Метод опорных точек и его развитие в «электронном инструкторе»

А.Титов
Андрей ТИТОВ,
доктор технических наук

эффективное обучение пилотированию  летательного аппарата

Для эффективного обучения пилотированию летательного аппарата (ЛА) необходимо идти от теории к практике (российский подход), а не наоборот, или делать это одновременно. Основная задача краткого предполетного курса по основам теории пилотирования – связать наилучшим образом теорию с практикой. Не исключается, что после полетов возникают новые теоретические вопросы (в том числе достаточно сложные), на которые хочется иметь исчерпывающие ответы высококвалифицированных специалистов.
Предпосылки создания краткого предполетного курса по теории пилотирования ЛА следующие:

  1. Опрос курсантов различных летных школ, которые изучили все необходимые дисциплины и допущены к полетам, разбор типовых ошибок пилотирования показывает, что их знания в области теории пилотирования (в широком смысле этого термина) неудовлетворительные.
  2. Проблема состоит в том, что по некоторым важным вопросам теории пилотирования знания вообще отсутствуют («провалы» в знаниях). При методически правильном построении курса это исключается.
  3. Использование новых методических подходов, в частности, разработанной информационной модели полета в виде «графических образов» позволит легко уяснить физический смысл процесса безопасного пилотирования ЛА (как самолетов, так и вертолетов), а теория «динамических» пар – построить правильное распределение внимания по приборам.
  4. Возможность правильного использования курсантом приборов будет не только способствовать процессу обучения, но и позволит в будущем обеспечить требуемый уровень безопасности полетов.
  5. Хорошее знание теории позволит повысить уровень «осознанности» пилотирования уже на начальных этапах обучения, ускорить процесс летного обучения в целом и повысить безопасность тренировочных полетов.
  6. Глубокое знание теории и использование специализированных компьютерных тренажеров по критерию «качество обучения/затраты» в целом должно дать экономию средств и времени.

В настоящее время на основе использования компьютерных технологий можно показывать картинки пилоту не только в опорных точках, но и непрерывно на протяжении всего полета (как на тренажере, так и в реальном полете на борту ЛА). Этот подход в некоторой степени уже реализован в компьютерных тренажерах и в системах разбора полетов, в которых можно демонстрировать полет в трехмерном изображении, задавшись точкой наблюдения на ЛА в пространстве.
Электронный инструктор (ЭИ) – это полностью автономная малогабаритная пилотажно-навигационная система («ПНК на ладони»), разработанная на основе комплексирования информации микромеханических инерциальных датчиков, магнитометра и барометра с высокочастотным приемником спутниковой навигации и использования планшетного компьютера. ЭИ позволяет на борту ЛА на одном дисплее (или нашлемном индикаторе) реализовать 3-D и 2-D индикацию в виде хорошо понятных летному составу и имеющих физический смысл графических образов полета. Эти графические образы уже используются в курсах таких дисциплин, как: аэродинамика, динамика полета, навигация, самолетовождение и др.
В основу «образной» индикации положен принцип «полярного» способа перемещения ЛА в пространстве – управление осуществляется углами ориентации вектора скорости ЛА в пространстве и его модулем. В этой индикации используются следующие графические образы полета: силуэт ЛА; направление и модуль вектора скорости; результирующие силы, действующие на ЛА; заданная траектория полета; точка в пространстве, куда рекомендуется лететь; прогнозная траектория полета; рельеф местности; препятствия; посадочная площадка и высота над ней, а также связанные с ними различные эксплуатационные ограничения из условий обеспечения безопасности полета. Эти графические образы наглядно отражают физическую сущность процесса пилотирования и позволяют прогнозировать движение ЛА в пространстве (см. рис. 1).
Основное достоинство ЭИ при обучении пилотов заключается в том, что он непрерывно «подсказывает», насколько необходимо отклонить рычаги управления ЛА, чтобы выходить и выдерживать желаемый режим полета, лететь по заданной траектории с заданной скоростью, эффективно парировать внешние возмущения и активные отказы техники и при этом не превышать эксплуатационных ограничений. Тем самым прививаются правильные моторные навыки пилотирования с учетом перекрестных связей в каналах управления. Уяснение курсантом этих связей вначале на качественном уровне (в какую сторону необходимо отклонять рычаги управления ЛА), а затем и количественном (насколько именно их отклонять) обеспечивает возможность самостоятельного пилотирования ЛА с первого вылета.
Все это достигается за счет оптимизации масштабов индикации при реализации в ЭИ способов преследующего слежения с прогнозированием. Именно за счет этого и обеспечивается одновременно высокая точность пилотирования при минимальной загрузке пилота.
ЭИ по существу используется как эталон правильного пилотирования, как в технике пилотирования, так и в выборе рациональных траекторий полета для устранения отклонений.
Проблема состоит в том, что для различных условий полета, связанных с изменением самих характеристик ЛА (веса, центровки, моментов инерции, запаса топлива, количества пассажиров и грузов, регулировки системы управления, внешней подвески, качества поверхностей ЛА и обледенения и др.), ветровых возмущений (турбулентности, порывов, величины встречного и бокового ветра, сдвига ветра), закабинной информации (характер визуального контакта с землей, степень размытости горизонта и др.), а также количества ЛА в воздухе (в полете по кругу, на подходе и в зоне) рациональная траектория полета будет различной. Поэтому в ЭИ любую заданную эталонную траекторию может сформировать сам инструктор (включив режим записи в полете для занесения ее в базу данных упражнений), а курсант ее отработать в этом или последующих полетах.
Параллельное существование ЭИ на борту со штатным приборным оборудованием возможно, так как для обеспечения требуемой точности пилотирования он не требует значительного отвлечения внимания пилота, а установка его на борту достаточно проста (см. рис. 2).
С помощью ЭИ можно проводить обучение по всем этапам полета от взлета, маршрутного полета на малой высоте, пространственного маневрирования, до посадки на аэродром или на не оборудованную специально посадочную плошадку. Кроме того, на этапе совершенствования летной подготовки можно обучать летчика правильному парированию особых ситуаций на различных этапах полета.
ЭИ универсален для любых типов ЛА и легко устанавливается практически на любой из них (включая маленькие вертолеты и самолеты и даже сверхлегкие ЛА), что особенно актуально для летных школ с различными типами учебных ЛА.
ЭИ может применяться, как на начальной стадии обучения курсантов визуальному пилотированию, так и при совершенствовании опытных пилотов при пилотировании по приборам. Однако в целях повышения безопасности полетов даже начинающий пилот (пилот-любитель) должен обладать достаточными навыками полета по приборам.
В ЭИ реализован замкнутый цикл производства тренировочных полетов: «планирование – полет – разбор – тренаж».
Важное место в процессе обучения занимает углубленный разбор полетов, так как за счет него обеспечивается высокая скорость освоения курса летной подготовки. Этот этап обучения может существовать автономно, вне зависимости от применения ЭИ на тренажере или на учебном ЛА. Использование «электронного инструктора» для углубленного автоматизированного разбора полетов позволяет решить следующие основные задачи:

