОМПЛЕКСНЫЙ ЛЕТНЫЙ ТРЕНАЖЕР С НЕПОДВИЖНОЙ КАБИНОЙ В ПРОЦЕССЕ ТРЕНАЖЕРНОЙ ПОДГОТОВКИ ПИЛОТОВ ГРАЖДАНСКИХ ВЕРТОЛЕТОВ
П.Н. РЫБКИН
Статья представлена доктором технических наук, профессором Ципенко В.Г.
Рассмотрены перегрузки, действующие в полете на пилота гражданского вертолета. Показано, что реально действующие перегрузки не снижают работоспособности пилота. Сделан вывод о возможности отработки полетных процедур пилотами гражданского вертолета в условиях отсутствия действующих перегрузок, т.е. на комплексном летном тренажере с неподвижной кабиной и современной системой визуализации.
Ключевые слова: комплексный летный тренажер с неподвижной кабиной, вертолет.
Проблема подготовки пилотов летательных аппаратов (ЛА) возникла вместе с возникновением самих ЛА и на заре авиации решалась просто. Летающий пилот, он же инструктор, объяснял устройство самолета непосредственно на самолете, объяснял и показывал в кабине приемы управления самолетом в различных условиях. После этого обучаемый выпускался в первый самостоятельный учебный вылет.
По мере совершенствования ЛА совершенствовался и процесс обучения пилотов. Открывались специальные школы подготовки с учебными классами, разрабатывались учебные пособия, плакаты и схемы, создавались модели (имитаторы) отдельных систем ЛА, кабинные тренажеры.
В ХХ веке гражданская авиация превратилась в массовый, наиболее быстрый вид транспорта. Подготовка пилотов, контроль и поддержание их профессиональной квалификации выделились в самостоятельную организационную структуру. Для первоначального обучения были созданы средние летные училища. Контроль и поддержание профессиональной квалификации осуществляются в специальных авиационных учебных центрах.
Особенностью обучения пилотов является использование в первоначальной подготовке и в поддержании профессиональной квалификации специальных технических средств, в той или иной степени имитирующих условия летной деятельности пилотов. Степень приближения к действительным условиям полета зависела от достигнутого уровня общего развития науки и техники.
Вначале создавались механические модели отдельных систем ЛА в виде настенных стендов или объемных объектов. Производилось объединение моделей систем в рамках полномасштабной модели кабины в так называемом кабинном тренажере.
Вплоть до появления цифровой вычислительной техники авиационные тренажеры различного уровня, в том числе и кабинные, не имели в своем составе интеллектуально-логических элементов и не предоставляли обучаемым пилотам возможности самостоятельно, без участия инструктора-преподавателя, отрабатывать и контролировать элементы профессиональной деятельности. Методология обучения пилотов, рассчитанная на применение доступных в то время тренажерных устройств, утвердилась на достаточно длительный период как в летных училищах, так и в авиационных учебных центрах. Реальное внедрение во все стороны жизни цифровой вычислительной техники революционным образом изменило возможности технических средств, применяемых для обучения пилотов. Особый этап - появление ПЭВМ с графическим экраном.
На базе ПЭВМ стали создаваться компьютерные курсы изучения теоретических дисциплин, экранные модели-тренажеры отдельных систем ЛА, системы контроля полученных знаний и другие подобные технические средства.
Новые технические средства, по мере их разработки, вписывались в существующие в то время учебные планы и программы. При таком подходе средства, затраченные на разработку этих новшеств, не всегда приводили к адекватному улучшению учебного процесса.
К настоящему времени разработано множество технических средств обучения с применением ПЭВМ, в том числе комплексные летные тренажеры с подвижной кабиной. Затрачены значительные средства на их разработку и изготовление. Достаточно указать, что стоимость комплексного летного тренажера с подвижной кабиной превосходит стоимость реального ЛА.
Методология обучения пилотов, учебные планы и программы, разработанные во время отсутствия ПЭВМ и слегка модифицированные по мере появления новых технических средств обучения, требуют критического анализа и приведения в соответствие с новыми достигнутыми и перспективными возможностями.
Разработка новой, адекватной современным достижениям науки и техники, методологии обучения пилотов и поддержания их профессиональной квалификации в течение их летной деятельности и построение на ее базе организационной структуры становится государственной проблемой. У объявленной проблемы существуют два аспекта: методологический и организационный. Методологический аспект должен дать ответ на вопрос - как и с помощью каких средств учить, организационный - как должны быть организованы летные училища и авиационные учебные центры и где они должны быть расположены.
