Способ конфигурирования информационного поля кабины пилотов воздушного судна Российский патент 2020 года по МПК B64D11/00 B64D43/00 

Область техники.

Изобретение относится к области авиационной техники и может быть использовано для компоновки кабин летного экипажа воздушных судов (ВС).

Уровень техники.

Эргономические требования к численности операторов (в данном случае пилотов) и распределения функций между ними устанавливают, в том числе, вероятность безошибочного и своевременного выполнения задач управления и обслуживания системы «человек-машина» в плановых условиях функционирования (1).

Эргономические требования должны обеспечивать:

1. Достаточность и достоверность информации о состоянии управляемого объекта, возможность предвидения направлений развития управляемого процесса, оптимальность состава, содержания, кода, темпа обновления, степени обобщения и детализации информации;

2. Рациональную и устойчивую рабочую позу оператора, экономию физических усилий при эксплуатации, а также равномерное распределение физической нагрузки на различные части тела оператора;

3. Оптимальное сочетание визуальных, акустических, тактильных и других видов сигналов, их быстрое и надежное обнаружение, различение, опознание и дифференцирование в различных условиях деятельности, в том числе в условиях помех.

Соблюдение в полной мере вышеперечисленных требований ведет к увеличению безопасности полетов.

Исторически сложившийся метод плоскостного расположения индикаторов (конфигурирования информационного поля пилотов ВС), который можно видеть на всех существующих образцах авиационной техники, например, (пат. РФ на промышленный образец №85523, https://new.fips.ru/), состоит в расположении плоских приборных панелей под небольшим углом к вертикали и соединением их с панелями интерьера по плавным лекальным кривым.

Пилотам приходится при считывании информации фокусировать взгляд на индикаторах, расположенных на разном удалении от глаз пилотов, что повышает утомляемость, особенно при большой длительности полетов - это является главным недостатком повсеместно распространенного плоскостного метода конфигурирования информационного поля пилотов ВС.

В числе прочих недостатков существующего метода необходимо выделить:

Необходимость в изменении фокусировки взгляда при контроле показателей приборов, расположенных на разном удалении от глаз пилотов.

Малое число приборов, попадающих в зону ясного видения пилотов.

Возможность возникновения параллакса при считывании информации с индикаторов, расположенных на границе зон прямого и ясного видения.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является «Способ моделирования динамики полета летательного аппарата» (патент РФ 2484535, https://new.fips.ru/), в котором использован моделирующий комплекс, включающий экран для панорамного отображения трехмерных объектов окружающей обстановки, выполненный с изогнутой поверхностью (цилиндрической или сферической), обеспечивающей необходимые углы обзора по вертикали и горизонтали.

Недостатком данного способа является невозможность его использования для конфигурирования информационного поля пилотов ВС, т.к. в нем сферический экран отображения окружающей обстановки не учитывает требования совпадения центра сферы с проекцией зрачка пилота, что не позволяет снизить утомляемость пилотов при считывании информации с приборов (индикаторов) во время полетов.

Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение является создание способа конфигурирования информационного поля пилотов ВС, устраняющего недостатки известных методов расположения панелей приборов.

Техническим результатом заявляемого способа конфигурирования информационного поля пилотов ВС является снижение утомляемости пилотов при управлении ВС и повышение безопасности полетов.

Раскрытие сущности изобретения.

Качество принятия решения и выполнения управляющих воздействий зависит от эффективности выполнения операций по выбору необходимой информации, правильному выполнению требований нормативных документов и своевременному безошибочному распознаванию сложившейся полетной ситуации.

Особой ситуацией называется ситуация, возникающая в полете в результате воздействия неблагоприятных факторов или их сочетаний и приводящая к снижению безопасности полета (2).

В особых ситуациях летной эксплуатации воздушных судов скорость изменения содержания информации достигает предельных значений по психофизиологическим возможностям человека к восприятию и осознанию информации. Поэтому в особых ситуациях экипаж испытывает дефицит времени для восприятия информации, распознавая ситуации и принимая решения, что в конечном итоге приводит к увеличению ошибок, нарушений и снижению уровня безопасности полетов.

Процесс принятия решения определяется степенью информированности о решаемой задаче и наличием соответствующего резерва времени (3).

