СПОСОБ ВЫВОДА ЛЕТЧИКА ИЗ СОСТОЯНИЯ ОСОЗНАННОЙ ИЛЛЮЗИИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ И НАРУШЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОРИЕНТИРОВКИ Российский патент 2006 года по МПК B64C13/10 G05G5/03 

Изобретение относится к области авиационной техники и предназначено дня борьбы с нарушениями пространственной ориентировки летчика, а также доя предупреждения аварийных ситуаций в полете, и может быть использовано при разработке систем управления маневренных самолетов.

Иллюзии пространственного положения (ИПП) и нарушение пространственной ориентировки (НПО) в полете - это неправильное, искаженное отражение в сознании летчика положения ЛА в пространстве и движения относительно земной поверхности [Камышев И.А., Лазарев В.Г. О пространственных иллюзиях летчиков. Ж. Вопросы психологии, 1973 г., № 1, А.Д.Бенсон. Пространственная дезориентация в полете, Ж. Проблемы психологии и эргономики, № 5, 2002 г. Специализированный выпуск. Безопасность полетов. Тверь].

Нарушения пространственной ориентировки (НПО) [Малинин И. Иллюзии пространственного положения летчика в полете и их влияние на работоспособность и пространственную ориентировку, Ж. Авиапанорама, май-июнь 2003 г.] классифицируются на 3 основных типа: тип I охватывает неосознанные или неопознанные нарушения, тип II - осознанные нарушения и тип III - нарушения пространственной ориентировки с полной утратой работоспособности летчика. Первый тип описывает нарушения пространственной ориентировки, когда летчик по своим ощущениям убежден в том, что пилотируемый им самолет находится в устойчивом пространственном положении, на стабильной траектории полета. При этом показания основных пилотажно-навигационных приборов об опасных отклонениях самолета от нормального режима полета, которые противоречат внутренним соматическим ощущениям летчика о благополучном ходе полетного задания, могут остаться незамеченными из-за перегруженности пилота или отвлечения внимания от задач пилотирования на другие задачи сопутствующей или совмещенной деятельности, рассеянности или просто преднамеренного игнорирования инструментальной информации о полете. Статистика говорит, что на первый тип этого экстремального состояния (НПО-I), часто обозначаемый как «пилотируемый полет технически исправного воздушного судна до столкновения с землей», приходится свыше 50% всех летных происшествий, вызванных нарушениями пространственной ориентировки. Второй тип нарушений пространственной ориентировки (НПО-II) описывает состояние осознанного летчиком сенсорного конфликта, когда он явственно наблюдает несоответствие показаний пилотажно-навигационных приборов тому субъективному ощущению и восприятию, которые испытывают он (она), его (ее) психика, органы чувств и анализаторные системы. В ряде случаев летчик может отвергать такое проявление НПО, приписывая расхождения собственных ощущений о пространственном положении с показаниями пилотажно-навигационных приборов отказу последних (что практически маловероятно при достигнутом уровне высокой надежности и научно-технического прогресса в современном авиаприборостроении). Третий тип (НПО-III) охватывает те случаи нарушений пространственной ориентировки, когда летчик отдает себе отчет в этом состоянии, но не способен из него выйти в результате полной дезорганизации взаимодействия зрительного, вестибулярного и двигательного анализаторов в полете, например при возникновении неконтролируемого нистагма глаз из-за вращения самолета в штопоре или неспособности выполнить целенаправленное двигательное действие, например при переживании феномена «гигантской руки» - особого психического состояния, которое испытывается летчиком как полный отрыв от кабины самолета и вмешательство в управление полетом неких потусторонних сил. Хотя нарушения пространственной ориентировки II и III типов, в отличие от НПО I типа, в целом считаются менее вероятными событиями и причинами летных происшествий, нарушения II типа продолжают фигурировать в авиамедицинской статистике летных происшествий как достаточно частые, а в истребительной авиации на долю НПО III приходится даже 10-15% всех случаев летных происшествий, спровоцированных нарушениями пространственной ориентировки летного состава.