В результате должна быть разработана система подготовки пилотов и поддержания их профессиональной квалификации, обеспечивающая безопасность воздушных перевозок в стране при минимальных затратах общества на ее функционирование. Последнее обусловлено относительной массовостью профессии "пилот гражданской авиации" и высокой стоимостью его подготовки.
В силу значительных различий в динамике полета и в видах выполняемых работ подготовка пилотов самолетов и вертолетов производится раздельно.
В рамках отдельной статьи невозможно рассмотреть все проблемы, возникающие при разработке современной системы подготовки пилотов гражданских вертолетов. В данной статье рассматриваются обучающие возможности и место в системе подготовки пилотов гражданских вертолетов неподвижных кабинных тренажеров с современной системой визуализации, на практике называемых комплексными летными тренажерами без системы подвижности или просто комплексными летными тренажерами (при наличии подвижности к названию тренажера добавляют "подвижный" или "с системой подвижности").
Принципиальное отличие "полета" на неподвижном комплексном летном тренажере от реального полета - это отсутствие динамических нагрузок, действующих на пилота гражданского вертолета на различных этапах полета. Поскольку степень воздействия динамических нагрузок зависит от их величины, необходимо определить количественные характеристики динамических нагрузок, действующих на пилотов гражданских вертолетов. Источниками динамических нагрузок являются траекторные перегрузки и вибрации несущего и рулевого винтов.
Траекторные перегрузки возникают на тех участках траектории, где происходит изменение составляющих скорости, т.е. происходит разгон или торможение вертолета в какой - либо плоскости. При полете с неизменяемыми составляющими скорости траекторные перегрузки отсутствуют. Траектории взлета, разгона и набора высоты, снижения и торможения вертолета нормируются и приводятся в виде графиков в РЛЭ [1] (например, для вертолета Ми-8МТВ это графики: рис. 7.3.1. "Траектория нормального и прерванного взлета" и рис. 7.4.1. "Зависимость вертикальной скорости и времени набора высоты").
Путем пересчета данных, приведенных на этих графиках, удается найти величины вертикальных и горизонтальных перегрузок, действующих на пилота при рекомендуемых условиях разгона и набора высоты. Результаты расчетов показаны на рис. 1.
Кроме графических зависимостей, в РЛЭ приведены данные о предельных режимах разгона и торможения вертолета. Так, для вертолета Ми-8МТВ указано: разгон от 60 км/ч до 220 км/ч
V, м/с
1,2
1,1
1,0
V У
\
/ \
/ \
\
V
/ \ *
/
пх 0,2 0,1 — Переход к набору высоты без разгона М = 6 сек
X \
Набор высоты висения М = 3 сек Разгон с набором высоты М = 24 сек Набор высоты с постоянной горизонтальной скоростью М = 14 мин
V , км/ч
100
осуществляется за 36 с - 26 с с приростом скорости 6 км/ч - 9 км/ч за секунду. Среднее время горизонтального торможения от 220 км/ч осуществляется с предельным темпом - 26 с.
Возникающая при разгоне и торможении горизонтальная перегрузка подсчиты-вается по формуле
аУ/й 6 - 9
50
п.
0,17 - 0,26.
g 3,6 • 9,8 Траекторные перегрузки возникают также при разворотах вертолета. При координированном развороте на пилота действует перегрузка в направлении "его вертикали", прижимающая пилота к креслу. Величина перегрузки зависит от угла крена вертолета при развороте и подсчитывается по формуле пу = 1/ео8р.
Для максимального угла крена, нормированного для вертолета Ми-8МТВ на уровне 45°, вертикальная перегрузка пу = 1,41.
Величина вибрационной перегрузки зависит от тщательности балансировки несущей системы и в первую очередь несущего винта, а также от режима работы силовой установки.
Представление о реальной величине вибрационной перегрузки и вертикальной маневренной перегрузки можно получить по записям вертикального акселерометра, устанавливаемого на вертолет на время испытательных полетов после капитально-восстановительного ремонта.
На рис. 2 приведена расшифровка записей акселерометра на этапе разгона с набором высоты одного из испытуемых вертолетов.
I, сек
Рис. 1. Перегрузки для рекомендованных режимов полета вертолета МИ-8МТВ
Рис. 2. Записи параметров в полете
Результаты расчетов и замеров в реальных полетах позволяют сделать следующий вывод: в штатных полетах на пилота гражданского вертолета действуют перегрузки, не превышающие 1,5 в вертикальном направлении и 0,2 в горизонтальном, продолжительностью несколько секунд.
К настоящему времени опубликовано достаточно много работ по исследованию влияния перегрузок на работоспособность оператора. В частности, в работе [2] показано, что отрицательное воздействие на работоспособность оператора (летчика) начинает проявляться при величине перегрузки более 2, что ниже перегрузок, действующих в полете на пилота гражданского вертолета. Это означает, что навыки по пилотированию вертолета и по управлению функциональными системами могут приобретаться и отрабатываться пилотами гражданских вертолетов в условиях, адекватных условиям реального полета, но без воздействия перегрузок.
