Модели управления гидрометеорологическими рисками при обеспечении безопасности полетов авиации

Романов, А.В. Панкратов // Геометричне та комп'ютерне моделювання. -Харюв: ХДУХТ, 2009. - Вип. 25. - С. 27-32.

7. Комяк В.М. Математическое моделирование компоновки оборудования специальных автомобилей быстрого реагирования / А.А. Калашников // Вестник Херсонского государственного университета. Вып. 3(19). - Херсон: ХГТУ, 2003. - С. 169-172.

8. Комяк В.В. Моделi та методи розбиття i трасування для ощнки шляхiв евакуацп у висотних будiвлях при проектуванш / В.В. Комяк: Автореф. дис. ... канд. техн. наук: 01.05.02 «Математичне моделювання та обчислювальш методи». - Харюв, 2014. - 25 с.

МОДЕЛИ УПРАВЛЕНИЯ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИМИ РИСКАМИ ПРИ ОБЕСПЕЧЕНИИ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ АВИАЦИИ

И.Е. Кузнецов, начальник кафедры, д.т.н.

В.С. Иванов, курсант ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», г.Воронеж

Безопасность полетов как категория, отражающая состояние авиационной системы, зависит от ее способности к предотвращению или парированию особых ситуаций. При этом под особой ситуацией следует понимать ситуацию, возникающую в полете в результате воздействия опасных факторов. Основной категорией, сопровождающей понятие безопасности, является риск. В различных публикациях термин «риск» отождествляют с совершенно разнородным кругом понятий. Это объясняется его сложностью и комплексностью. Одно из определений гласит: риск - это сочетание вероятности и последствий наступления неблагоприятного события; другое - характеристика ситуации, имеющей неопределенность исхода, при обязательном наличии неблагоприятных последствий. Анализ источников показывает, что наиболее часто понятие «риск» ассоциируют с потерей, с неблагоприятным исходом. Особую иерархию в структуре рисков занимают гидрометеорологические риски, изучение которых представляет значительный интерес в связи с масштабностью их проявления и возможностью управления. Гидрометеорологический риск в широком смысле - это вероятностная мера возникновения опасных гидрометеорологических условий, сопровождающихся формированием и воздействием вредных факторов на систему с нанесением ей ущерба. Под ущербом следует понимать отклонение системы от цели своего функционирования, приводящее к различного рода потерям, или же к ее разрушению. Субъективность

восприятия гидрометеорологического риска лицом, принимающим решение, приводит к необходимости введения количественной меры его оценки для разработки моделей управления.

Целью работы является снижение гидрометеорологических рисков, обусловленных факторами внешней среды, путем разработки моделей управления ими на основе количественной информации.

В качестве количественной оценки уровня риска предлагается величина, равная произведению

Risk = PI-P2 - P3,

где Risk - уровень риска, вероятность нанесения ущерба системе;

Р1 - вероятность возникновения события или явления (сочетания метеорологических элементов), обусловливающих формирование и действие вредных факторов;

Р2 - вероятность формирования определенных уровней физических полей, нагрузок, воздействующих на систему;

Р3 - вероятность того, что указанные выше уровни физических полей и нагрузок приведут к определенному ущербу.

Модели управления гидрометеорологическими рисками включают в себя: модели оценки вероятности возникновения опасного гидрометеорологического явления, модели оценки влияния опасного гидрометеорологического явления на состояние исследуемой авиационной системы; модели критических нагрузок на авиационную систему, приводящих к ее разрушению; модели пороговых уровней нагрузок, превышение которых приводит к отклонению от штатного функционирования. Получение информации об этих параметрах является сложной нетривиальной задачей.

Для понимания процесса управления гидрометеорологическими рисками рассмотрим систему «воздушное судно - ЛПР - природная среда». В качестве примера представим ситуацию полета самолета в облаках с электрически активными зонами. На территории России в среднем за год фиксируется около 60 случаев поражения самолетов атмосферно-электрическим разрядом (АЭР). Наибольшая опасность угрожает самолету при полетах в зонах активных грозовых облаков. Поскольку эти зоны достаточно хорошо прогнозируются и диагностируются и, согласно действующим руководящим документам [1], летательный аппарат обязан обходить эту зону на расстоянии не менее 15 км, доля поражений самолетов АЭР в этих зонах невелика и составляет несколько процентов от общего числа случаев. Подавляющее число поражений происходит в системах Ns-As, маскирующих конвективную облачность, или в слоисто-дождевых и слоисто-кучевых облаках с осадками.

Наблюдения за облаками позволили получить информацию о повторяемости форм облаков, в которых наблюдались АЭР (табл. 1).

Таблица 1

Повторяемость (%) возникновения АЭР в облаках различных форм _облаков в осенне-зимний ^ период ^ [2] __

Форма облаков 8с Си Ас Аь N8 СЪ

Повторяемость АЭР 19 22,8 1 10,8 8,3 21 3

Вероятность поражения летательного аппарата АЭР напрямую связана с величиной напряженности электрического поля (Е), формирующегося в облаках данной формы. Закон распределения напряженности электрического поля в облаках данной формы подчиняется логарифмически нормальному

/

2а

где ау =,] 1п( 1 + С2) , С = —— коэффициент вариации.

Е

аЕ

данные

Статистические данные для распределения напряженности электрического поля в облаках различных форм представлены в таблице 2.

