СПОСОБ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИМ СОСТОЯНИЕМ ЛЕТЧИКА В ПОЛЕТЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА Российский патент 2001 года по МПК G09B9/10 A61B5/16 

Изобретение относится к медицинской измерительной технике, а именно к системам контроля и управления функциональным и физиологическим состоянием летчика, а также может быть использовано для оценки профессиональной пригодности летчика.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является выбранный в качестве ближайшего аналога способ контроля и управления функциональным состоянием летчика в полете, заключающийся в сравнении полученных значений с эталонными данными, устранении рассогласования между ними и воздействии на состояние летчика (пат. РФ N 2150886, кл. A 61 B 5/16, опубл. 2000 г.).

Недостатками известного способа являются: отсутствие измерений биомедицинских параметров для контроля функционального и физиологического состояния летчика и достоверного определения его критического состояния, а также невозможность определения профессиональной пригодности летчика.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей способа, повышение достоверности определения функционального и физиологического состояний летчика в условиях полета, включая критическое, и определение профессиональной пригодности летчика.

Поставленная задача достигается тем, что в способе контроля и управления функциональным и физиологическим состоянием летчика в полете, заключающемся в том, что регистрируют текущие значения следующих параметров функционального состояния летчика: обжатие летчиком ручки управления самолетом, усилие обжатия летчиком ручки управления, изменение траектории движения ручки управления, усилие упора ног летчика на педалях, положение головы, дыхательный процесс с замерами фазы вдох-выдох-пауза, давление кислорода и качество смеси в тракте кислородной системы самолета, давление в противоперегрузочном костюме летчика, критическую высоту, текущую высоту и величину перегрузки, сравнивают полученные значения с эталонными, при отклонении значений регистрируемых параметров от эталонных формируют и передают сигнал на звуковой синтезатор для передачи летчику речевой информации о возникновении нештатной ситуации, при ее исключении летчиком отменяют команду, поданную на звуковой синтезатор, при выявлени критического состояния летчика подают сигнал на включение систем воздействия и стимуляции летчика, на перевод самолета в горизонтальную плоскость полета и включение автоматической системы управления полетом или посадкой, на включение защитных систем, через бортовую радиостанцию передают сообщение о потере летчиком сознания, при выходе летчика из критического состояния он отменяет команды и переходит к управлению самолетом, критическое состояние летчика выявляют, регистрируя биомедицинские параметры и сравнивая их с эталонными, при отклонении значений регистрируемых параметров от эталонных на величину, превышающую допустимую, получают информацию о том, что летчик находится в критическом состоянии и отменяют команды о формировании и передаче сигнала на звуковой синтезатор для передачи летчику речевой информации, после возвращения летчика к управлению разрешают подавать команды на звуковой синтезатор, при этом регистрируют следующие биомедицинские параметры: электрокардиограмму, электроэнцефалограмму, электромиограмму, электронистагмограмму, плетизмооксигемограмму сосудов мочки уха, прессопульсограмму мочки уха, прессопульсограмму плечевой артерии, электродерморезистограмму, термограмму тела летчика, состояние глаз, давление в гермошлеме, качество выдыхаемой смеси, видеонаблюдение за поведением летчика.

Известно устройство для контроля и управления функциональным состоянием летчика, реализующее известный способ, содержащее последовательно соединенные блок измерителей, блок анализа и управления, выходной блок (или блок воздействия) (пат. РФ N 2150886, кл. A 61 B 5/16, опубл. 2000 г.).

Недостатками известного устройства являются использование ограниченного количества датчиков для измерения параметров функционального и физиологического состояния летчика, отсутствие регистрации биомедицинских параметров.