  1. Оценить среднюю точность пилотирования при полете по заданной траектории (в ручном, директорном и автоматическом режимах полета). Выявить недопустимые отклонения от заданной траектории или режима полета (в соответствии с нормативными документами по точности пилотирования).
  2. Локализовать по месту и по времени момент возникновения ошибки, приводящей впоследствии к недопустимым отклонениям, что позволит подойти к выявлению истинных причин ошибки (связанных с распределением внимания, слабыми моторными навыками пилотирования, не учетом внешних возмущений и т.д.).
  3. Локализовать по месту и времени начало устранения недопустимых отклонений. Оценить степень рациональности устранения отклонений от заданной траектории или режима полета. Например, выявить ошибки с ранним или поздним началом разворота при полете по заданным траекториям.
  4. Выявить потенциально опасные события, связанные с недопустимыми приближениями (превышениями) эксплуатационных ограничений по высоте полета над рельефом, расстояниями до препятствий, превышением допустимых кренов, перегрузок, высот и скоростей полета, а также приближения к другим ЛА в воздухе и на земле (опция).
  5. Выявить ошибки в технике пилотирования при выполнении неустановившихся режимов полета, связанных с плохой координацией управления во всех каналах одновременно при вводе в развороты, снижения и наборы высоты.
  6. Оценить качество парирования сильных ветровых возмущений, активных отказов техники (двигателей) и выпуска элементов механизации по точности балансировки летательного аппарата в желаемом направлении движения. Оценить правильность темпов гашения или разгона скорости при посадках и взлетах (работу с механизацией).
  7. Оценить правильность принятия летчиком решения о выполнении посадки (в соответствии с известной высотой принятия решения). Оценить правильность принятия решения о выполнении разворота в условиях пересеченного рельефа и препятствий (в соответствии с предельно-допустимыми ограничениями на крен или перегрузку).
  8. Количественно оценить степень («глубину») ошибки пилотирования, как по точности пилотирования, так и по угрозе безопасности полетов. Автоматизированное накопление информации об ошибках и их глубине в базе данных позволит выявлять типовые ошибки (часто повторяющиеся) и прогнозировать тенденции их изменения от полета к полету (т.е. своевременно предупреждать об угрозе безопасности полетов).