К настоящему времени ресурсы вычислительных устройств позволили воспроизвести визуальное воздействие, адекватное визуальному воздействию в полете, на экране, расположенном перед неподвижной кабиной с полной имитацией органов управления и всех функциональных систем вертолета. Это комплексный летный тренажер с неподвижной кабиной.
Для имитации воздействия перегрузок тренажер снабжается системой подвижности кабины. Система подвижности значительно увеличивает стоимость тренажера и его эксплуатации и, как следствие, стоимость его "летного" часа. Поэтому ответ на вопрос - можно ли обойтись при подготовке пилотов гражданских вертолетов без летного тренажера с подвижной кабиной -имеет большое значение.
К сожалению, отсутствуют инструментальные методики и средства сравнительной оценки качества подготовки пилотов на тренажерах с подвижной и неподвижной кабиной. Для ответа на этот вопрос необходимо привлечь квалифицированных экспертов, имеющих большой опыт подготовки пилотов гражданских вертолетов.
Такой опыт накоплен в авиационном учебном центре "СПАРК", в котором с 2001 года функционирует летный тренажер вертолета Ми-8МТВ с современной системой визуализации и с неподвижной кабиной. За этот период в АУЦ "СПАРК" прошли переучивание с других воздушных судов на вертолет Ми-8МТВ 1050 пилотов и 325 бортмехаников из РФ и стран СНГ, а также 220 пилотов и 35 бортмехаников из разных стран Европы, Азии и Латинской Америки. Кроме этого, действующие экипажи вертолетов Ми-8МТВ проходили на тренажере АУЦ "СПАРК" периодические (ежеквартальные/полугодовые) тренировки. За период работы АУЦ периодические тренировки прошли более 3000 экипажей.
На начальном этапе работы АУЦ "СПАРК" пилоты, прошедшие переподготовку и периодическую тренировку в АУЦ "СПАРК", были привлечены для экспертной оценки возможностей летного тренажера с неподвижной кабиной. Из привлеченных пилотов были сформированы две группы экспертов. Одна группа из опытных пилотов, проходящих периодические тренировки на тренажере АУЦ "СПАРК", вторая группа из пилотов, прошедших переподготовку с самолетов на вертолет Ми-8МТВ. Третья группа экспертов была сформирована из пилотов-инструкторов, которые проводили учебные полеты с пилотами, прошедшими в процессе переучивания на вертолет Ми-8МТВ теоретический курс и тренажерную тренировку в АУЦ "СПАРК". Для каждой группы экспертов были разработаны опросные листы.
Первая группа экспертов состояла из 20 опытных пилотов авиакомпаний "Газпромавиа", "Авиашельф", "Восток". В группу входили 5 руководителей летных подразделений с налетом от 5000 часов до 12000 часов, 7 КВС с налетом от 3000 часов до 15000 часов, 8 вторых пилотов с налетом от 200 часов до 3000 часов. Экспертам было предложено дать развернутый ответ на три вопроса.
Вопрос 1. Как вы оцениваете степень адекватности визуальной обстановки в полетах на тренажере реальной визуальной обстановки в полетах на вертолете Ми-8МТВ?
Ответы на вопрос 1 распределились согласно табл. 1 (в %).
Таблица 1
Элементы полета Практически адекватны Почти адекватны Адекватны с отклонениями Не адекватны
Висение 50 40 10
Вертикальный набор высоты 20 80
Разгон с набором высоты 10 90
Горизонтальный разгон 10 90
Полет с максимальной скоро- 10 90
стью 15 85
Горизонтальное торможение 10 90
Снижение по оптимальной тра-
ектории 15 85
Аварийное снижение 10 90
Координированный разворот с
малым креном 10 90
Координированный разворот с
максимальным креном 20 80
Разворот со скольжением 5 95
Аварийные и сложные ситуации
Вопрос 2. Насколько, по вашему мнению, совпадают условия для деятельности пилота на тренажере с неподвижной кабиной (отсутствие перегрузок) и в реальном полете? Ответы на вопрос 2 распределились согласно табл. 2 (в %).
