МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ СРЕДСТВ СПАСЕНИЯ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ЭКИПАЖА ПРИ АВАРИЙНОМ ПОКИДАНИИ ВЕРТОЛЕТОВ
В статье приведены методы оценки эффективности средств спасения и обеспечения безопасности экипажа при аварийном покидании вертолетов.
Одна из важных задач, решаемых при создании и эксплуатации летательных аппаратов (ЛА), - обеспечение спасения экипажей в аварийной ситуации (АС). Наиболее эффективный способ решения этой задачи - спасение экипажа с помощью средств принудительного аварийного покидания (СПАП). До недавнего времени создание, и широкое применение катапультируемых систем было прерогативой боевых самолетов. Широкое внедрение боевых вертолетов потребовало применения СПАП и на этих ЛА.
Эффективность средств спасения во многом определяется возможностями их применения во всем эксплуатационном диапазоне, на всех режимах полета, надежностью их функционирования.
Основу существующих методов оценки СПАП составляют экспериментально-расчетные и вероятностно-статистические методы. Особенность оценки СПАП, как сложной технической системы, заключается в том, что их состояние формируется под влиянием большого числа случайных факторов, определяющих их работоспособность как человеко-технических систем.
К этим факторам следует отнести:
- скоротечность развития АС;
- ограниченность времени у экипажа для оценки обстановки и принятия решения;
- возможность прогнозирования АС;
- эффективность средств спасения экипажа при их применении;
- психофизиологические возможности экипажа в АС.
Для оценки эффективности СПАП применяются различные частные показатели, к которым относятся:
- диапазон применения катапультной установки по высоте, скорости и числу М;
- минимальная высота безопасного покидания ЛА;
- время работы СПАП.
Для оценки эффективности СПАП применяются два статистических критерия условная вероятность Ксп в случае применения СПАП и вероятность спасения в АС К.
Условная вероятность спасения в случае применения СПАП определяется из выражения:
Ксп=nсп/Nпр,
где nсп – количество спасшихся членов летных экипажей (из числа применивших САП);
Nпр – общее количество членов экипажей, применивших СПАП.
Вероятность спасения в аварийной ситуации определяется по формуле:
К=n/N,
где n – общее количество спасшихся членов летных экипажей (из числа применивших и не применивших СПАП);
N – количество членов экипажей, попавших в аварийную обстановку.
Эти критерии позволяют оценить достигнутый уровень спасения летных экипажей, однако, они имеют ряд существенных недостатков:
- оценивают СПАП уже после совершения летного происшествия;
- не позволяют оценивать степень влияния каждого фактора на спасение и, следовательно, не могут быть использованы при определении эффективных путей спасения летного состава;
- не могут быть использованы для решения задачи оптимизации характеристик СПАП.
Эффективность СПАП проверяется также с помощью частных показателей, таких как минимальная высота безопасного покидания ЛА, суммарное время работы СПАП, вероятность травмирования экипажа и др.
Таким образом, рассмотренные выше показатели позволяют оценить эффективность СПАП только с одной стороны и не являются достаточными для обоснованной оценки эффективности того или иного средства спасения как единицы системы в целом.
Как показали проведенные исследования, наиболее полно оценить эффективность СПАП позволяет показатель, оценивающий вероятность спасения летчика, попавшего в АС. Этот показатель WСП определяется по формуле:
Wсп =W·Pср,
где W – вероятность спасения летчика при применении СПАП;
РПР – вероятность применения СПАП в аварийной обстановке.
В общем виде:
W=f[F(VC), F(HC), F(ΘC), F(Yi), F(Xi)],
где F(VC), F(HC), F(ΘC) - функции распределения соответственно скорости, высоты и угла наклона траектории полета ЛА в момент его покидания;
F(Yi) - функции распределения i-х характеристик СПАП, имеющих вероятностный характер;
F(Xi) - детерминированные характеристики СПАП.
Значение РПР зависит также от субъективных факторов, связанных с психологической подготовкой летчика.
