СПОСОБ УСТРАНЕНИЯ ОСОБОЙ СИТУАЦИИ ПРИ РАЗГЕРМЕТИЗАЦИИ КАБИНЫ САМОЛЕТА
METHOD FOR ELIMINATION OF SPECIAL SITUATION AT AIRCRAFT CABIN DEPRESSURIZATION

Изобретение относится к области автоматического управления летательным аппаратом и может быть использовано в бортовых системах обеспечения безопасности полета для предупреждения внезапной утраты летчиком работоспособного состояния при разгерметизации кабины самолета.
Известен способ распределения функций управления воздушным судном (см. Патент RU 2606153, С2, МПК G05B 13/00, G06F 17/40; опубл. 27.08.14), при котором определяют интенсивность деятельности пилота, коэффициент интеллекта и его пороговое значение, используемые в формировании сигнала ситуационной осведомленности пилота. По результатам его сравнения с сигналом пороговой величины принимают решение о дееспособности летчика. Недостатком этого способа является его низкая эффективность в критических ситуациях, характеризующихся высоким динамизмом, так как он предполагает накопление, хранение и анализ текущих значений параметров для вычисления количественной оценки степени ситуационной осведомленности пилота за определенный отрезок времени, который может превысить располагаемое время для принятия решения на передачу управления воздушным судном автопилоту.
Наиболее близким по технической сущности является способ спасения летчиков и самолета при временной потере работоспособности экипажа (см. Воеводин B.C. Бортовая активная система безопасности полетов ИКСЛ-2 / B.C. Воеводин, Е.Л. Дорофеев, А.В. Капустин, Ю.А. Янышев, М.В. Дворников, В.А. Сухолитко // Мехатроника. - 2000. - №5. - С. 19-21), включающем автоматическое слежение за работоспособностью летчика в полете, выключение летчика из контура управления самолетом при выявлении неадекватных действий летчика, свидетельствующих о потере им работоспособности, снижение с больших высот для устранения явлений гипоксии с последующим переводом самолета в режим горизонтального полета, выдачу команды на аварийную подачу в тракт дыхания 100-процентного кислорода для ускоренного восстановления функционального состояния летчика, выдачу тревожного сообщения на командный пункт через бортовую радиостанцию, выдачу речевого предупреждения летчику о разгерметизации кабины, передачу летчику функций управления самолетом после восстановления его работоспособности. Недостатком этого способа является слабая защита летчика от вредного воздействия опасных факторов высотного полета в условиях разгерметизации кабины самолета, особенно в начальный период развития особой ситуации, обусловленная его направленностью на восстановление работоспособности летчика лишь после утраты им дееспособного состояния.
Техническим результатом изобретения является повышение уровня собственных защитных свойств эргатической системы «экипаж - летательный аппарат», выраженное в упреждении внезапной утраты летчиком работоспособного состояния в момент разгерметизации путем дополнительного измерения скорости изменения давления воздуха в герметической кабине, позволяющего выполнить определенный комплекс действий, исключающих потерю летчиком работоспособности на начальном этапе развития особой ситуации. Предлагаемый комплекс действий заключается в защите лица летчика от скоростного напора, осколков остекления фонаря и средств поражения противника путем автоматического опускания светофильтра защитного шлема в нижнее положение, в наличии процедуры перевода управления кондиционированием воздуха в режим максимальной подачи воздуха при аварийной разгерметизации с целью предупреждения резкого снижения абсолютного давления воздуха в герметической кабине и приближении его к заданному значению, в наличии процедуры автоматического снижения самолета на заданную безопасную высоту при взрывной разгерметизации с целью уменьшения времени воздействия низкого атмосферного давления на организм летчика и предупреждения утраты им работоспособного состояния из-за развития гипоксии, а также в наличии процедуры автоматического определения располагаемой дальности и времени полета в зависимости от остатка топлива с последующим автоматическим полетом на выбранный аэродром с целью спасения летчика и предотвращения утраты воздушного судна.