Основное преимущество заключается в том, что анализу подвергается каждый полет, а не только тот, в котором были выявлены грубые нарушения безопасности полетов (в результате обработки существующим «экспресс-анализом»). Предлагаемый подход позволяет реализовать желание пилота к повышению своей квалификации (к самосовершенствованию), так как даже у опытных пилотов выявляются небольшие тенденции в ухудшении качества пилотирования.
В перспективе в процессе развития системы углубленного разбора полетов на основе автоматизированного (посредством визуального воспроизведения полета) накопления и анализа ошибок пилотировании создать предпосылки для построения прогнозной модели безопасности предстоящего вылета конкретным пилотом с учетом сложности полетного задания.
Роль инструктора сводится к оптимизации процесса обучения: своевременного перехода от простых упражнений к более сложным упражнениям из утвержденного курса (в зависимости от индивидуальных способностей обучаемого) и обеспечению безопасности полетов.
Между двумя методиками (МОТ и ЭИ) много общего:
— конечной целью является обучение пилота быстро и правильно строить в голове текущий «образ полета» на основе информационной модели полета (ИМП), включающей приборную и не инструментальную информацию,
— для этого пилоту представляются наглядные изображения ЛА в пространстве и действующие на него силы,
— на основе сравнения текущего образа полета и желаемого (концептуального) пилот должен выработать действия по пилотированию, что связано с развитием его способностей прогнозировать движение ЛА.
ЭИ не заменяет метод опорных точек в процессе теоретической наземной подготовки курсантов, а является его естественным продолжением в процессах тренажной подготовки и в реальных тренировочных полетах.
В методическом плане предстоит решить ряд задач, связанных с внедрением ЭИ, не ломая при этом уже проверенные многолетней практикой способы обучения пилотов. Внедрение ЭИ позволит существенно повысить качество обучения пилотов без увеличения затрат.

В соответствии с известными в России публикациями, авторами метода опорных точек (МОТ) являются В.А. Пономаренко, С.В. Алешин, А.А. Ворона, Д.В. Гандер, М.А. Кремень, Н.П. Крюков. Все они трактуют метод опорных точек следующим образом (выдержки из их публикаций):
«Места на траектории фигуры, где происходит контроль достижения предыдущей цели и переход к достижению последующей, получили условное наименование «опорные точки». В опорной точке летчик оценивает полетную информацию, принимает решение и начинает выполнять действия по ее реализации, т. е. каждой опорной точке соответствует некоторая область пространства, в которой происходит движение самолета в течение указанного выше периода времени. Опорные точки фиксированы на траектории фигуры. Поэтому каждая из них характеризуется определенным пространственным положением самолета, а также показаниями приборов и специфическими не инструментальными сигналами, которые образуют информационную картину опорной точки.
С физической точки зрения, опорная точка характеризуется определенной аэродинамической картиной: раскладом сил, действующих на самолет, его поведением, возникающими при этом перегрузками и ускорениями и т. д.
Психологическим эквивалентом опорной точки является элементарный обобщенный образ, включающий в себя: предметное содержание – наглядный понятийный образ положения самолета на данном участке фигуры пилотажа, образ приборов — представление о показаниях приборов, в которых объективируется предметное содержание, образ, в котором интегрированы различные чувственные признаки данной типовой полетной ситуации.
В соответствии с МОТ обучаемым представлялись картинки, на которых показывались: разделение фигуры на опорные точки, силы, действующие в них на самолет, инструментальные (показания приборов), не инструментальные (собственные ощущения и восприятия), другие информационные признаки. При этом обучаемым объяснялись: аэродинамическая обусловленность деления фигур пилотажа на опорные точки, соответствующие им показания приборов, характер возникающих в этот момент в полете собственных ощущений и восприятий.
После предъявления картинки от обучаемого требовалось показать на специальном макете положение самолета в пространстве относительно его осей X, Y и Z и дать развернутую устную характеристику всем возникающим в данный момент ощущениям и восприятиям. После этого обучаемый должен был сообщить, какие движения по управлению самолетом необходимо выполнить для перевода его на следующий участок фигуры пилотажа.
Выполняя какую-либо фигуру, летчик в любой момент должен знать, в каком положении находится самолет, каковы скорость и траектория полета, насколько все это соответствует цели его действий. Следовательно, он должен не только фиксировать, но и мысленно опережать движение самолета. Для этого ему необходимо прогнозировать движение ЛА в пространстве.
Предвидение – это активное психическое отражение будущей ситуации, основанное на материальной основе физических законов перемещения управляемого объекта в пространстве, и есть тот интегральный психический процесс, который выступает в качестве педагогического основания к построению обучения.
Время предъявления картинок по мере тренировок постепенно сокращалось, что способствовало формированию навыков целостного восприятия приборной информации. На заключительных этапах тренировок обучаемому сначала в последовательном, а потом в случайном порядке предлагались полетные ситуации с различными отклонениями параметров. И он должен был не только их определить, но и дать характеристику сигналам, по которым можно было определить отклонение».

Ваш комментарий будет первым

Написать ответ

Выш Mail не будет опубликован


*


Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика