Статья из журнала "Вертолетная индустрия"
Практика эксплуатации вертолетов зачастую предполагает выполнение полетов вблизи земли, которые принципиально отличаются от полетов на малых и средних высотах. В основном эти особенности определяются: чрезвычайной близостью земной поверхности и вследствие этого возрастанием опасности столкновения с ней; большей вероятностью внезапного изменения полетной обстановки и увеличением количества препятствий; частой сменой подстилающей поверхности; возможностью появления птиц по курсу полета и др.
В свою очередь, пилотирование вблизи земли требует от летчика (экипажа) непрерывного контроля внекабинной обстановки, изменения привычного режима пилотирования и сопровождается высокой психофизиологической загрузкой.
Поэтому, чтобы обеспечить безопасность полетов вблизи земли летчику необходимо знать не только условия полета и летно-технические характеристики «своего» вертолета, но и собственные психо- физиологические возможности.
Надеемся, что материалы, изложенные в настоящей статье, будут полезны при подготовке программы освоения полетов вблизи земли, выборе оптимальных режимов и времени полета, организации наземных тренировок и в других случаях.
Распределение внимания и дискретность восприятия объектов
Результатами специальных летных исследований в полетах на вертолетах Ми-8, Ми-24 установлено, что по мере снижения высоты полета наблюдается изменение привычной схемы распределения внимания летчика (исследования проведены совместно с В.В. Козловым, В.В. Чумаковым, Ю.А. Поповым). Так, время наблюдения внекабинного пространства увеличивается с 48% на высотах 100 м до 89% на высотах менее 15 м, при соответственном уменьшении времени наблюдения приборов .
Характерно, что из общего времени наблюдения за внекабинным пространством на высотах менее 15 м в среднем 72% времени уделяется летчиком просмотру пространства прямо перед собой. И только 17% времени в зоне ±30 о относительно направления полета.
Такой порядок распределения внимания позволяет летчику, с одной стороны, оценивать высоту полета и ряд других параметров, направляя взгляд в зону, расположенную недалеко от вертолета. А с другой направляя взгляд значительно дальше и просматривая достаточно большие площади земной поверхности и воздушного пространства летчик осуществляет прогнозирование условий на маршруте (с учетом скорости полета, рельефа местности, наличия естественных и искусственных препятствий) и необходимость набора высоты с целью исключения опасных сближений, столкновений.
Однако в этих условиях возможно проявление так называемых «ловушек», характеризующихся тем, что при увеличении времени контроля высоты летчик может своевременно не заметить препятствий по курсу и наоборот, уделив много внимания наблюдению за внекабинной обстановкой на маршруте, допустить опасное сближение с землей. В то же время, несмотря на относительно большее время наблюдения внекабинного пространства на высотах менее 15 м, летчики практически не контролируют обстановку в секторах, превышающих +30 о по направлению полета.
Таким образом, по мере снижения высоты, сектор наблюдения внекабинного пространства значительно сужается, проявляется так называемый «туннельный эффект». А в условиях скоротечного изменения обстановки вблизи земли и высокой скорости полета может возникнуть дефицит времени по достоверному распознаванию ориентиров и принятию летчиком необходимых действий по коррекции линии пути. При этом дальности распознавания ориентиров могут составлять примерно 60% дальностей их обнаружения. Снижение высоты полета сопровождается интенсивностью наблюдения пролетаемой местности, в ущерб контроля приборов.
В этих условиях, перенося взгляд на приборную доску, летчику необходимо быстро найти требуемый прибор, мгновенно считать с него информацию и правильно ее истолковать. Для этого нужен новый навык считывания показаний приборов. Так, прежде чем перенести взгляд в кабину, летчику следует решить, какой прибор необходимо в данный момент контролировать и где он расположен. Такой навык позволяет сократить маршруты и время переносов взгляда.
Опытные летчики при полетах вблизи земли за один перенос взгляда контролируют показания одного прибора со следующей периодичностью: указатель радиовысоты через 6 - 10 с; РМИ – 20 - 30 с; указатель скорости – 50 - 70 с; вариометр – 55 - 80 с; авиа- горизонт – 60 - 90 c. Показания остальных приборов контролируются летчиком по мере необходимости.