Степень информированности определяется главным анализатором человека, посредством которого он получает основной поток информации - зрением. В поле зрения человека различают центральную зону, где наиболее четко различаются детали, зону ясного видения (30…35°), где при неподвижном глазе можно опознать объекты, не различая детали, и зону периферического зрения (75…90°), где предметы обнаруживаются, но не опознаются. Главные индикаторы должны располагаться в зоне ясного видения оператора.

При оценке точности получения информации необходимо учитывать погрешности считывания информации с индикаторов. При использовании стрелочных индикаторов возможна систематическая погрешность из-за параллакса, зависящая от положения глаза оператора. Параллакс - изменение видимого положения объекта относительно удаленного фона в зависимости от положения наблюдателя. Случайная погрешность считывания характеризуется среднеквадратической погрешностью, составляющей примерно 0,3 от цены деления. К примеру, при цене деления указателя скорости 10 км/ч случайная погрешность считывания составит 3 км/ч, что особенно опасно при полете на скоростях, близких к скорости сваливания.

При хорошей информированности решение принимается быстро и правильно, в противном случае решение достигается в результате синтеза отдельных, разрозненных положений и требований в единую систему, алгоритм. Возникающий в таких случаях дефицит времени вызывает существенный рост психологической напряженности, что приводит к увеличению числа ошибочных решений и действий.

Таким образом, своевременность и безошибочность принятия решения зависит от наличия необходимого потребного времени на восприятие и обработку текущей полетной информации. Положительная разница между фактическим временем, оставшимся до наступления особой ситуации, и потребным временем на принятие решения характеризует резерв времени, отрицательная или нулевая - дефицит времени.

Установлено, что время считывания информации с индикатора составляет 0,6…1,5 с. Поиск, восприятие информации в целом занимают 5…10 с, принятие решения 15…35 с, а его выполнение 5…10 с. При ухудшении условий деятельности (в сложной ситуации) время увеличивается на 20%, а в экстремальной ситуации - на 50% и более.

При возникновении дефицита времени в полете, а также ситуаций, требующих ответственных решений, у членов экипажа возникает состояние повышенной эмоциональной напряженности. Увеличение эмоциональной напряженности ведет к изменению как средней длительности операций, так и вероятности ее успешного выполнения. Длительность выполнения операции при возрастании напряженности сначала несколько уменьшается (за счет мобилизации, повышения собранности), а затем наступает срыв (резкое увеличение длительности). Вероятность безошибочного выполнения операций вначале несколько увеличивается, а затем (при напряженности выше некоторого критического значения) падает. При средней напряженности вероятность правильных действий, связанных с решением навигационных задач, составляет 0,95…0,85, а при высокой 0,6 (4).

Все пилотажно-навигационные приборы и приборы силовой установки, предназначенные для использования пилотом во время полета, начального набора высоты, захода на посадку и посадки должны быть расположены так, чтобы пилот, управляющий самолетом, мог контролировать траекторию полета и эти приборы с минимальным отклонением головы и глаз (1).

Техническим результатом заявляемого способа является:

сохранение фокусировки взгляда летчика при контроле индикаторов;

снижение утомляемости экипажа;

сохранение высокой работоспособности на более длительный срок;

сохранение времени реагирования при изменении различных параметров;

снижение рисков принятия неправильных решений экипажем.

Основными существенными признаками, определяющими сущность заявляемого способа конфигурирования информационного поля кабины пилотов воздушного судна, являются расположение приборных панелей по т.н. «сфере обзора» для каждого пилота, центр которой совпадает с плоскостью, в которой расположена проекция зрачка пилота воздушного судна, а также сегментация панелей, расположенных на приборной доске пилотов, таким образом, что каждый прибор или индикатор расположен по нормали к сфере обзора.

Сфера обзора - построенная из проекции зрачка пилота на плоскость симметрии кресла пилота условная сфера некоторого радиуса, определяемого как расстояние до центральной панели основных пилотажно-навигационных индикаторов. Сфера обзора строится с целью расположения и ориентирования приборных панелей таким образом, чтобы члены летного экипажа могли считывать информацию с индикаторов, расположенных на различных панелях, не изменяя фокусировку взгляда.

Краткое описание чертежей.

Сущность предлагаемого способа поясняется графическими материалами, на которых представлены:

Фиг. 1 Сфера обзора.

Фиг. 2 Приборная доска пилотов.

Фиг. 3 Расположение пилотажно-навигационных индикаторов.

На фиг. 1 показана приборная доска и сфера обзора командира воздушного судна (КВС).

На фиг. 2 представлена приборная доска пилотов, которая разбивается на три группы панелей: группу панелей для КВС, группу панелей для второго пилота и центральную панель.

На фиг. 3 приведено расположение пилотажно-навигационных индикаторов на приборной панели.

Осуществление изобретения.

Из определенной (5) точки С1 (фиг. 1), обозначающей положение глаз летчика при взлете и посадке, построена сфера обзора определенного радиуса. Площадки под индикаторы различных параметров, требующие установки на приборных панелях, построены по нормали к сфере обзора. Панель второго пилота выполнена аналогично панели КВС. Центральная панель, на которой расположены приборы контроля силовой установки, не сегментируется, так как должна обеспечивать равный обзор КВС и второму пилоту и представляет собой плоскую панель.

Приборная доска (фиг. 2) разбивается на три группы панелей: группу панелей для КВС, группу панелей для второго пилота и центральную панель. Группа панелей КВС, как и группа панелей второго пилота, служит для размещения индикаторов основных пилотажно-навигационных параметров (ОПНИ), индикаторов, не входящих в группу основных, индикаторов контроля работы систем самолета, а также различных сигнализаторов и органов управления. Индикаторы, объединенные в группы по своему функциональному назначению, расположены на центральной, левой и правой боковых, нижней панелях. Расположением каждой из вычлененных панелей по сфере обзора достигается лучшая по сравнению с существующими образцами авиационной техники фокусировка взгляда летчика при контроле индикаторов. Для достижения наилучшего обзора упомянутых индикаторов произведена сегментация панелей с получением площадки под каждый прибор, таким образом, каждый прибор или индикатор расположен по нормали к сфере обзора (фиг. 3). Кабина с конфигурацией приборной доски по сфере обзора представляет собой рабочее место каждого пилота, требующее минимальных зрительных затрат для считывания информации с индикаторов.

Список использованной литературы:

1. ГОСТ 20.39.108-85 Комплексная система общих технических требований. Требования по эргономике, обитаемости и технической эстетики. Номенклатура и порядок выбора. (1985).

2. Авиационные правила. Часть 23. Нормы летной годности гражданских летных самолетов, 2014.

3. Суслов Ю.В. Качественные характеристики деятельности экипажа воздушного судна. Летная эксплуатация воздушных судов: учебно-методический комплекс. Ульяновск, 2009.

4. М.Н. Белкин А.М, Воздушная навигация: справочник. Транспорт, 1988, стр. 93-94.

5. ОСТ 102721-91 Кабина самолета с двумя летчиками, 1991.

Список определений.

ВС - воздушное судно.

КВС - командир воздушного судна.

ОПНИ - основные пилотажно-навигационные индикаторы.

Приборная доска - совокупность приборных панелей, содержащая в себе все индикаторы, в полной мере отображающие пилотам всю необходимую в полете информацию.

Приборная панель - участок приборной доски, на котором размещаются индикаторы, сформированные в группы по зонам, определяемым (ГОСТ 19186-81 Доски приборные кабин самолетов с двумя летчиками, 1981) и по своему функциональному предназначению.

Изобретение относится к способу конфигурирования информационного поля кабины пилотов воздушного судна (ВС). Для конфигурирования информационного поля разделяют его на зоны, содержащие приборные панели, расположенные определенным образом по отношению к местам пилотов, размещают на поверхностях приборных панелей индикаторы пилотажно-навигационных параметров в секторах соответствующих зон определенным образом. Обеспечивается улучшение фокусировки взгляда летчика при контроле индикаторов, снижение утомляемости пилотов при управлении ВС и повышение безопасности полетов. 3 ил.

Способ конфигурирования информационного поля кабины пилотов воздушного судна, заключающийся в разделении информационного поля на зоны, содержащие приборные панели, расположенные по отношению к местам пилотов под определенным углом, размещении на поверхностях приборных панелей индикаторов пилотажно-навигационных параметров в секторах соответствующих зон информационного поля, отличающийся тем, что каждая панель информационного поля располагается по сфере обзора пилотов воздушного судна, центр которой совпадает с плоскостью, в которой расположена проекция зрачка пилота воздушного судна, при этом каждый прибор или индикатор пилотажно-навигационных параметров, размещенный на приборных панелях, располагается по нормали к сфере обзора.