Особенно велика вероятность возникновения иллюзий второго типа при работе с коллиматорным индикатором, так как, используя индикатор, летчик лишается возможности воспринимать показания приборов на приборной доске и не видит пространства кабины («колодезный эффект»), тогда как изображение коллиматорного индикатора находится в безопорном пространстве. Эти явления наиболее вероятны при изменении скорости полета, после изменения положения ЛА в условиях отсутствия видимости естественного горизонта, при полетах в сложных метеорологических условиях (СМУ), в облаках, ночью, на больших высотах, при сложных маневрах ЛА в условиях воздушного боя.

Известны способы профилактики или борьбы с НПО:

- улучшение системы отображения информации и ее надежности;

- специальные тренировки летчика по использованию приборной информации;

- определение ситуации, предшествующей НПО, по модели рецепторов человека;

- вывод самолета в горизонтальное положение посредством автопилота.

Применение каждого из этих способов имеет ограниченную эффективность, о чем свидетельствует отсутствие значительного прогресса в направлении снижения количества летних происшествий из-за НПО, частности свидетельств летчиков, попадавших в ситуацию НПО [Гарнаев А.Ю. Аэроузел 2. Ошибка пилота. Свой горький опыт: пространственная ориентировка, Ж. Авиапанорама, май-июнь, 2003 г.].

Главным недостатком известных способов является то, что они не обеспечивают преодоление летчиком в случае НПО синдрома недоверия к приборной информации, а это является главным отрицательным фактором.

В частности, известен патент США 5629848, май 13, 1997 [United States Patent: 5:629.848. Spatial disorientation detector. May 13. 1997. Intern'I Class G 06 F 007/70] на систему для предотвращения потери пространственной ориентации путем определения попадания летчика и самолета в условия, вызывающие предпосылки к НПО, посредством использования модели работы сенсорных каналов летчика при определенных эволюциях самолета.

Данная система способна выдавать предупреждения о возможности возникновения НПО, но не способствует ликвидации уже имеющего место НПО.

Известно свидетельство на полезную модель №28265 «Пилотажная система индикации летчика», включающая индикатор на лобовом стекле (ИЛС), нашлемную систему индикации (НСИ), прибор ночного видения, схему съема саккадических движений глаз летчика и амплитудный анализатор.

Однако данная система только частично позволяет устранять иллюзии пространственного положения (ИПП) у летчика, связанные с восприятием пространства в коллиматорных приборах.

Вибротактильная система TSAS Tactile Situation Awareness System [TSAS] USA (Internet: http://www.namrl.navy.mil.acce.1/TSAS) (Интернет: http://www.namrl.navy, mil/accel), получая сигналы от датчиков пространственного положения, создает «волну» ощущений механорецепторов кожи, ориентирующих летчика на восстановление горизонтального полета. Матрица из датчиков встраивается в спецснаряжение летчика (аналог).

Аналогичная система с рецепцией на конечностях летчика была создана в СССР в 60-х годах и проходила летные испытания, но практического внедрения не получила, так как не обладала свойством ассоциативности с привычными ощущениями при потере равновесия [А.Л.Аваев, А.С.Миркин, А.С.Сыромятников. Результаты исследования вибротактильной системы индикации для ориентации оператора объекта на опасное направление, Ж. Эргономика № 2, 1988 г., г. Калинин].

Кроме того, система не обеспечивает психологической преемственности подачи сигналов летчиком-инструктором обучаемому на отклонения органа управления в процессе обучения и по этой причине не способна создавать эффект доверия.

Известен способ, включающий индицирование параметров пространственной ориентации самолета, перевод с ручного на автоматическое управление ЛА в режим «приведения к горизонту» в случае аварийной ситуации (Авторское свидетельство СССР № 354707, кл. 64 С 13/22, приор. 1971 г.). Все упомянутые способы не включали элемент психологической поддержки летчика и не снижали синдром недоверия к системе отображения информации [Гарнаев А.Ю. Аэроузел. Ошибка пилота: Свой горький опыт: пространственная ориентировка, Ж. Авиапанорама, май-инюнь 2003 г.].