В общем виде:
РПР=f[F(τp), F(τn), F(τK)],
где F(τp), F(τn), F(τK) - функции распределения соответственно времени, которым располагает летчик до момента аварийного покидания ЛА, времени, необходимого на принятия решения и времени, необходимого на приведение в действие СПАП.
Эффективность средств аварийного покидания ЛА определяется целым рядом случайных величин, расчеты которых выполняются с применением теории вероятности и математической статистики.
Предложенный критерий эффективности (вероятность успешного покидания ЛА в АС) СПАП и методика сравнительной оценки позволяют судить о совершенстве СПАП того или иного типа и с учетом этого определить наиболее подходящий тип средств спасения для вновь разрабатываемых ЛА.
Для боевых вертолетов методика оценки эффективности СПАП учитывает их конструктивные особенности и может быть использована для прогнозирования вероятности спасения экипажа в АС при различных режимах полета.
Эффективность средств спасения заключается в безопасности членов экипажей ЛА в процессе аварийного покидания и аварийной посадки. В основу оценки безопасности в этих процессах при действии ударных перегрузок (УП) принимается антропоцентрический подход. При таком подходе во главу угла ставится уровень безопасности летчика как системный показатель, определяющий главное качество в системе «летчик-средство противоударной защиты - УП». Это наиболее общий, интегральный критерий, с помощью которого можно описать эффективность противоударной защиты.
Под безопасностью в данном случае понимается отсутствие каких-либо неблагоприятных последствий в организме летчика в результате действия УП.
Следует отметить, что понятие «безопасность» является более широким, чем уровень воздействия УП, поскольку в этот термин может входить состояние человека в момент и после действия УП.
Если оценивается безопасность УП, то для регламентирования используется уровень травмобезопасности. При этом в качестве вероятного повреждения (параметр R) могут быть травмы различной тяжести:
- травма, которая приводит к отстранению летчика от летной работы;
- патогенез, связанный с действием УП и являющийся предметом регламентирования;
- травма, которая не лишает летчика дееспособности;
- не препятствует после выздоровления возврату на летную работу;
- не требует длительного лечения.
При выборе максимально допустимой степени травмирования позвоночника необходимо руководствоваться следующими положениями:
- воздействие ударной перегрузки при катапультировании не должно угрожать жизни летчика;
- травма не должна лишать летчика дееспособности и не должна препятствовать дальнейшей его эвакуации;
- повреждение, полученное в результате катапультирования, должно поддаваться эффективному лечению.
Для средств спасения экипажей в АС в качестве критерия эффективности КЭФ понимается вероятность исхода АС с заданной травмобезопасностью. Эта вероятность определяется уровнем ударных перегрузок, действующих на члена экипажа при покидании ЛА или при аварийной посадке.
Исход действия ударной перегрузки на человека определяется следующими факторами:
- параметрами ударной перегрузки (направление, величина, длительность, скорость нарастания);
- условиями действия ударной перегрузки (поза человека, форма и механические свойства опорных поверхностей, тип системы фиксации);
- переносимостью ударных перегрузок человеком.
Показателем, по которому рассчитывается допустимость ударной перегрузки, является вероятность отсутствия серьезной травмы (не более 3 степени), т.е. уровень травмобезопасности.
Для экипажей боевых вертолетов ударная перегрузка является основным травмирующим фактором при аварийной посадке или аварийном покидании методом катапультирования, поэтому ее величина, длительность действия и время нарастания жестко нормированы.
Определить момент безопасного аварийного покидания в быстро развивающейся АС представляется очень трудной задачей, решение которой, становится практически невозможной из-за большого количества анализируемых параметров в условиях скоротечности развития АС на вертолете. Поэтому в составе СПАП боевых вертолетов необходимо иметь автоматическую систему аварийного покидания, алгоритм работы которой, определял бы момент приближения к границе безопасного катапультирования в АС и выдавал команду на принудительное катапультирование.
