Ergonomic shortcomings of cabins as flight safety risk factors

Kharitonov Vladimir Vasil'evich PhD in Technical Science Associate professor at the "Vzlet" branch of Moscow Aviation Institute (National Research University), professor at the Academy of Military Sciences; Corresponding Member of the International Academy of Human Problems in Aviation and Astronautics 416501, Russia, Akhtubinsk, Microdistrict 1, building 1   gniiivm-h@yandex.ru Other publications by this author

Seregin Sergei Fedorovich Deputy Director of the Flight Service, Russian Aircraft Corporation MiG 416501, Russia, Astrakhan Oblast, Akhtubinsk, Zhukovskogo Street 18 gniiivm-sk@yandex.ru Other publications by this author

Многолетняя статистика показывает, что среди причин летных происшествий основную долю (60–70%) составляют ошибки летного состава ^[1-3]. Несмотря на систематическую и интенсивную работу Военно-воздушных сил (ВВС) по обеспечению безопасности полетов эта доля из года в год практически не меняется ^[4-7]. Такое положение дел обусловлено в значительной мере эргономическим несовершенством кабин эксплуатируемых самолетов ^{[8, 9]}. Многочисленные эргономические недостатки, выявленные в ходе испытаний и эксплуатации на всех без исключения самолетах, устраняются с большим опозданием, либо вовсе не устраняются, из-за чего количество ошибочных действий летного состава уже заложено в конкретный образец и будет сохраняться на высоком уровне: по современным данным эргономические недостатки техники являются причиной около 25–30% летных происшествий ^[10-15].

Как появляются несовершенные кабины? Да появляются они потому, что при разработке образцов авиационной техники проводится на низком административно-научном уровне (или полностью отсутствует) научно-эргономическое сопровождение разработки авиационной техники и прогнозирование безопасности полетов. К примеру, эргономическое сопровождение самолета МиГ-29 осуществляли: ответственным за техническое проектирование и создание исследовательского стенда под МиГ-29 от ОКБ А.И.Микояна был назначен доктор технических наук Ю.А.Янышев, от Института авиационной медицины В.Г.Сморчков. Ответственным от ВВС за организацию работ смежников - генерал-лейтенант авиации доктор стратегических исследований в области вооружения О.К.Рогозин. Разработка методологии исследований и проведение научных экспериментов Главнокомандующим ВВС была поручена академику В.А.Пономаренко ^[16].

Какой другой образец современной авиационной техники может похвастаться таким вниманием со стороны науки? Благодаря такому вниманию МиГ-29 по многим показателям находится на уровне лучших образцов авиационной техники (АТ), а по некоторым из них превосходит самолеты подобного типа ВВС США.

В ВВС в настоящее время отсутствует эффективная структура, которая бы отслеживала оперативность устранения эргономических недостатков: мероприятия ВВС по безопасности полетов очень редко касаются вопросов эргономики.

Вот только некоторые замечания по современным ЛА, которые красноречиво говорят об отсутствии эргономического сопровождения ^[17-23]:

при разработке самолета Т-50 не предъявлена программа эргономического обеспечения создания ЛА и материалы по результатам выполнения этих работ;

не предъявлены материалы по предварительному анализу эргономического уровня разработки образца в сравнении с отечественными и зарубежными аналогами;

не предъявлены материалы проектировочного анализа, включая алгоритмы и циклограммы деятельности членов летного экипажа при решении типовых задач с учетом возможных усложнений полетов, с перечнем усложнений, которые должны быть оценены на этапе государственных испытаний;

не предъявлены материалы с анализом возможных ошибок членов экипажа при работе с бортовым оборудованием и предлагаемыми мероприятиями по их устранению.

Вместе с тем, проблема обеспечения оптимальных условий взаимодействия человека и техники для авиации в настоящее время остается очень острой и важной. Особенно обостряет эту проблему интенсивное усложнение авиационной техники, расширение боевых возможностей и перечень решаемых самолетами задач. Без устранения эргономических недостатков кабин существующих самолетов и без тщательной эргономической проработки кабин разрабатываемых самолетов не представляется возможным существенно снизить количество закономерных (обусловливаемых эргономическими недостатками) ошибочных действий экипажей и повысить эффективность применения самолетов ^[24-31].