Таблица 2

Статистические характеристики распределения максимальных значений Е [2]

Форма облаков Бс Си Ас А8 N8 СЪ

Е, В м 2000 2000 2500 2500 8000 16000 2-10б

аЕ, дБ 7,5 9 10 12 11 10,5 17

По формуле (2) с использованием данных таблицы 2 определяем вероятность появления напряженности электрического поля уровня Е, т.е.

Р2.

Степень ущерба, нанесенного ЛА АЭР, пропорциональна энергии электрического поля (Ж), запасенной в облачном объеме. Энергия единичного элемента объема облака равна

щ, = В-В°'Е2 ,

2

157 Р ( -Л

где г = 1 +

157 Р (1 + 7.717 -

106 - диэлектрическая проницаемость

облачной среды, в зависимости от состояния атмосферы может варьироваться от 3 до 81; Р - давление в Паскалях; Т - абсолютная температура (температура в градусах Кельвина); q - удельная влажность

-5

воздуха в граммах на метр кубический [г/м ]; в0 - электрическая

постоянная, равная в0 « 8.854 -10~12 Ф/м.

Вероятность ущерба летательному аппарату (Р3) определяется как вероятность возникновения вредного эффекта под воздействием

электрического поля с учетом распределения его напряженности, температуры, давления и влажности воздуха на эшелоне полета. Она будет пропорциональна электрической энергии, запасенной в облаках, и характеризовать тяжесть поражения ЛА. При этом, как видно из формулы (3), тяжесть поражения будет зависеть от величины напряженности электрического поля, и возрастать по квадратическому закону.

Таким образом, зная вероятность возникновения явления (Р1), вероятность формирования определенного уровня напряженности электрического поля в облаках данной формы, а, следовательно, и энергии воздействия на ЛА (Р2), а также вероятность поражения ЛА при данном уровне напряженности электрического поля (энергии электрического поля) по формуле (1) можно определить величину гидрометеорологического риска.

Практика полетов показывает, что критическая напряженность электрического поля, при котором начинают проявляться действия электричества на летательный аппарат, равна 10000 в/м. При этом гидрометеорологический риск поражения ЛА АЭР представлен в таблице 3.

Таблица 3

Уровень гидрометеорологического риска поражения летательного _аппарата АЭР при полетах в облаках различных ^ форм _

Форма облаков St Sc Cu Ac As Ns Cb

Risk, % 13 16 0,7 8 7 21 3

Анализ таблицы 3 показывает, что, несмотря на наличие в кучево-дождевых облаках больших значений напряженности электрического поля гидрометеорологический риск попадания в них невелик и составляет 3 %. При этом облака слоистых форм: слоистые, слоисто-кучевые, слоисто-дождевые имеют наибольшее значение гидрометеорологического риска, что обусловлено высокой повторяемостью в них АЭР. При увеличении электрического поля в облаках свыше критических значений, величина электрической энергии, воздействующей на ЛА будет возрастать (при Е = 104 в/м величина составит Ж« 105 Дж при размерах электрически активной зоны облачности 10000 м х100 м х100 м; при Е = 105 в/м величина составит Ж«10МДж), что может привести к катастрофическим последствиям.

Решение задачи снижения ущерба от молниевых разрядов в ЛА сводиться к управлению гидрометеорологическим риском. Снижение гидрометеорологического риска возможно путем эффективного прогноза неблагоприятных метеоусловий, проведением защитных мероприятий.

ЛПР должен рассматривать проблему попадания ЛА в АЭР комплексно. При этом для оперативного управления

гидрометеорологическими рисками необходимо использовать данные дистанционных наблюдений, что позволит повысить безопасность полетов.

Таким образом, прогнозируя величину гидрометеорологического риска и управляя факторами, от которых она зависит, можно повысить безопасность функционирования системы.

Список использованной литературы

1. Федеральные правила использования воздушного пространства Российской Федерации. (ФАПП - 2002). - М.: Воениздат, 2002, 67 с.

2. Облака и облачная атмосфера. Справочник. / Под ред. И.П. Мазина, А.Х. Хргиана. - Л.: Гидрометеоиздат, 1989, 647 с.

МОДЕЛЬ ПРИНЯТИЯ МЕТЕОЗАВИСИМЫХ АВИАЦИОННЫХ РЕШЕНИЙ С ЭЛЕМЕНТАМИ КОМПЛЕКСНОЙ ДИНАМИКИ

В.В. Михайлов, начальник факультета, д.т.н., профессор

С.Л. Кирносов, докторант, к.т.н.

ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», г.Воронеж

М.О. Гедзенко, аспирант Воронежский государственный архитектурно-строительный

университет, г.Воронеж

Рассматривая процесс выполнения авиационной задачи, необходимо выделить авиационную систему (АС) «летчик - воздушное судно (ВС) -окружающая среда». Внутренними параметрами такой системы являются формализованные данные об уровне подготовки летчика и технических возможностях ВС. Внешними параметрами, оказывающими влияние на рассматриваемую АС, являются метеоусловия, а также другие внешние воздействия, связанные с состоянием аэродрома, готовностью наземной системы посадки, подготовкой лиц группы руководства полетами и т.д.

Сложность принятия управленческих решений при организации и производстве полетов авиации заключается, в частности, в необходимости учета не только фактических условий погоды, но и их прогностических значений. Неидеальность последних в ряде случаев приводит к снижению адекватности процесса управления войсками и оружием и к уменьшению эффективности и безопасности производства полетов [1].

Если же еще учитывать неоднозначность влияния одних и тех же метеоусловий для различных уровней подготовки летчика, аэродрома, технических возможностей авиационной техники, то возникает