Наиболее часто читаемым прибором является радиовысотомер, которому летчики уделяют около 64% времени от общего времени обращений к приборной доске. Указателю скорости уделяется 14% времени, РМИ – 9%, вариометру – 9%, авиагоризонту – всего 4%. Продолжительность фиксаций взгляда летчиков на отдельном приборе очень короткая и составляет в среднем 0,6 с. Однако на максимальной скорости практически не имеется возможности их контролировать, поскольку все внимание летчика сосредоточено на внекабинном пространстве.
Как показано исследованиями, на высоте полета 100 м летчик, при экипаже из двух человек, может уделить около 40% времени решению дополнительной задачи, не связанной непосредственно с процессом пилотирования. При снижении до 50 м этот показатель сокращается в два раза, а на высотах менее 15 м выполнение дополнительной задачи пилотирующим летчиком невозможно.
Таким образом, при пилотировании вертолета вблизи земли резервы внимания летчика «выбраны» полностью и выполнение любой другой (дополнительной) задачи практически невозможно. Поэтому при полетах вблизи земли возрастает роль взаимодействия в экипаже, в особенности по наблюдению вторым летчиком за внекабинным пространством как прямо перед собой, так и в секторе, превышающем +30 о по курсу полета, и отслеживанием объектов, находящихся слева или справа от облетываемого препятствия. Бортовому технику целесообразно сосредоточить внимание на контроле показаний приборов работы винтомоторной группы, которые, как показано ранее, летчик не успевает контролировать.
Особенности обнаружения и облета препятствий
Важным качеством, определяющим безопасность полетов вблизи земли, является умение летчика своевременно обнаружить препятствие, принять правильное решение на облет или отворот и выполнить эти маневры. Установлено, что при облете препятствий летчику необходимо выполнить 18 операций. При этом основными исходными данными (опорными точками) являются: дальность видимости препятствий; положение препятствий относительно вертолета по высоте и направлению полета; высота превышения и дальность до препятствий; высота полета и скорость сближения вертолета с препятствиями; динамика изменения высоты полета относительно препятствий при их облете и расстояние между несколькими ближайшими препятствиями; наличие новых препятствий. Оценка летчиком этих параметров осуществляется глазомерно. Поэтому чем лучше видимость и точность глазомерной оценки, тем более правильно и своевременно определяется дальность начала об- лета препятствий, и закладываются необходимые параметры пилотирования.
Летчики по мере накопления опыта полетов вблизи земли начинают маневр по облету на более близких дальностях от препятствий. Установлено, что в первых полетах начало маневров осуществляется на дальностях около 400 м, а после 7 - 9 полетов – на дальностях около 250 м. Вместе с тем при определении дальности облета необходимо также учитывать возможные ошибки в глазомерной оценке. Так, при полете над водной поверхностью, снежным покровом точность оценки высоты полета снижается. Это объясняется тем, что в данных условиях нет привычных для глаз ориентиров, по которым бы летчик мог оценивать высоту. Поэтому при полете над безориентирной местностью целесообразно чаще контролировать высоту по прибору (радиовысотомеру).
Снижается точность выдерживания высоты и в полете над лесом. В этих условиях заданную высоту летчики выдерживают с превышением до 10 и более метров. Последнее, очевидно, объясняется тем, что при полете над лесом возрастает вероятность появления по курсу полета деревьев, которые значительно выше остальных, но не всегда легко обнаруживаются.
В свою очередь, лес и пустыня способны маскировать возвышенности, силовые линии и высоковольтные опоры, которые сливаются с окружающим фоном. Повышенное внимание в оценке высоты полета требуется от летчика при смене подстилающей поверхности. Например, если сначала полет выполняется над лесом, а затем над низким кустарником, то летчики, привыкшие к полету над деревьями или скалами, могут неожиданно слишком низко полететь над невысоким деревьями, кустарником или галькой. В то же время длинные тени от невысоких деревьев, создают иллюзию полета над высокими деревьями, а следовательно, и на большей высоте. Особенно это опасно при выполнении маневров, когда расстояние до земли резко уменьшается из-за того, что наиболее низко расположенной частью вертолета становится не фюзеляж, а лопасти несущего винта.