Задачей изобретения в части устройства является расширение функциональных возможностей, повышение достоверности определения функционального и физиологического состояния летчика в полете, создание возможности регистрации биомедицинских параметров.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство контроля и управления функциональным и физиологическим состоянием летчика в полете содержащее последовательно соединенные блок функциональных измерителей, многоканальный входной интерфейс, первый блок анализа и управления, многоканальный выходной интерфейс и выходной блок, при этом блок функциональных измерителей выполнен в виде датчика обжатия летчиком ручки управления самолетом, датчика усилия обжатия летчиком ручки управления, смонтированных на ручках управления, датчика фиксации траектории движения ручки управления и датчика положения головы, размещенных в кабине самолета, датчика фиксации усилий упора ног летчика, смонтированного на педалях, датчика давления кислорода и датчика качества кислородной смеси, установленных в тракте кислородной системы самолета, датчика легочной вентиляции и термоанемометрического датчика, размещенных соответственно в кислородной маске летчика и в кислородном тракте самолета, пневмодатчика легочной вентиляции и пневмометрического датчика, смонтированных в воздушном тракте наддува воздушной смеси в противоперегрузочный костюм летчика, установленных на самолете радиовысотомера, баровысотомера, датчика перегрузки, датчика регистрации ответа летчика, датчика регистрации положения шасси, а выходной блок состоит из смонтированных в кабине самолета звукового синтезатора, бортовой радиостанции, систем воздействия на летчика и его стимуляции, автоматических систем управления полетом или посадкой самолета, системы катапультирования, системы внешней защиты самолета и системы записи на бортовой самописец, введены блок измерения биомедицинских параметров и второй блок анализа и управления, связанные между собой через многоканальный входной интерфейс, ко второму блоку анализа и управления подключены первый блок анализа и управления и выходной блок через многоканальный выходной интерфейс, при этом блок измерения биомедицинских параметров выполнен в виде установленных на теле летчика датчиков для регистрации электрокардиограммы, электроэнцефалограммы, электромиограммы, электронистагмограммы, плетизмооксигемограммы сосудов мочки уха, прессопульсограммы мочки уха, прессопульсограммы плечевой артерии, электродерморезистограммы, термограммы тела, установленных в гермошлеме системы видеонаблюдения за глазами и датчика давления, установленного в кислородной маске летчика датчика качества выдыхаемой смеси, размещенной в кабине системы видеонаблюдения.

На чертеже показана схема устройства контроля и управления функциональным и физиологическим состоянием летчика в полете, содержащая блок функциональных измерителей - "а", блок измерения биомедицинских параметров - "б", первый 30 и второй 31 блоки анализа и управления, соединенные с общими входным 32 и выходным 33 многоканальными интерфейсами.

Входными элементами дискретного ввода являются схемы обработки сигналов датчиков.

Оконечными элементами дискретного вывода являются транзисторные или иные ключи с реле, контакты которых управляют цепями нагрузок.

Обработка информации и формирование команд обеспечивается ЭВМ в соответствии с программой обработки и управления.

В блок функциональных измерителей "а" входят следующие датчики:
датчик 1 обжатия летчиком ручки управления самолетом;
датчик 2 усилия обжатия ручки смонтирован на ручке управления и фиксирует усилие, с которым летчик обжимает ручку;
датчик 3 фиксации траекторий движения ручки управления в полете смонтирован в кабине самолета и фиксирует положение ручки во время полета;
датчик 4 фиксации положения и траектории движения головы смонтирован в кабине самолета и сигнализирует об отклонении положения головы от вертикали;
датчик 5 фиксации усилий упора ног смонтирован в самолете на педалях или других местах, предназначенных для упора ног, фиксирует концентрацию летчика для восприятия перегрузок;
датчик 6 легочной вентиляции смонтирован в кислородной маске летчика и регистрирует дыхательный процесс и правильное использование кислородного оборудования;
датчик 7 давления кислорода смонтирован в тракте кислородной системы самолета и сигнализирует об аварийном остатке кислорода;
датчик 8 качества смеси смонтирован в тракте кислородной системы самолета и сигнализирует о порциональном содержании кислорода, азота и других газов в воздушной смеси, поступающей в дыхательную трубку летчика;
термоанемометрический датчик 9 смонтирован в кислородном тракте самолета и позволяет производить замеры фазы вдох-выдох-пауза;
пневмометрический датчик 10 смонтирован в воздушном тракте наддува воздушной смеси в противоперегрузочный костюм летчика и обеспечивает съем информации о давлении в противоперегрузочном костюме;
пневмодатчик 11 легочной вентиляции смонтирован в воздушном тракте наддува воздушной смеси в противоперегрузочный костюм летчика и обеспечивает возможность замера фазы вдох-выдох-пауза;
радиовысотомер 12 смонтирован на самолете для определения опасной высоты полета;
баровысотомер 13 смонтирован на самолете для определения текущей высоты полета;
датчик 14 перегрузки смонтирован на самолете для определения величины перегрузки;
датчик 15 смонтирован на самолете и сигнализирует об убранном шасси при взлете и выпущенном шасси при посадке;
датчик 16 регистрации ответа летчика смонтирован на самолете и регистрирует ответную реакцию летчика на запрос Системы.

Блок измерения биомедицинских параметров "б" состоит из установленных на теле летчика датчиков, регистрирующих:
17 электрокардиограмму;
18 электроэнцефалограмму;
19 электромиограмму;
20 электронистагмограмму;
21 плетизмооксигемограмму сосудов мочки уха;
22 прессопульсограмму мочки уха;
23 прессопульсограмму плечевой артерии;
24 электродерморезистограмму;
25 термограмму тела летчика,
а также следующих датчиков и систем:
системы видеонаблюдения 26 за глазами летчика установленной в гермошлеме; датчика 27 давления, установленного в гермошлеме;
датчика 28 качества выдыхаемой смеси, установленного в кислородной маске летчика;
системы 29 видеонаблюдения за поведением летчика, размещенной в кабине.

