CC BY
128
2009
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Аэромеханика и прочность
№ 138
УДК 533.6.05
ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПИЛОТИРОВАНИЯ В РЕЖИМЕ ПОЛЕТА ПО ГЛИССАДЕ
И.И. ТИХИЙ, В.В. КАШКОВСКИЙ, С.П. ПОЛУЭКТОВ Статья представлена доктором технических наук, профессором Мухопад Ю.Ф.
Предлагается новая методика оценки качества пилотирования самолетом в режиме полета по глиссаде, основанная на применении статистических методов обработки полетной информации. Приводятся результаты экспериментальных исследований с применением разработанной методики.
Задача оценивания качества пилотирования на этапе посадки традиционно является актуальной как для гражданской, так и для военной авиации. В настоящее время оценка качества пилотирования осуществляется по принципу допускового контроля параметров полета в контрольных сечениях (рис. 1): выход на посадочный курс (сечение 1), снижение на посадочном курсе, проход дальнего приводного радиомаяка (сечение 2), проход ближнего приводного радиомаяка (сечение 3), выравнивание и приземление (сечение 4).
Рис. 1. Этап снижения самолета по глиссаде: Контролируемые параметры 6¥ - отклонение от заданного курса; а - угол атаки; 5Н - отклонение от заданной высоты;
У^иб - скорость приборная; 5у - отклонение от заданной скорости; место - координаты точки касания взлетно-посадочной полосы; N - вертикальная перегрузка
Итоговая оценка выставляется по результатам анализа нормативных параметров в контрольных сечениях.
Исследования объективной информации бортовых устройств регистрации (БУР) по множеству полетов, выполненные авторами, показали, что допусковые оценки не являются исчерпывающими оценками качества пилотирования. Этот факт был установлен путем оценки коэффициента корреляции между нормативными показателями, полученными по
множеству реализаций полета по глиссаде:
(1)
Г =
ху
хУ
1
где Кху =-----Х(х; _тх)(у;_ту) - оценка корреляционного момента случайных величин X
п-11=1
~ 1 п
и У; тх =—^х; - оценка математического ожидания случайной величины X (аналогично П 1=1
П
~ 1 п ~
для случайной величины У); ¿х =------^(х; -тх) - оценка дисперсии случайной величины
п—1 ;=1
X (аналогично для случайной величины У); ~х = ^ Бх - оценка среднего квадратичного отклонения случайной величины X (аналогично для случайной величины У); п - объем выборки; х; - 1-е значение случайной величины X; у; - 1-е значение случайной величины У.
В качестве X и У в (1) используются нормативные параметры, оцениваемые при приземлении: угол атаки, перегрузка вертикальная и скорость приборная.
Оценка коэффициентов корреляции осуществлялась по 837 полетам двух типов самолетов (Т-6МР и Т-8). В результате исследований было установлено, что частные оценки качества пилотирования по выдерживанию угла атаки, вертикальной перегрузки и приборной скорости при посадке не связаны между собой, так как во всех случаях величина коэффициента корреляции гху между частными оценками X и У не превысила 0,04. Это обстоятельство позволяет сделать вывод о том, что существующие методики оценивания качества пилотирования не в полной мере используют объективную информацию БУР. В частности, не учитывается качество пилотирования в промежутках между сечениями рис. 1 - 4. Поэтому представляется целесообразным дополнить существующую методику оценки качества пилотирования новыми составляющими.
Предлагается следующая методика оценки качества пилотирования самолетом в режиме полета по глиссаде.
В качестве информативного параметра выбрано перемещение ручки управления самолетом по тангажу (РУСтг). Выбор основан на исследованиях, выполненных в институте космической медицины [1, 2], в которых был установлен факт взаимосвязи между структурой отклонения ручки управления самолетом и качеством пилотирования.
Перемещение ручки управления самолетом РУСтг с помощью цифрового КИХ-фильтра [3, 4, 5] с частотой настройки 0,5 Гц было разделено на высокочастотную и низкочастотную составляющие. Указанная величина настройки КИХ-фильтра соответствует частоте собственных колебаний фронтового самолета по углу атаки. Низкочастотная составляющая (тренд) характеризует траекторное управление самолетом. Высокочастотная составляющая, также называемая в теории безопасности полетов исполнительской моделью (ИМ) летчика, характеризует индивидуальную манеру пилотирования летчика.
В целях получения оценки качества пилотирования были выполнены исследования ИМ по материалам 837 полетов самолетов фронтовой авиации и полетов на тренажере. Исследования показали, что во всех случаях плотность распределения сигнал ИМ ГИМ (8 рустг ) в целях исследований может быть представлена в виде суммы двух законов распределения:
ГИМ (8РУСтг ) = Р1Г1(8РУСтг )+Р2Г2(8РУСтг К (2)
где 8рустг - сигнал ИМ, зарегистрированный БУР и обработанный КИХ-фильтром;
0 1 ( 8РУСтг )2
Г1(8рустг )=—-— е 20 - нормальный закон распределения с нулевым математическим
оу2я
8рус
тг
о —я<
ожиданием и со средним квадратичным отклонением, равным о; Г2(8рустг ) = 0,51е двустороннее экспоненциальное распределение (распределение Лапласа [6]) с интенсивностью 1; Р1 и Р2 - вероятности отклонения ИМ по закону Г и Г2, соответственно, Р1 + Р2 = 1.
Типичная форма плотности распределения 1ИМ (8рустг ) хорошо подготовленного летчика, полученная при обработке полетной информации БУР, показана на рис. 2.
о
Тим(3 РУСтг]
град~1 0,8
0.8
0.7
0.6
0,5
0.4
0.3
0,2
0.1
0
-2-1 0 1 ^
орусТГ,
град
Рис. 2. Типовой вид плотности распределения ИМ
На рис. 2 линией 1 условно показана граница между законами распределения ИМ. Выше линии 1 наблюдается фрагмент симметричного экспоненциального распределения, а ниже ее
- фрагменты нормального закона распределения.
Исследования полетов на тренажере показали, что качество пилотирования определяется соотношением между плотностями распределения 1 и 12, поэтому количественно оценку пилотирования можно выразить через параметры распределения Р1, Р2, о и 1. Так, в частности, при полетах на тренажере было установлено, что чем больше вероятность Р1, тем ниже общий уровень подготовки летчика.
Таким образом, задача оценки качества пилотирования была трансформирована в задачу
оценки параметров распределения 1ИМ (8рустг ) .
Следует отметить, что продолжительность полета по глиссаде составляет в среднем
примерно 100 с, что дает объем выборки примерно 400 дискретных измерений 8рустг . Такой
объем выборки недостаточен для точного построения гистограммы 1ИМ (8рустг ) и приводит к существенным статистическим погрешностям оценок Р1, Р2, о и 1. Помимо этого получение оценок Р1, Р2 и о по экспериментальным данным составляет существенную методическую и практическую трудность. Поэтому возникла необходимость разработки критерия качества пилотирования, который можно было бы использовать в практике летной эксплуатации.
Анализ показал, что в качестве предварительных критериев оценки качества пилотирования можно использовать следующие параметры распределения:
- максимум плотности распределения М = тах 1ИМ (8 рустг ) (рис. 3);
8рустг
- длина интервала ЛЬ, на котором плотность распределения 1ИМ (8рустг ) принимает значения более 0,02 град-1 (рис. 3);
- отношение максимума М плотности распределения к длине интервала DL (M/DL );
- среднее квадратичное отклонение ИМ s ИМ =
V
)РУСТ
1 ИМ = 0,5 j
интенсивность
(8 РУСтг f ИМ (5 РУСтг )
Тмм(5РУСТГ\
град_1
* 0.9
0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
j(8РУСтг )2fИМ (8РУСтг )Э81 -¥
экспоненциального распределения ИМ
Э8
РУСТ
j
м
-2 ■1 0 1 Л L о 5 русТГ град
Рис. 3. Параметры плотности распределения ИМ
Для сравнительного анализа предварительных критериев оценки качества пилотирования и установления их взаимосвязи с уровнем подготовки летчиков была выполнена обработка полетной информации 428 персонифицированных полетов самолета Т-6МР, в каждом из которых был известен летчик и его уровень классной квалификации. При проведении анализа каждому уровню классной квалификации было поставлено в соответствие определенное число (в баллах): 1 класс - 1 балл; 2 класс - 2 балла; 3 класс - 3 балла; "без классной квалификации" - 4 балла.
Для оценки значимости критериев оценки качества пилотирования был выполнен регрессионный анализ между показателем классности летчика и соответствующими статистическими параметрами.
Результаты вычислений коэффициентов корреляции представлены в табл. 1.
Таблица 1
Наименование параметра Значение параметра
Коэффициент корреляции между "Классность" и "AL" -0,648
Коэффициент корреляции между "Классность" и "аИМ" -0,595
Коэффициент корреляции между "Классность" и "М" 0,563
Коэффициент корреляции между "Классность" и "M/AL" 0,447
Коэффициент корреляции между "Классность" и "1ИМ" 0,334
В результате анализа данных табл. 1 было установлено, что наиболее сильную связь с уровнем классной квалификацией КИМ имеет критерий АЬ.
Для данного критерия качества пилотирования методом наименьших квадратов была построена линия регрессии 2-го порядка:
Ким(АЬ) = аАЬ2 + ЬАЬ + с = 0,054АЬ2 - 0,847АЬ + 4,569, (3)
представленная на рис. 4.
Рис. 4. Линия регрессии КИМ (АЬ)
По данной линии регрессии Ким(АЬ) была проведена градуировка критерия АЬ. Результаты приведены на рис. 5.
К
им(А1-)>
балл
вк
Гч. I ' 3 класс
1 і
і 2 клэ сс
ИГ Л 300
' 1
і I
•1. 129 00 2 3 00 3 02 00 4 О О СИ 5 ¡53 00 е 00 7 00 о . о 00 А Ь,грі
Рис. 5. Градуировка критерия АЬ по линии регрессии КиМ(АЬ)
Таким образом, представляется возможным для каждого уровня классной квалификации ввести границы изменения длины интервала, на котором плотность распределения принимает значения более 0,02 град-1 (АЬ):
- 1 класс - АЬ более 5,68 град;
- 2 класс - АЬ от 3,02 град до 5,68 град;
- 3 класс - АЬ от 1,39 град до 3,02 град;
- "без классной квалификации" - АЬ менее 1,39 град.
Полученный критерий качества пилотирования можно достаточно легко найти по результатам обработки полетной информации штатными наземными устройствами обработки. Несмотря на то, что разработанный критерий не предназначен для замены современных критериев оценки качества пилотирования, он обладает по сравнению с ними рядом важных, с практической точки зрения, преимуществ.
Существующие критерии оценивают точность выдерживания параметров полетов в заданных сечениях, а полученные оценки в значительной степени носят случайный характер, поэтому они слабо связаны с уровнем подготовки летчика. При этом получение высокой оценки не гарантирует высокую летную квалификацию, что подтверждается коэффициентами корреляции (табл. 2).
Таблица 2
Наименование параметра Значение параметра
Коэффициент корреляции между "Классность" и "Оценка за посадку" -0,056
Коэффициент корреляции между "Классность" и "Вертикальная перегрузка при касании взлетно-посадочной полосы" 0,145
Коэффициент корреляции между "Классность" и "Угол атаки при касании взлетно-посадочной полосы " -0,100
Коэффициент корреляции между "Классность" и "Приборная скорость при касании взлетно-посадочной полосы " 0,054
В отличие от существующих предложенный критерий оценивает не точность пилотирования, а манеру управления самолетом на этапе снижения по глиссаде, которая непосредственно связана с уровнем подготовки летчика.
Применение критерия АЬ естественным образом вписывается в практику летной подготовки и может служить наглядной информацией для руководящего летного состава при организации индивидуальной летной подготовки. Если показатель АЬ для летчика стабилен и превышает присвоенную ему классную квалификацию, то руководитель летной подготовки может допустить его к более сложным летным упражнениям и представить к испытаниям на более высокую классную квалификацию. И наоборот, если по показателю АЬ молодой летчик не может стабилизировать свою манеру пилотирования, то целесообразно рекомендовать ему дополнительные полеты на тренажере, повторное выполнение незачтенных летных упражнений или полеты с инструктором.
Исследования показывают, что данный критерий оценки качества пилотирования можно использовать на любых типах самолетов гражданской и военной авиации, оборудованных цифровыми БУР. Представляется, что наибольший интерес по внедрению данного критерия в практику летной подготовки должен быть вызван у командного состава летных училищ и авиационных частей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Авиационная медицина; Под ред. Н.М. Рудного, П.В. Васильева, С. А. Гозулова. - М.: Медицина, 1986.
2. Фролов Н.И. Пути изучения работоспособности летчика в полете / Космическая биология, 1978. № 1.
3. Лем Г. Аналоговые и цифровые фильтры. Расчет и реализация: Пер. с англ. И.Н. Теллюка. - М.: Мир, 1982.
4. Голд Б., Рейдер И. Цифровая обработка сигналов. - М.: Сов. радио, 1973.
5. Капелини В., Константинидис А.Дж. , Эмилиани П. Цифровые фильтры и их применение: Пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат, 1983.
6. Петрович М. Л., Давидович М.И. Статистическое оценивание и проверка гипотез на ЭВМ. - М.: Финансы и статистика, 1989.
ESTIMATION OF QUALITY OF PILOTING IN THE MODE FLIGHT ON GLIDE PATH
Tikhiy I.I., Kashkovsky V.V., Poluektov S.P.
New method of the estimation of quality of aircraft piloting in the mode of flight on glide path based on application of statistical methods of flight information processing is considered. Results of experimental researches by means of application of the developed method are worked out.
Сведения об авторах
Тихий Иван Иванович, 1954 г.р., окончил Киевское ВВАИУ (1976), кандидат технических наук, доцент кафедры эксплуатации авиационного оборудования летательных аппаратов Иркутского ВВАИУ (ВИ), автор свыше 80 научных работ, область научных интересов - надежность, техническая диагностика, испытания и эксплуатация сложных систем, управление техническим состоянием, обработка статистических данных, статистическое моделирование.
Кашковский Виктор Владимирович, 1955 г.р., окончил ВВИА им. НЕ. Жуковского (1983), кандидат технических наук, доцент кафедры эксплуатации авиационного оборудования летательных аппаратов Иркутского ВВАИУ (ВИ), автор свыше 50 научных работ, область научных интересов -техническая эксплуатация, надежность, управление техническим состоянием, безопасность полетов, обработка статистических данных, статистическое моделирование.
Полуэктов Сергей Павлович, 1973 г.р., окончил Иркутское ВВАИУ (1995), адъюнкт кафедры эксплуатации авиационного оборудования летательных аппаратов Иркутского ВВАИУ (ВИ), автор 2 научных работ, область научных интересов - безопасность полетов, обработка статистических данных, статистическое моделирование.