На этапе освоения полетов на малых высотах летчик сначала летает выше заданной высоты, затем по мере формирования навыков он снижается до заданной высоты. Однако позже вследствие привыкания периферического зрения к угловым перемещениям наземных объектов, у него появляется чувство, что он летит выше. Это приводит к неосознанному дальнейшему снижению. Следовательно, оценивая в основном высоту глазомерно, летчик должен периодически контролировать ее по радиовысотомеру. При полете на высотах вблизи земли возможно снижение прозрачности и остекления фонаря кабины. В частности, из-за раздавливания остеклением кабины большого количества насекомых прозрачность его снижается на 10 - 20%. При этом острота зрения летчика вне кабины падает до 0,5 - 0,4 единицы. В то же время прозрачность атмосферы порождает чувство близости объектов, а туман, дымка, снег и дождь создают ложное впечатление увеличения расстояния. Таким образом, малая высота и плохая видимость – наихудшее сочетание для летчика.
Регламентация полетов вблизи земли
Проведенными исследованиями было установлено, что по мере выполнения полетов вблизи земли точность выдерживания высоты повышается. При этом к шестому полету возрастает вертикальная скорость облета препятствий, а наиболее выраженное уменьшение дальности облета препятствий отмечается только после 4 - 6 полетов. К этому времени стабилизируются физиологические показатели и структура управляющих движений.
Полученные факты позволяют заключить, что формирование навыков пилотирования вертолета вблизи земли у летчиков I класса, имеющих опыт полетов на малых высотах, происходит в основном при выполнении 6 - 7 полетов. Характерно, что в условиях средней полосы, со слабопересеченной, лесистой местностью, длительность нахождения вертолета вблизи земли колеблется в пределах 6 - 11 мин. и зависит не только от характера рельефа, но и от наличия препятствий. При этом процесс пилотирования сопровождается в течение первых 5 - 7 мин. полета умеренным нервно-эмоциональным напряжением летчиков, а, начиная с 9-й минуты, отмечается увеличение напряжения, как следствие развивающегося утомления.
Выполнение площадок для отдыха, предполагавших полет на высоте 50 м и выше длительностью от 40 до 190 с, показали, что за это время у подготовленных летчиков происходит снижение нервноэмоционального напряжения. Эти данные позволяют рекомендовать выполнение в каждом полете на высоте 5 - 10 м от 4 до 5 площадок средней продолжительностью 5 - 7 мин. с последующим отдыхом на высоте 50 м и выше в течение 1,5 - 2 мин. В начале освоения полетов вблизи поверхности земли целесообразно продолжительность площадок уменьшать до 3 мин, а время отдыха увеличить до 3 мин и более.
Экспериментально также установлено, что выполнение в таком режиме двух полетов в смену (с общим надетом вблизи земли около 1 часа) не приводит к существенным изменениям в функциональном состоянии организма летчика. Увеличение же летной нагрузки до 3 - 4 полетов (с общим налетом вблизи земли соответственно 1,5 и 2 часа) сопровождается снижением психофизиологических показателей.
Таким образом, в целях регламентации летной нагрузки целесообразно планировать в смену 2 - 3 полета вблизи поверхности земли с общим налетом на высотах 5 - 10 м 1 - 1,5 часа. При этом в процессе наземной подготовки к полетам вблизи земли необходимо также отрабатывать порядок контроля показаний приборного оборудования и ведения осмотрительности всеми членами экипажа.
Выводы
В целом, представленные материалы психофизиологических исследований свидетельствуют, что процесс пилотирования вблизи земли характеризуется изменением пространственной ориентировки летчика, повышением требований к точности определения высоты и скорости, своевременности обнаружения препятствий и дальности до них.
Этими особенностями формируется новая функциональная система «вертолет - земля - препятствие», которая предъявляет повышенные требования к попеременной ориентировке «внекабинная – кабинная». В результате возникает феномен «раздвоенности внимания» между двумя равномотивированными задачами в условиях дефицита времени, что существенно
нагружает психику летчика и является одной из причин ограничений человеческого фактора при полетах вблизи земли.