В выходной блок "в" входят:
бортовая радиостанция 34;
система 35 воздействия на летчика - подача 100% кислорода из кислородного тракта самолета;
система 36 шумо- и звукостимуляции;
система 37 электростимуляции;
система 38 автоматического управления полетом;
система 39 катапультирования;
система 40 защиты самолета при угрозе извне;
система 41 записи текущей информации с блоков "а" и "б" в реальном масштабе времени на бортовой самописец самолета;
система 42 автоматической посадки;
звуковой синтезатор 43;
Устройство работает следующим образом.

Во время полета сигналы с датчиков 1-16 поступают в блок анализа 30, а с датчиков и систем 17-29 - в блок 31. В блоках анализа 30 и 31 поступающие сигналы анализируются методом сравнения. За основу для сравнения принимаются данные, полученные научным и экспериментальным путем после долголетних исследований, и вносятся в блок анализа как критерий. Показания датчиков и систем 1-29 постоянно записываются в бортовой самописец 41.

При отклонении данных, поступающих от датчиков 1-16, над данными, взятыми за основу, при допустимых отклонениях данных, поступающих от датчиков и систем 17-29, блок анализа 30 формирует и передает сигнал на звуковой синтезатор 43 для передачи летчику речевой информации об угрозе (конкретно сообщается, что необходимо предпринять, например: "притяни маску", "подними голову", "обожми ручку", "напряги ноги", "проверь кислород" и др.). Летчик должен в ограниченный период времени (время реакции летчика определено расчетным и экспериментальным путем) устранить нештатную ситуацию. При этом можно определять профессиональную пригодность летчика по формуле: t_д/t_пр ≅ 1, где t_д - действительное время реакции летчика на нештатную ситуацию, a t_пр - предельно допустимое время реакции летчика. В этом случае блок анализа 30 отменяет команду, поданную на звуковой синтезатор 43, и летчик продолжает полет в обычном режиме. При недопустимом отклонении данных, поступающих от датчиков и систем 17-29, над данными, взятыми за основу, на блок 31 поступит информация о его критическом состоянии. Блок 31 формирует и передает команду блоку 30 на прекращение передачи всех команд блоку "в", кроме записи в бортовой самописец 41. Также блок 31 формирует и передает на блок "в" следующие команды:
на перевод самолета в горизонтальную плоскость полета на безопасной или заранее заданной высоте;
на передачу через бортовую радиостанцию 34 на командный пункт сообщения: "борт N 28 летчик потерял сознание";
на включение автоматической системы 38 управления полетом; на включение автоматической системы 42 посадки;
на включение системы 39 катапультирования (в случае расхода всего топлива, возгорания двигателей, повреждения самолета и др.);
на включение системы 35 подачи 100% кислорода для скорейшего восстановления летчика;
на включение системы 36 шумо- и звукостимуляторов для скорейшего восстановления летчика если это возможно;
на включение системы 37 электростимуляторов для скорейшего восстановления летчика если это не повредит здоровью летчика;
на включение систем 40 защиты самолета при угрозе извне.

В любой момент времени, когда летчик выйдет из критического состояния и будет способен контролировать ситуацию и управлять самолетом, блок 31 разрешает блоку 30 формировать и передавать команды на выходной блок "в". После чего летчик нажатием "ответной кнопки" или голосовым сообщением (датчик 16 регистрирует ответ летчика) отменяет все команды Системы и принимает управление на себя.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет с большой достоверностью определить функциональное и физиологическое состояние летчика в полете, оперативно воздействовать на его состояние, а по полученным данным с блоков функциональных измерителей и измерения биомедицинских параметров оценивать профессиональную пригодность летчика.