Существенная вероятность возникновения аварийной ситуации в полете при осознанном нарушении пространственной ориентации у летчика в случае НПО имеет место при изменении скорости полета, после изменения положения ЛА в условиях отсутствия видимости естественного горизонта, ночью, на больших высотах, в результате снижения доверия летчика к показаниям прибора и, как следствие, ошибочных действий [А.Д.Бенсон. Пространственная дезориентация в полете, Ж. Проблемы психологии и эргономики, № 5, 2002 г. Специализированный выпуск. Безопасность полетов. Тверь].

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в оказании летчику психологической поддержки в полете при возникновении осознанной иллюзии НПО в случае правильных показаний приборов из-за противоречий информации, полученной летчиком от приборов и сигналов от вестибулярного аппарата и механорецепторов с целью снятия синдрома недоверия к приборной информации.

Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе, включающем индицирование параметров, определяющих пространственную ориентировку самолета, перевод с ручного на автоматическое управление в режим «приведения к горизонту», дополнительно подают импульсные воздействия на ручку управления одновременно с началом режима «приведения к горизонту».

При этом в течение 5-20 с формируют последовательность ощущений механорецепторов руки летчика посредством импульсных воздействий, имитирующих воздействие пилота-инструктора на учебном самолете, что обеспечивает снятие синдрома недоверия к приборной информации на уровне подсознания и выводит летчика из состояния НПО.

Кроме того, имитирующие воздействия пилота-инструктора импульсные воздействия ручки управления создают посредством толчков ручки управления от направленных импульсов тактильного устройства постоянной амплитуды с частотой, пропорциональной величине отклонения от горизонтального полета.

Способ реализуется автоматическим переводом самолета в горизонтальный полет с обеспечением при этом снятия синдрома недоверия к приборной информации, что обеспечивает безопасность полета.

Предлагаемый способ поясняется чертежом, на котором изображена схема автоматического «приведения к горизонту» с тактильным устройством.

Схема состоит из САУ 1 и датчиков параметров и координат движения ЛА 2, вычислителя 3 управляющих сигналов САУ, усилителей 4, последовательного рулевого агрегата управления (РАУ) 5, привода с гидроусилителем 15, рулевых поверхностей 13, проводки управления 17, органов управления, например ручки управления 18, датчиков обратной связи по положению РАУ 6, компаратора 7, импульсного генератора 9, вибратора механических силовых импульсов 14, качалки 16, нелинейного преобразователя 8 типа зоны нечувствительности, системы тактильного управления (СТУ) 10 с процессором 11, ограничителя перегрузки 12 загрузочных пружин с триммерным механизмом 19. На первые входы вычислителя 3 САУ 1 поступают сигналы пространственного положения самолета, на вторые входы подают сигналы кнопки «приведения к горизонту» 22, блок 20 - приборная доска кабины летчика, блок 21 - приборы приборной доски.

Способ осуществляется следующим образом.

Вывод летчика из состояния осознанной иллюзии относительно пространственного положения и нарушения пространственной ориентировки заключается в следующем.

Летчик идентифицирует параметры, определяющие пространственную ориентировку самолета. Упрощает условия приборной пространственной ориентации путем перехода от ручного на автоматическое управление самолета и перевода показаний приборов от «сложного пространственного положения» в легко интерпретируемое «горизонтальный полет». Посредством нажатия кнопки 22 включают систему автоматического управления САУ 1 и систему тактильного управления СТУ 10 (см. чертеж). При этом осуществляется подключение тактильного устройства 10 для создания посредством ручки управления управляющих воздействий на руку летчика в направлении вывода ЛА в горизонтальный полет.

На первые входы вычислителя управляющих сигналов 3 САУ 1 и вычислителя процессора 11 СТУ 10 поступают сигналы от датчиков параметров полета и координат 2, на второй вход подают сигнал «приведения к горизонту».

При автоматическом управлении с выхода САУ 1 через усилитель 4, последовательный рулевой агрегат управления 5, сигнал управления поступает на гидроусилитель 16 с качалкой 15 к рулевым поверхностям 13. На СТУ 10 импульсный генератор 9, связанный тремя входами с компаратором 7, вычислителем 3 САУ 1 через нелинейный преобразователь с зоной нечувствительности 8, вычислительным процессором 11 СТУ 10 через ограничитель перегрузки 12 вырабатывает одновременно с началом режима «приведения к горизонту» в течение 5-20 с импульсные сигналы, которыми воздействует на вход вибратора механических усилий 14 импульсными сигналами с постоянной амплитудой, значение частоты которых изменяется пропорционально величине отклонения параметров от горизонтального полета.