д.м.н. А.В. Чунтул, заместитель главного конструктора ОАО «МВЗ им. М.Л. Миля» по эргономике и учебно-тренировочным средствам
Практика эксплуатации вертолетов зачастую предполагает выполнение полетов вблизи земли, которые принципиально отличаются от полетов на малых и средних высотах. В основном эти особенности определяются: чрезвычайной близостью земной поверхности и вследствие этого возрастанием опасности столкновения с ней; большей вероятностью внезапного изменения полетной обстановки и увеличением количества препятствий; частой сменой подстилающей поверхности; возможностью появления птиц по курсу полета и др.
В свою очередь, пилотирование вблизи земли требует от летчика (экипажа) непрерывного контроля внекабинной обстановки, изменения привычного режима пилотирования и сопровождается высокой психофизиологической загрузкой.
Поэтому, чтобы обеспечить безопасность полетов вблизи земли летчику необходимо знать не только условия полета и летно-технические характеристики «своего» вертолета, но и собственные психо- физиологические возможности.
Надеемся, что материалы, изложенные в настоящей статье, будут полезны при подготовке программы освоения полетов вблизи земли, выборе оптимальных режимов и времени полета, организации наземных тренировок и в других случаях.
Распределение внимания и дискретность восприятия объектов
Результатами специальных летных исследований в полетах на вертолетах Ми-8, Ми-24 установлено, что по мере снижения высоты полета наблюдается изменение привычной схемы распределения внимания летчика (исследования проведены совместно с В.В. Козловым, В.В. Чумаковым, Ю.А. Поповым). Так, время наблюдения внекабинного пространства увеличивается с 48% на высотах 100 м до 89% на высотах менее 15 м, при соответственном уменьшении времени наблюдения приборов .
Характерно, что из общего времени наблюдения за внекабинным пространством на высотах менее 15 м в среднем 72% времени уделяется летчиком просмотру пространства прямо перед собой. И только 17% времени в зоне ±30 о относительно направления полета.
Такой порядок распределения внимания позволяет летчику, с одной стороны, оценивать высоту полета и ряд других параметров, направляя взгляд в зону, расположенную недалеко от вертолета. А с другой направляя взгляд значительно дальше и просматривая достаточно большие площади земной поверхности и воздушного пространства летчик осуществляет прогнозирование условий на маршруте (с учетом скорости полета, рельефа местности, наличия естественных и искусственных препятствий) и необходимость набора высоты с целью исключения опасных сближений, столкновений.
Однако в этих условиях возможно проявление так называемых «ловушек», характеризующихся тем, что при увеличении времени контроля высоты летчик может своевременно не заметить препятствий по курсу и наоборот, уделив много внимания наблюдению за внекабинной обстановкой на маршруте, допустить опасное сближение с землей. В то же время, несмотря на относительно большее время наблюдения внекабинного пространства на высотах менее 15 м, летчики практически не контролируют обстановку в секторах, превышающих +30 о по направлению полета.
Таким образом, по мере снижения высоты, сектор наблюдения внекабинного пространства значительно сужается, проявляется так называемый «туннельный эффект». А в условиях скоротечного изменения обстановки вблизи земли и высокой скорости полета может возникнуть дефицит времени по достоверному распознаванию ориентиров и принятию летчиком необходимых действий по коррекции линии пути. При этом дальности распознавания ориентиров могут составлять примерно 60% дальностей их обнаружения. Снижение высоты полета сопровождается интенсивностью наблюдения пролетаемой местности, в ущерб контроля приборов.
В этих условиях, перенося взгляд на приборную доску, летчику необходимо быстро найти требуемый прибор, мгновенно считать с него информацию и правильно ее истолковать. Для этого нужен новый навык считывания показаний приборов. Так, прежде чем перенести взгляд в кабину, летчику следует решить, какой прибор необходимо в данный момент контролировать и где он расположен. Такой навык позволяет сократить маршруты и время переносов взгляда.
Опытные летчики при полетах вблизи земли за один перенос взгляда контролируют показания одного прибора со следующей периодичностью: указатель радиовысоты через 6 - 10 с; РМИ – 20 - 30 с; указатель скорости – 50 - 70 с; вариометр – 55 - 80 с; авиа- горизонт – 60 - 90 c. Показания остальных приборов контролируются летчиком по мере необходимости.