Изобретение относится к измерительной технике, используемой для оценки профессиональной пригодности летчика. В способе регистрируют текущие значения параметров функционального состояния летчика и при допустимых отклонениях от эталонных формируют команду на звуковой синтезатор для передачи летчику речевой информации о возникновении нештатной ситуации. При критическом состоянии летчика включают систему его стимуляции, автоматическую систему управления полетом или посадкой и защитные системы. Критическое состояние летчика выявляют, регистрируя биомедицинские параметры и сравнивая их с эталонными. При критическом состоянии отменяют команду на звуковой синтезатор. В устройство входят блок функциональных измерителей, блок измерения биомедицинских параметров, входной и выходной интерфейсы, выходной блок, а также два блока анализа и управления. Данное техническое решение характеризуется повышенной достоверностью определения состояния летчика в условиях полета. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ контроля и управления функциональным и физиологическим состоянием летчика в полете, согласно которому регистрируют текущие значения параметров функционального состояния летчика, характеризующих обжатие летчиком ручки управления самолетом, усилие обжатия летчиком ручки управления, изменение траектории движения ручки управления, усилие упора ног летчика на педалях, положение головы, дыхательный процесс с замерами фазы вдох-выдох-пауза, а также давление кислорода и качество смеси в тракте кислородной системы самолета, давление в противоперегрузочном костюме летчика, критическую высоту, текущую высоту и величину перегрузки, сравнивают полученные значения с эталонными и при допустимых отклонениях значений регистрируемых параметров от эталонных формируют и передают команду на звуковой синтезатор для передачи летчику речевой информации о возникновении нештатной ситуации, а после ее исключения летчиком отменяют команду, поданную на звуковой синтезатор, при выявлении критического состояния летчика подают сигнал на включение систем воздействия и стимуляции летчика, на перевод самолета в горизонтальную плоскость полета и включение автоматической системы управления полетом или посадкой и на
включение защитных систем, через бортовую радиостанцию передают на командный пункт сообщение о потере летчиком сознания, при выходе летчика из критического состояния отменяют команды и переходят к управлению самолетом летчиком, отличающийся тем, что критическое состояние летчика выявляют, регистрируя биомедицинские параметры и сравнивая их с эталонными, при отклонении значений регистрируемых биомедицинских параметров от эталонных на величину, превышающую допустимую, получают информацию о нахождении летчика в критическом состоянии и отменяют формирование и передачу команды на звуковой синтезатор для передачи летчику речевой информации, а после возвращения летчика к управлению вновь формируют и передают указанную команду на звуковой синтезатор. 2. Способ контроля и управления функциональным и физиологическим состоянием летчика в полете по п.1, отличающийся тем, что регистрируемые биомедицинские параметры включают в себя электрокардиограмму, электроэнцефалограмму, электромиограмму, электронистагмограмму, плетизмооксигемограмму сосудов мочки уха, прессопульсограмму мочки уха, прессопульсограмму плечевой артерии, электродерморезистограмму, термограмму тела летчика, состояние глаз, давление в гермошлеме, качество выдыхаемой смеси, наблюдение за поведением летчика. 3. Устройство контроля и управления функциональным и физиологическим состоянием летчика в полете, содержащее последовательно соединенные блок функциональных измерителей, многоканальный входной интерфейс, первый блок анализа и управления, многоканальный выходной интерфейс и выходной блок, при этом блок измерителей выполнен с использованием датчика обжатия летчиком ручки управления самолетом и датчика усилия обжатия летчиком ручки управления, смонтированных на ручках управления, датчика фиксации траектории движения ручки управления и датчика положения головы, размещенных в кабине самолета, датчика фиксации усилий упора ног летчика, смонтированного на педалях, датчика давления кислорода и датчика качества кислородной смеси, установленных в тракте кислородной системы самолета, датчика легочной вентиляции и термоанемометрического датчика, размещенных соответственно в кислородной маске летчика и в кислородном тракте самолета, пневмодатчика легочной вентиляции и пневмометрического датчика, смонтированных в воздушном тракте наддува воздушной смеси в противоперегрузочный костюм летчика, а также установленных на самолете радиовысотомера, баровысотомера, датчика перегрузки, датчика регистрации ответа летчика и датчика регистрации положения шасси, а выходной блок состоит из смонтированных в кабине самолета звукового синтезатора, бортовой радиостанции, систем воздействия на летчика и его
стимуляции, автоматических систем управления полетом или посадкой самолета, системы катапультирования, системы внешней защиты самолета и системы записи на бортовой самописец, отличающееся тем, что в него введены блок измерения биомедицинских параметров и второй блок анализа и управления, связанные между собой через многоканальный входной интерфейс, к выходам второго блока анализа и управления подключены первый блок анализа и управления и через многоканальный выходной интерфейс - выходной блок. 4. Устройство контроля и управления функциональным и физиологическим состоянием летчика в полете по п.3, отличающееся тем, что блок измерения биомедицинских параметров выполнен с использованием установленных на теле летчика датчиков для регистрации электрокардиограммы, электроэнцефалограммы, электромиограммы, электронистагмограммы, плетизмооксигемограммы сосудов мочки уха, прессопульсограммы мочки уха, прессопульсограммы плечевой артерии, электродерморезистограммы, термограммы тела, а также установленных в гермошлеме системы видеонаблюдения за глазами и датчика давления, установленного в кислородной маске летчика, датчика качества выдыхаемой смеси и размещенной в кабине самолета системы видеонаблюдения.