Кабина – сложнейшая система, объединяющая летчика с самолетом, и недопустимо наличие в ней индикаторов, органов управления и условий среды, которые не соответствуют возможностям человека: «адаптивные способности человека ограничены, и когда они исчерпываются – человек ошибается».

Анализ эволюции кабин самолетов фронтовой авиации позволил выявить пять эргономических аспектов.

1. Несовершенство систем, предупреждающих летчика о достижении самолетом предельных значений параметров полета (ограничений), в частности – допустимых углов атаки и перегрузки. В настоящее время на большинстве самолетов фронтовой авиации ограничительные системы не обеспечивают формирование и индикацию необходимой номенклатуры допустимых углов атаки и перегрузки. Из пяти – десяти необходимых значений угла атаки или перегрузки в лучшем случае формируются и отслеживаются подвижными индексами на указателях угла атаки и перегрузки по два – три значения. Остальные значения летчик должен удерживать в памяти и в процессе маневрирования многократно считывать и сравнивать текущие угол атаки и перегрузку с допустимыми в конкретный момент. Это уменьшает резервы внимания при прицеливании, усложняет боевое маневрирование и приводит к ошибкам.

Еще более ограниченные возможности по сравнению с визуальными индикаторами имеют невизуальные средства индикации допустимых углов атаки и перегрузок, которые на самолетах фронтовой авиации должны быть основными. Более того, самолеты Т-6 и Т-8 ими вообще не оборудованы, а на самолете 9-12 система ограничения углов атаки ограничивает только два значения угла атаки и не отслеживает перегрузку. Кроме того, в системе ограничения угла атаки неверно выбран принцип ограничения угла атаки: на допустимом угле атаке (с учетом динамики самолета) ручка управления самолетом отталкивается почти до нейтрального положения, что нарушает пилотирование и прицеливание и не позволяет в полной мере реализовать маневренные характеристики самолета. Звуковая индикация о приближении и выходе на допустимый угол атаки на самолете 9-13С не может служить надежным источником информации, так как может заглушаться радиообменом либо организованными радиопомехами.

Более совершенна система ограничений предельных режимов на Т-10, но и она требует доработок: искусственные предупредительные колебания ручки управления самолетом при выходе на допустимый угол атаки или перегрузку во многих случаях маскируются тряской самолета обычной на режимах, близких к этим ограничениям, и, поэтому часто не воспринимаются летчиком. Кроме того, опыт показывает, что большие силовые нагрузки на летчика на допустимой перегрузке (до 600–700 кг) маскируют дополнительные усилия на ручке управления самолетом (эффект присоединенной массы), формируемые ограничителем предельных режимов. Это неоднократно приводило к пересиливанию ограничителя летчиками и выходу самолета за ограничения по перегрузке.

Ограничитель предельных режимов на самолете Т-10 можно было значительно улучшить в свое время, если вместо вибратора в дополнении к пересиливаемому упору ручки управления самолетом установить струнно-тактильную сигнализацию, срабатывание которой распознается летчиком безошибочно. Надежная и эффективная струнно-тактильная сигнализация допустимого угла атаки и перегрузки, пригодная для установки на все типы самолетов успешно прошла испытания еще в 1982 году, но так и не была внедрена.

С внедрением в конструкцию ЛА системы дистанционного управления (СДУ), а затем и комплексной системы управления (КСУ) расширены возможности решения проблемы предупреждения летчика о достижении предельных углов атаки и перегрузки. В частности, на самолете МиГ-29К (КУБ) эту функцию возложили на автомат, и он, по команде вычислителя просто не дает отклонять стабилизатор на величину, которая приводит к превышению угла атаки или перегрузки, не зависимо от отклонения ручки управления летчиком. Однако при этом нет информации летчику, на какую величину будет уменьшена перегрузка или угол атаки, и как при этом изменяются маневренные характеристики (катастрофа МиГ-29 КУБ, 2011 г.)

В итоге, до настоящего времени ни на одном серийном самолете фронтовой авиации не обеспечена возможность маневрирования без перевода взгляда в кабину.

Совершенно не соответствуют современному техническому уровню устройства, предупреждающие летчика о выходе на ограничения по скорости: из обширной номенклатуры ограничений по скорости индицируются только несколько значений, всю номенклатуру ограничений по скорости летчик должен помнить и отслеживать в полете самостоятельно.