Вибратор передает сигналы через РАУ 5, механическую проводку управления 17 на ручку управления 18. Не пересиливая усилий летчика импульсными сигналами создают «толчки» в направлении требуемого перемещения ручки управления с частотой, соответствующей величине этого перемещения. Одновременно через органы управления создают осязательные ощущения механорецепторов руки летчика, аналогичные воздействиям пилота-инструктора на учебном самолете, которые вызывают на уровне подсознания снятие синдрома недоверия к приборной информации для вывода летчика из состояния НПО.

Ощущая «толчки» на ручке управления 18, летчик перемещает ее в сторону толчков, что имитирует его участие в приведении самолета к горизонту, способствует снятию синдрома недоверия к приборной информации и психофизиологическому эффекту вывода летчика из состояния осознанной иллюзии НПО. Импульсные движения ручки в режиме автоматического приведения к горизонту не влияют на процесс автоматического вывода.

К настоящему времени проведены летные испытания системы и получены положительные оценки ведущих летчиков-испытателей (Акт № 392-84-II. Летная оценка макетного образца сегментно-тактильного сигнализатора по углу атаки и нормальной перегрузке на режимах боевого применения истребителя. Летно-исследовательский институт, 1984 г.).

Заслуженный летчик-испытатель. Герой Советского Союза, летчик-космонавт Волк И.П.:

"Это очевидно единственная система, информация от которой наиболее естественна. Конечно, возможно применение других систем, но с ними необходимо вырабатывать новые условные рефлексы, которые все время прядется поддерживать.

Зачем же из летчиков делать павловских кошечек и собачек!"

Заслуженный летчик-испытатель. Герой Советского Союза Гудков О.В.:

"Необходимо немедленное внедрение тактильно-импульсной сигнализации. Предложение для опробования других сигнализаторов звуковых, воздуходувных и других считаю тратой времени, т.к. они основаны на выработке у летчика условных рефлексов, в то время как тактильно-импульсная в виде толчков на ручке срабатывает (как бы) по безусловному рефлексу, воспринимается как подсказка инструктора".

Изобретение относится к авиационной технике и предназначено для предупреждения аварийных ситуаций на самолете, в частности для борьбы с нарушениями пространственной ориентировки летчика и для восстановления доверия к показаниям приборов. В предложенном способе, включающем индицирование параметров, перевод с ручного на автоматическое управление в режиме «приведения к горизонту», одновременно с началом режима «приведения к горизонту» в течение 5-20 с формируют импульсные воздействия на управляющий орган, имитирующие воздействие пилота-инструктора на учебном самолете и вызывающие при передаче осязательных ощущений механорецепторам руки летчика снятие на уровне подсознания синдрома недоверия к приборной информации для вывода летчика из состояния нарушения пространственной ориентировки. При этом импульсные движения ручки управления, имитирующие воздействия пилота-инструктора, создаются посредством толчков ручки управления от направленных импульсов тактильного устройства постоянной амплитуды с частотой, пропорциональной величине отклонения от горизонтального полета. 1 з.п. ф-лы. 1 ил.

1. Способ воздействия на летчика при возникновении состояния осознанной иллюзии относительно пространственного положения и нарушения пространственной ориентировки, включающий индицирование определяющих пространственную ориентировку самолета параметров, перевод с ручного на автоматическое управление в режим «приведение к горизонту», отличающийся тем, что одновременно с началом режима «приведение к горизонту» в течение 5-20 с формируют импульсные воздействия на управляющий орган, имитирующие воздействие пилота-инструктора на учебном самолете и вызывающие при передаче осязательных ощущений механорецепторам руки летчика снятие на уровне подсознания синдрома недоверия к приборной информации для вывода летчика из состояния нарушения пространственной ориентировки.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что импульсные движения ручки управления, имитирующие воздействия пилота-инструктора на учебном самолете, создают посредством толчков ручки управления от направленных импульсов тактильного устройства постоянной амплитуды с частотой, пропорциональной величине отклонения от горизонтального полета.