Наиболее часто читаемым прибором является радиовысотомер, которому летчики уделяют около 64% времени от общего времени обращений к приборной доске. Указателю скорости уделяется 14% времени, РМИ – 9%, вариометру – 9%, авиагоризонту – всего 4%. Продолжительность фиксаций взгляда летчиков на отдельном приборе очень короткая и составляет в среднем 0,6 с. Однако на максимальной скорости практически не имеется возможности их контролировать, поскольку все внимание летчика сосредоточено на внекабинном пространстве.
Как показано исследованиями, на высоте полета 100 м летчик, при экипаже из двух человек, может уделить около 40% времени решению дополнительной задачи, не связанной непосредственно с процессом пилотирования. При снижении до 50 м этот показатель сокращается в два раза, а на высотах менее 15 м выполнение дополнительной задачи пилотирующим летчиком невозможно.
Таким образом, при пилотировании вертолета вблизи земли резервы внимания летчика «выбраны» полностью и выполнение любой другой (дополнительной) задачи практически невозможно. Поэтому при полетах вблизи земли возрастает роль взаимодействия в экипаже, в особенности по наблюдению вторым летчиком за внекабинным пространством как прямо перед собой, так и в секторе, превышающем +30 о по курсу полета, и отслеживанием объектов, находящихся слева или справа от облетываемого препятствия. Бортовому технику целесообразно сосредоточить внимание на контроле показаний приборов работы винтомоторной группы, которые, как показано ранее, летчик не успевает контролировать.
Особенности обнаружения и облета препятствий
Важным качеством, определяющим безопасность полетов вблизи земли, является умение летчика своевременно обнаружить препятствие, принять правильное решение на облет или отворот и выполнить эти маневры. Установлено, что при облете препятствий летчику необходимо выполнить 18 операций. При этом основными исходными данными (опорными точками) являются: дальность видимости препятствий; положение препятствий относительно вертолета по высоте и направлению полета; высота превышения и дальность до препятствий; высота полета и скорость сближения вертолета с препятствиями; динамика изменения высоты полета относительно препятствий при их облете и расстояние между несколькими ближайшими препятствиями; наличие новых препятствий. Оценка летчиком этих параметров осуществляется глазомерно. Поэтому чем лучше видимость и точность глазомерной оценки, тем более правильно и своевременно определяется дальность начала об- лета препятствий, и закладываются необходимые параметры пилотирования.
Летчики по мере накопления опыта полетов вблизи земли начинают маневр по облету на более близких дальностях от препятствий. Установлено, что в первых полетах начало маневров осуществляется на дальностях около 400 м, а после 7 - 9 полетов – на дальностях около 250 м. Вместе с тем при определении дальности облета необходимо также учитывать возможные ошибки в глазомерной оценке. Так, при полете над водной поверхностью, снежным покровом точность оценки высоты полета снижается. Это объясняется тем, что в данных условиях нет привычных для глаз ориентиров, по которым бы летчик мог оценивать высоту. Поэтому при полете над безориентирной местностью целесообразно чаще контролировать высоту по прибору (радиовысотомеру).
Снижается точность выдерживания высоты и в полете над лесом. В этих условиях заданную высоту летчики выдерживают с превышением до 10 и более метров. Последнее, очевидно, объясняется тем, что при полете над лесом возрастает вероятность появления по курсу полета деревьев, которые значительно выше остальных, но не всегда легко обнаруживаются.
В свою очередь, лес и пустыня способны маскировать возвышенности, силовые линии и высоковольтные опоры, которые сливаются с окружающим фоном. Повышенное внимание в оценке высоты полета требуется от летчика при смене подстилающей поверхности. Например, если сначала полет выполняется над лесом, а затем над низким кустарником, то летчики, привыкшие к полету над деревьями или скалами, могут неожиданно слишком низко полететь над невысоким деревьями, кустарником или галькой. В то же время длинные тени от невысоких деревьев, создают иллюзию полета над высокими деревьями, а следовательно, и на большей высоте. Особенно это опасно при выполнении маневров, когда расстояние до земли резко уменьшается из-за того, что наиболее низко расположенной частью вертолета становится не фюзеляж, а лопасти несущего винта.