Таблица 2
Элементы полета Практически Почти сов- Совпадают удовле- Сильно от-
совпадают падают творительно личаются
Висение 30 60 10
Вертикальный набор высоты 10 90
Разгон с набором высоты 10 90
Горизонтальный разгон 10 90
Полет с максимальной скоростью 10 90
Горизонтальное торможение 10 90
Снижение по оптимальной тра- 10 90
ектории
Аварийное снижение 10 90
Координированный разворот с 10 90
малым креном
Координированный разворот с 15 85
максимальным креном
Разворот со скольжением 20 80
Аварийные и сложные ситуации 5 95
Вопрос 3. Какие, по вашему мнению, элементы полета должны отрабатываться обязательно на тренажере с подвижной кабиной? Ответы на 3-й вопрос:
- висение (при первоначальной подготовке);
- пилотирование в зоне (при первоначальной подготовке).
Вторая группа экспертов состояла из 20 "молодых" пилотов авиакомпаний "Газпром-авиа", "Ямал", "Нарьян-Марский ОАО". В группу входили 20 вторых пилотов с налетом от 200 часов до 1000 часов. Экспертам было предложено дать развернутый ответ на один вопрос. Вопрос 1. Как вы выполняли в первый раз упражнения в учебных полетах? Ответы распределились согласно табл. 3 (в %).
Таблица 3
Элементы полета Без помощи инструктора С незначительной помощью Со значительной помощью Вместе с инструктором
Висение 10 70 20
Вертикальный набор высоты 20 70 10
Разгон с набором высоты 20 70 10
Горизонтальный разгон 20 80
Полет с максимальной ско- 15 85
ростью
Горизонтальное торможение 20 70 10
Снижение по оптимальной 20 70 10
траектории
Аварийное снижение 10 80
Координированный разворот 20 80
с малым креном
Координированный разворот 20 80
с максимальным креном
Разворот со скольжением 20 70
Аварийные и сложные си- 10 90 10
туации
Группа экспертов - пилотов-инструкторов состояла из 5 опытных пилотов, 4 эксперта являются инструкторами Учебного центра "СПАРК" с большим опытом летной работы и налетом от 8000 часов до 19000 часов. В целом ими были выполнены учебные полеты с 5 пилотами непосредственно в АУЦ "СПАРК", с 10 пилотами в авиакомпаниях. В качестве экспертов привлекались также пилоты-инструкторы других авиакомпаний, которые по программе АУЦ "СПАРК" выполняли учебные полеты с пилотами своих авиакомпаний, прошедших теоретическую и тренажерную подготовку в АУЦ "СПАРК".
Экспертам было предложено дать развернутый ответ на один вопрос.
Вопрос 1. Для каких элементов полета, по вашему мнению, тренировки на тренажере с неподвижной кабиной недостаточно и нужна тренировка на тренажере с подвижной кабиной?
Ответы на вопрос 1 распределились согласно табл. 4 (в %).
Таблица 4
Элементы полета Достаточно тренажера с неподвижной каби- Необходима тренировка на тренажере с подвижной кабиной в объеме
ной 0,5 ч 1 ч 1,5 ч и более
Висение 90 10
Вертикальный набор высоты Разгон с набором высоты 100 100
Горизонтальный разгон 100
Полет с максимальной скоро- 100
стью
Горизонтальное торможение Снижение по оптимальной 90 100 10
траектории Аварийное снижение 100
Координированный разворот с 90 10
малым креном Координированный разворот с 90 10
максимальным креном
Разворот со скольжением 90 10
Аварийные и сложные ситуации 100
Вывод
Ответы подавляющего числа экспертов - опытных пилотов свидетельствуют о возможности качественной тренажерной подготовки пилотов гражданских вертолетов с использованием современного комплексного летного тренажера без системы подвижности. В процессе работы АУЦ "СПАРК" подобные опросы проводились регулярно и давали практически те же результаты.
ЛИТЕРАТУРА
1. Руководство по летной эксплуатации вертолета Ми-8МТВ. - М., 1994.
2. Засядько К. И., Лапа В.В. и др. Влияние длительных пилотажных перегрузок умеренных величин на функциональные возможности экипажа самолета // Военно-медицинский журнал. - 2008. - № 001. - С. 52 - 55.
FIXED BASE FULL FLIGHT SIMULATOR IN THE PROCESS OF CIVIL AIRCRAFT PILOTS' TRAINING
Rybkin P.N.
Consideration has been given to the g-forces acting on a civil helicopter pilot in flight. As demonstrated, the really acting g-forces do not affect the pilot's performance. A conclusion can be made that civil helicopter pilots can exercise flight procedures in the absence of really acting g-forces, i.e. using a fixed base full flight simulator with a modern visual system.
Key words: fixed base full flight simulator, helicopter.
Сведения об авторе
Рыбкин Павел Николаевич, 1962 г.р., окончил МАИ (1985), кандидат технических наук, доцент СПбГУ ГА, автор 20 научных работ, область научных интересов - поддержание летной годности воздушных судов, современные образовательные технологии.