гк
гк1
гк1
гк2
Указанный результат достигается тем, что в способе спасения летчика и самолета при разгерметизации кабины в высотном полете, включающем выявление неадекватных действий летчика, выдачу команды на аварийную подачу в тракт дыхания летчика 100-процентного кислорода, выдачу тревожного сообщения на командный пункт, выдачу речевого предупреждения летчику о разгерметизации кабины, передачу летчику функций управления самолетом после восстановления его работоспособности, согласно изобретению дополнительно измеряют скорость изменения давления воздуха и абсолютное давление воздуха в герметической кабине, проверяют соответствие скорости изменения давления воздуха в герметической кабине условию , где  - скорость изменения давления воздуха в герметической кабине, ,  - заданные значения скорости изменения давления воздуха в герметической кабине, и если оно выполняется, то формируют сигнал об аварийной разгерметизации, переводят управление кондиционированием воздуха в режим максимальной подачи воздуха в герметическую кабину, опускают светофильтр защитного шлема летчика в нижнее положение, а если скорость изменения давления воздуха в герметической кабине выше , то формируют сигнал о возникновении взрывной разгерметизации кабины, опускают светофильтр защитного шлема летчика в нижнее положение, проверяют соответствие абсолютного давления воздуха в герметической кабине условию Р≥Р, где Р - заданное значение абсолютного давления воздуха в атмосфере на высоте, соответствующей нижней границе диапазона высот для высотных полетов, при его выполнении выявляют неадекватные действия летчика, в противном случае осуществляют снижение самолета на заданную безопасную высоту, контролируют величину абсолютного давления воздуха в герметической кабине и при его достижении величины Р, соответствующей безопасной высоте полета, переводят самолет в горизонтальную плоскость полета и выявляют неадекватные действия летчика, если действия летчика адекватны, то выполняют полет в ручном режиме, в противном случае определяют располагаемые дальность и время полета в зависимости от остатка топлива, выбирают аэродром посадки, вырабатывают управляющую информацию, обеспечивающую безопасный вывод самолета по пространственно-временной траектории на выбранный аэродром посадки, вводят ее в автоматический контур управления самолетом и переводят летательный аппарат на автоматическое управление полетом.
гк
гк1
гк1
гк2
Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно измеряют скорость изменения давления воздуха и абсолютное давление воздуха в герметической кабине, проверяют соответствие скорости изменения давления воздуха в герметической кабине условию , где  - скорость изменения давления воздуха в герметической кабине, ,  - заданные значения скорости изменения давления воздуха в герметической кабине, и если оно выполняется, то формируют сигнал об аварийной разгерметизации, переводят управление кондиционированием воздуха в режим максимальной подачи воздуха в герметическую кабину, опускают светофильтр защитного шлема летчика в нижнее положение, а если скорость изменения давления воздуха в герметической кабине выше , то формируют сигнал о возникновении взрывной разгерметизации кабины, опускают светофильтр защитного шлема летчика в нижнее положение, проверяют соответствие абсолютного давления воздуха в герметической кабине условию Р≥Р, где Р - заданное значение абсолютного давления воздуха в атмосфере на высоте, соответствующей нижней границе диапазона высот для высотных полетов, при его выполнении выявляют неадекватные действия летчика, в противном случае осуществляют снижение самолета на заданную безопасную высоту, контролируют величину абсолютного давления воздуха в герметической кабине и при его достижении величины Р, соответствующей безопасной высоте полета, переводят самолет в горизонтальную плоскость полета и выявляют неадекватные действия летчика, если действия летчика адекватны, то выполняют полет в ручном режиме, в противном случае определяют располагаемые дальность и время полета в зависимости от остатка топлива, выбирают аэродром посадки, вырабатывают управляющую информацию, обеспечивающую безопасный вывод самолета по пространственно-временной траектории на выбранный аэродром посадки, вводят ее в автоматический контур управления самолетом и переводят летательный аппарат на автоматическое управление полетом. Этим достигается повышение уровня собственных защитных свойств эргатической системы «экипаж - летательный аппарат».
Измерение скорости изменения давления воздуха и абсолютного давления воздуха в герметической кабине необходимо выполнять в блоке измерителей параметров герметической кабины соответствующими датчиками, например датчиками давления генераторного типа (см. Левкович В.И. Информационный комплекс высотно-скоростных параметров ИК-ВСП-2-10: учебное пособие. / Левкович В.И. - Иркутск: ИВВАИУ, 1989. - 44 с.).
Проверку условия  необходимо выполнять в блоке определения разгерметизации кабины путем сравнения текущего значения скорости изменения давления воздуха в герметической кабине с заданными значениями  и , которые могут быть определены следующим образом. Например, по физиологическим нормам скорость изменения давления воздуха в кабине не должна превышать при непродолжительных полетах 10 мм рт.ст. / с, а при продолжительных полетах - 2 мм рт.ст./ с (см. Илюшин Ю.С. Системы обеспечения жизнедеятельности и спасения экипажей летательных аппаратов: учебник. - М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1985). Превышение текущего значения рассматриваемого параметра указанной величины свидетельствует об аварийной разгерметизации кабины (см. ГОСТ 22607-77. Системы кондиционирования воздуха самолетов и вертолетов. Термины и определения. Введ. 1978-07-01. М.: Изд-во стандартов, 1977. 8 с). Поэтому целесообразно определить левую границу проверяемого условия  равной 10 мм рт.ст. / с для непродолжительных полетов и 2 мм рт.ст. / с - для продолжительных полетов. Правую границу  условия, свидетельствующую о наличии взрывной разгерметизации (см. ГОСТ 22607-77. Системы кондиционирования воздуха самолетов и вертолетов. Термины и определения. Введ. 1978-07-01. М.: Изд-во стандартов, 1977. 8 с), необходимо определить на основании результатов имитационного моделирования и принять равной пятикратному превышению допустимого значения  для аварийной разгерметизации. Таким образом, правую границу  рассматриваемого условия необходимо установить равной 50 мм рт.ст. / с для непродолжительных полетов и 10 мм рт.ст. / с - для продолжительных полетов.
гк
гк1
гк1
Проверку условия Р≥Р необходимо выполнять в блоке проверки высотности полета. Величина заданного значения абсолютного давления воздуха в атмосфере Р на высоте, соответствующей нижней границе диапазона высот для высотных полетов, может быть определена равной 145 мм рт.ст. (см. Илюшин Ю.С. Системы обеспечения жизнедеятельности и спасения экипажей летательных аппаратов: учебник. - М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1985), что соответствует абсолютной высоте 12 км (см. ГОСТ 4401-81. Атмосфера стандартная. Параметры. Введ. 1982-07-01. М.: Изд-во стандартов, 1981. 180 с).
гк
гк2
гк2
Проверку условия Р=Р необходимо выполнять в блоке проверки безопасной высоты полета. Величина заданного значения абсолютного давления воздуха в атмосфере Р на безопасной для человеческого организма высоте может быть определена равной 462 мм рт.ст. (см. Илюшин Ю.С. Системы обеспечения жизнедеятельности и спасения экипажей летательных аппаратов: учебник. - М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1985), что соответствует абсолютной высоте 4 км (см. ГОСТ 4401-81. Атмосфера стандартная. Параметры. Введ. 1982-07-01. М: Изд-во стандартов, 1981. 180 с).
гк
гк1
гк
гк2
Способ устранения особой ситуации при разгерметизации кабины самолета может быть представлен в виде алгоритма, блок-схема которого представлена на фигуре, где обозначено: 1 - начало; 2 - блок исходных данных; 3 - блок измерителей параметров физиологического состояния; 4 - блок измерителей параметров герметической кабины; 5 - блок выявления неадекватных действий летчика; 6 - блок определения разгерметизации кабины; 7 - блок формирования сигнала аварийной разгерметизации; 8 - блок формирования сигнала взрывной разгерметизации; 9 - блок формирования сигнала увеличения массовой подачи воздуха в герметическую кабину; 10 - блок формирования сигнала опускания светофильтра защитного шлема летчика; 11 - блок формирования сигнала аварийной подачи 100-процентного кислорода; 12 - блок отправки сообщения руководителю полетов о разгерметизации кабины; 13 - блок формирования сигнала автоматического снижения самолета на безопасную высоту; 14 - блок формирования сигнала перевода самолета в горизонтальную плоскость; 15 - блок формирования сигнала ручного режима управления самолетом; 16 - блок определения располагаемых дальности и времени полета; 17 - блок выбора аэродрома посадки; 18 - блок выработки управляющей информации; 19 - блок ввода управляющей информации в автоматический контур управления самолетом; 20 - блок формирования сигнала автоматического режима управления полетом самолета; 21 - блок проверки условия ; 22 - блок проверки условия Р≥Р; 23 - блок проверки условия Р=Р; 24 - блок проверки условия адекватности действий летчика; А - результат проверки условия , при котором скорость изменения давления воздуха в кабине не превышает левую границу условия, то есть ; Б - результат проверки условия , при котором скорость изменения давления воздуха в кабине превышает правую границу условия, то есть .
Блок определения разгерметизации кабины 6 предназначен для определения аварийной либо взрывной разгерметизации (см. ГОСТ 22607-77. Системы кондиционирования воздуха самолетов и вертолетов. Термины и определения. Введ. 1978-07-01. М.: Изд-во стандартов, 1977. 8 с). Определение вида разгерметизации осуществляется по условию соответствия скорости изменения давления воздуха в кабине по времени , где  - скорость изменения давления воздуха в герметической кабине, ,  - заданные значения скорости изменения давления воздуха в герметической кабине.
Блок формирования сигнала увеличения массовой подачи воздуха в герметическую кабину 9 предназначен для перевода управления кондиционированием воздуха в режим максимальной подачи воздуха в герметическую кабину для приведения абсолютного давления воздуха в герметической кабине к заданному значению в соответствии с программой регулирования давления воздуха в герметической кабине (см. Илюшин Ю.С. Системы обеспечения жизнедеятельности и спасения экипажей летательных аппаратов: учебник. - М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1985. - 244 с.).
Блок формирования сигнала опускания светофильтра защитного шлема летчика 10 предназначен для подачи сигнала в штатное пиротехническое устройство защитного шлема для установки светофильтра защитного шлема летчика в нижнее положение с целью защиты лица летчика от скоростного напора, осколков остекления фонаря и средств поражения противника.
гк
гк1
гк1
гк
гк1
гк
гк2
гк2
Работа представленной блок-схемы алгоритма заключается в следующем. На вход блока исходных данных 2 непрерывно поступает информация об адекватности действий летчика (от блока измерителей параметров физиологического состояния 3), об абсолютном давлении воздуха в герметической кабине и о скорости его изменения (от блока измерителей параметров герметической кабины 4). Из блока исходных данных 2 полученную информацию передают по первому каналу в блок выявления неадекватных действий летчика 5 и по второму каналу - в блок определения разгерметизации кабины 6. На основании поступивших в блок определения разгерметизации кабины 6 данных о скорости изменения давления воздуха в герметической кабине в блоке 21 выполняют проверку условия , где  - скорость изменения давления воздуха в герметической кабине, ,  - заданные значения скорости изменения давления воздуха в герметической кабине. Если скорость изменения давления воздуха в кабине не превышает левую границу проверяемого условия  (результат А), то в блоке определения разгерметизации кабины 6 продолжают контролировать скорость изменения давления воздуха в герметической кабине. Если условие  выполняется (результат «Да»), то в блоке 7 формируют сигнал аварийной разгерметизации, который приводит в действие блок формирования сигнала увеличения массовой подачи воздуха в герметическую кабину 9, блок формирования сигнала опускания светофильтра защитного шлема летчика 10, блок формирования сигнала аварийной подачи 100-процентного кислорода 11 и блок отправки сообщения руководителю полетов о разгерметизации кабины 12. Если скорость изменения давления воздуха в кабине превышает правую границу условия , то есть  (результат Б), то в блоке 8 формируют сигнал взрывной разгерметизации, который приводит в действие блок формирования сигнала опускания светофильтра защитного шлема летчика 10, блок формирования сигнала аварийной подачи 100-процентного кислорода 11 и блок отправки сообщения руководителю полетов о разгерметизации кабины 12. Далее в блоке 22 выполняют проверку условия Р≥Р, где Р - заданное значение абсолютного давления воздуха в атмосфере на высоте, соответствующей нижней границе диапазона высот для высотных полетов. Если условие выполняется (результат «Да»), то приступают к проверке условия адекватности действий летчика в блоке 24. Если условие Р≥Р не выполняется (результат «Нет»), то в блоке 13 формируют сигнал автоматического снижения самолета на безопасную высоту для передачи его в штатную систему автоматического управления полетом, осуществляют снижение самолета на заданную безопасную высоту в автоматическом режиме управления и контролируют величину абсолютного давления воздуха в герметической кабине в блоке 23 проверки условия Р=Р. При достижении величины абсолютного давления воздуха в герметической кабине значения Р, соответствующего безопасной высоте полета, в блоке 14 формируют сигнал перевода самолета в горизонтальную плоскость и переходят к проверке условия адекватности действий летчика в блоке 24. Если действия летчика адекватны (результат «Да»), то в блоке 15 формируют сигнал ручного режима управления самолетом и дальнейший полет выполняют в ручном режиме управления. Если действия летчика неадекватны (результат «Нет»), то в блоке 16 определяют располагаемые дальность и время полета в зависимости от остатка топлива, в блоке 17 выбирают аэродром посадки, в блоке 18 вырабатывают управляющую информацию для системы автоматического управления полетом, обеспечивающую безопасный вывод самолета по пространственно-временной траектории на выбранный аэродром посадки, в блоке 19 выполняют ввод управляющей информации в автоматический контур управления самолетом, в блоке 20 формируют сигнал автоматического режима управления полетом самолета и дальнейший полет выполняют в автоматическом режиме управления. В случае возвращения летчика в работоспособное состояние он докладывает об этом руководителю полетов через бортовую радиостанцию, отменяет команды автоматического контура и переходит к пилотированию самолета в ручном режиме управления.
Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений не известен способ спасения летчика и самолета при разгерметизации кабины в высотном полете путем контроля физиологического состояния летчика, текущих значений параметров герметической кабины и сравнения их с допустимыми, регистрации момента возникновения разгерметизации на борту воздушного судна, принятии решения о субъекте управления, в зависимости от которого дальнейшее управление самолетом выполняет летчик либо функции управления передают системе автоматического управления полетом.
Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленная последовательность операций приводит к повышению уровня собственных защитных свойств эргатической системы «экипаж - летательный аппарат».