На этапе освоения полетов на малых высотах летчик сначала летает выше заданной высоты, затем по мере формирования навыков он снижается до заданной высоты. Однако позже вследствие привыкания периферического зрения к угловым перемещениям наземных объектов, у него появляется чувство, что он летит выше. Это приводит к неосознанному дальнейшему снижению. Следовательно, оценивая в основном высоту глазомерно, летчик должен периодически контролировать ее по радиовысотомеру. При полете на высотах вблизи земли возможно снижение прозрачности и остекления фонаря кабины. В частности, из-за раздавливания остеклением кабины большого количества насекомых прозрачность его снижается на 10 - 20%. При этом острота зрения летчика вне кабины падает до 0,5 - 0,4 единицы. В то же время прозрачность атмосферы порождает чувство близости объектов, а туман, дымка, снег и дождь создают ложное впечатление увеличения расстояния. Таким образом, малая высота и плохая видимость – наихудшее сочетание для летчика.
Регламентация полетов вблизи земли
Проведенными исследованиями было установлено, что по мере выполнения полетов вблизи земли точность выдерживания высоты повышается. При этом к шестому полету возрастает вертикальная скорость облета препятствий, а наиболее выраженное уменьшение дальности облета препятствий отмечается только после 4 - 6 полетов. К этому времени стабилизируются физиологические показатели и структура управляющих движений.
Полученные факты позволяют заключить, что формирование навыков пилотирования вертолета вблизи земли у летчиков I класса, имеющих опыт полетов на малых высотах, происходит в основном при выполнении 6 - 7 полетов. Характерно, что в условиях средней полосы, со слабопересеченной, лесистой местностью, длительность нахождения вертолета вблизи земли колеблется в пределах 6 - 11 мин. и зависит не только от характера рельефа, но и от наличия препятствий. При этом процесс пилотирования сопровождается в течение первых 5 - 7 мин. полета умеренным нервно-эмоциональным напряжением летчиков, а, начиная с 9-й минуты, отмечается увеличение напряжения, как следствие развивающегося утомления.
Выполнение площадок для отдыха, предполагавших полет на высоте 50 м и выше длительностью от 40 до 190 с, показали, что за это время у подготовленных летчиков происходит снижение нервноэмоционального напряжения. Эти данные позволяют рекомендовать выполнение в каждом полете на высоте 5 - 10 м от 4 до 5 площадок средней продолжительностью 5 - 7 мин. с последующим отдыхом на высоте 50 м и выше в течение 1,5 - 2 мин. В начале освоения полетов вблизи поверхности земли целесообразно продолжительность площадок уменьшать до 3 мин, а время отдыха увеличить до 3 мин и более.
Экспериментально также установлено, что выполнение в таком режиме двух полетов в смену (с общим надетом вблизи земли около 1 часа) не приводит к существенным изменениям в функциональном состоянии организма летчика. Увеличение же летной нагрузки до 3 - 4 полетов (с общим налетом вблизи земли соответственно 1,5 и 2 часа) сопровождается снижением психофизиологических показателей.
Таким образом, в целях регламентации летной нагрузки целесообразно планировать в смену 2 - 3 полета вблизи поверхности земли с общим налетом на высотах 5 - 10 м 1 - 1,5 часа. При этом в процессе наземной подготовки к полетам вблизи земли необходимо также отрабатывать порядок контроля показаний приборного оборудования и ведения осмотрительности всеми членами экипажа.
Выводы
В целом, представленные материалы психофизиологических исследований свидетельствуют, что процесс пилотирования вблизи земли характеризуется изменением пространственной ориентировки летчика, повышением требований к точности определения высоты и скорости, своевременности обнаружения препятствий и дальности до них.
Этими особенностями формируется новая функциональная система «вертолет - земля - препятствие», которая предъявляет повышенные требования к попеременной ориентировке «внекабинная – кабинная». В результате возникает феномен «раздвоенности внимания» между двумя равномотивированными задачами в условиях дефицита времени, что существенно
нагружает психику летчика и является одной из причин ограничений человеческого фактора при полетах вблизи земли.
д.м.н. А.В. Чунтул, заместитель главного конструктора ОАО «МВЗ им. М.Л. Миля» по эргономике и учебно-тренировочным средствам