Совершенно недостаточными возможностями обладают системы предупреждения летчика об опасной высоте и увода с опасной высоты.

2. Обеспечение надежной индикации пространственного положения самолета.

В настоящее время приборами, обеспечивающими индикацию крена и тангажа, являются командно – пилотажный прибор (КПП) и индикатор командно – пилотажный. Еще в 1994 году в в/ч 15650 была проведена научно – исследовательская работа «Высевки», целью которой было определение оценки степени опасности ситуаций, возникающих при неинформированном отказе командно – пилотажного прибора, выявление частоты проявления неинформированных отказов командно – пилотажных приборов и отработка предложений. Было определено, что система индикации углов крена и тангажа характеризуется вероятностью полного прекращения индикации значением 2´10^-4 (для зарубежных ВВС принято 10^-8). Дублирующий прибор ДА-200 (дублер авиагоризонта 200) может использоваться в качестве аварийного прибора только в горизонтальном полете с небольшими эволюциями без скольжения, и в ситуации, когда неинформированный отказ командно – пилотажного прибора замечен своевременно.

Кроме того, применение боевых самолетов днем в сложных метеоусловиях и ночью практически исключает возможность своевременного определения отказа КПП.

Но вывод из сложного пространственного положения по прибору ДА-200 практически исключен. Большинство ситуации неинформированных отказов командно – пилотажного прибора в сложных условиях приводили к переходу этих ситуаций в аварийные или катастрофические.

Кроме того, на самолетах 9-12 и Т-10 установка прибора ДА-200 выполнена таким образом, что он дезинформирует летчика в направлении создания крена в первоначальный момент.

Особенно надо подчеркнуть проблему индикации пространственного положения на самолете корабельного базирования Т-10К, в кабине которого вообще отсутствует ДА-200. Индикация крена и тангажа обеспечивается только на индикаторе командно – пилотажном и индикаторе на лобовом стекле, поэтому в случае отказа одного из них определить в сложных метеоусловиях показания какого прибора верно невозможно: не хватает третьего кворум – элемента (Катастрофа и аварии Су-27К в Североморске в конце 90^х годов).

Самолеты корабельного базирования предназначены в основном для полетов над морем в условиях пространственной ориентировки более сложных, чем над земной поверхностью. Для этих самолетов наличие трех независимых друг от друга каналов информации пространственного положения должно быть обязательным.

3. Решение навигационных задач и индикация навигационной информации.

В настоящее время на серийных самолетах фронтовой авиации существуют, как правило, две инерциальные навигационные системы. Третьим кворум – элементом, в лучшем случае, является магнитный компас КИ-13, погрешности которого очень велики. Современными навигационными средствами ряд серийных самолетов не оснащался.

4. Обеспечение нормальных температурных условий жизнедеятельности летчика.

Характер профессиональной деятельности летчиков боевых самолетов предусматривает боевые дежурства в готовности номер один, то есть в кабинах самолетов независимо от метеоусловий, времени года и района базирования. На серийных боевых самолетах решение проблем обеспечения жизнедеятельности экипажа в готовности номер один не предусмотрено. Зимой, в условиях низких температур, можно получить переохлаждение организма, летом – перегрев. То и другое приводит к потере или снижению работоспособности летчика. Боевые самолеты должны быть оснащены устройствами, обеспечивающими нормальный температурный и вентиляционный режим в кабине на земле при неработающих двигателях (необходимо оснащение самолетов вспомогательной силовой установкой).

5. Сложность работы летчика с органами системы управления вооружением и системой отображения информации.

Системы управления вооружением многих самолетов имеют ряд недостатков:

- избыточное количество органов управления;

- неудовлетворительная досягаемость, особенно при воздействии перегрузок;

- необходимость переноса взгляда в кабину для какого-либо включения в процессе ведения ближнего боя, либо атаки наземной цели, когда все внимание должно уделяться летчиком внекабинному пространству.

* * *

По мере усложнения авиационной техники и способов ее применения все большее значение для деятельности летчика приобретает система отображения информации. Практика испытаний показывает, что варианты «стеклянных кабин», предъявленные на испытания, имеют недопустимо большое количество недостатков, устранение которых вызывает большие потери времени в процессе испытаний. Это положение обусловлено недостаточной проработкой концепции «стеклянных кабин» на предыдущих этапах разработки.