Цель разработки предложений по созданию автоматической системы принудительного аварийного покидания – создание системы, работающей в составе комплекса СПАП вертолета, обеспечивающего автоматическое катапультирование летчика на аварийных режимах полета вертолета, когда своевременное приведение в действие летчиком средств спасения становится практически невозможным.
Система автоматического катапультирования (САК) вертолета предназначена для формирования сигнала в комплексе СПАП на автоматическое катапультирование в следующих ситуациях:
- на режиме аварийной посадки вертолета, приводящего к повреждению вертолета и гибели экипажа;
- на режиме маловысотного полета, приводящего к неизбежному столкновению с землей.
Система также должна решать следующие задачи:
- определение текущего значения высоты безопасного катапультирования;
- определение резерва времени до момента достижения значения расчетной высоты безопасного катапультирования;
- выдачи летчику информации о величине резерва времени до момента достижения расчетной высоты.
Система автоматического катапультирования должна реализовывать два основных режима работы:
- режим автоматического катапультирования;
- информационный режим для определения и индикации летчиком резерва времени до приближения к границе высоты безопасного катапультирования.
Рассмотрим основные задачи, без решения которых невозможна разработка модели оценки эффективности СПАП.
К ним относятся:
- создание вероятностно-статистических моделей условий аварийного покидания ЛА;
- статистико-вероятностные исследования характеристик СПАП ЛА;
- разработка статистической модели функционирования СПАП и вероятностной оценки полученных результатов.
В соответствии с предлагаемой методикой сначала решаются задачи, связанные с определением по статистическим данным законов распределения количественных значений случайных величин, характеризующих как начальные условия аварийного покидания ЛА, так и количественные значения случайных величин, характеризующих некоторые параметры СПАП, которые выбраны для исследований.
Так как основными причинами летных происшествий являются не только отказы аварийной техники, но и ошибки летного состав, то производится определение законов распределения потребного и располагаемого времени в создавшейся АС. Для такого анализа используются данные регистраторов параметров полета ЛА.
Дальнейшее решение задачи по определению эффективности СПАП в случае отказов авиационной техники может быть сведено к следующей схеме.
Используя на входе статистической модели законы распределения кинематических параметров движения ЛА в момент его покидания, с помощью модели функционирования СПАП определяется исход каждого «катапультирования»:
- на этапе формирования исходных данных сравниваются полученные данные о высоте, скорости и углах полета в момент покидания с заданными предельными значениями соответствующих параметров, на которые рассчитана рассматриваемая СПАП;
- на этапе процесса спасения сравниваются полученные значения условий безопасного катапультирования с их заданными значениями nY≤nYgon, hK≥0,07XK и т.д.
Формируя исходные законы распределения случайных величин с помощью задатчика случайных чисел как начальные условия аварийного покидания ЛА, так и параметры катапультной установки (КУ) и, повторяя описанную процедуру, можно оценить полученную вероятность спасения и определить ее зависимость как от начальных условий покидания ЛА, так и от различных параметров КУ.
Если АС возникла в результате ошибок летного состава, начальные условия аварийного покидания определяются следующим образом.
По полученным законам распределений располагаемого и потребного времени рассчитывается «запас» времени на катапультирование. Если такого запаса нет, то исход покидания оценивается как «гибель», а при наличии запаса времени оценивается изменение кинематических параметров полета вертолета за время принятия решения на «покидание» и определяются начальные условия катапультирования. Дальнейший исход «катапультирования» оценивается на модели функционирования СПАП.
Проделав данную операцию N раз, определяют вероятность спасения в случае ошибок летного состава в пилотировании ЛА.
Общая вероятность спасения оценивается по формуле:
Pсп=n1+n2/2N,
где n1 – число успешных «катапультирований» в случае «отказов авиационной техники»;
n2 – число успешных «катапультирований» в случае «ошибок» летного состава;
N – число реализаций.
Таким образом, используя приведенный выше метод можно оценить эффективность средств аварийного покидания как существующих, так и вновь разрабатываемых ЛА.
