Интеллектуальный человеко-машинный интерфейс экипажа вертолета по высотно-скоростным параметрам и параметрам воздушной среды, окружающей вертолет

Изобретение относится к интегрированному комплексу бортового оборудования вертолетов (ИКБОВ), а именно к улучшенной кабиной дисплейной системе экипажа вертолета. Внутрикабинный интерфейс экипажа вертолета содержит электромеханические приборы со шкально-стрелочной индикацией параметрической информации и сигнальной информации, интерфейс экипажа. Приборы содержат сигнальные лампы/табло, расположенные по информационно-управляющему полю кабины экипажа определенным образом. Интерфейс экипажа содержит электронные средства индикации. Обеспечивается повышение безопасности полетов. 12 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к интегрированному комплексу бортового оборудования вертолетов (ИКБОВ), эксплуатируемых в Государственной и Гражданской авиации Российской Федерации, а именно к улучшенной кабиной дисплейной системе экипажа вертолета (Enhanced Cabine Display System - ECDS), предназначенному для обеспечения экипажа вертолета интеллектуальной когнитивной изобразительностью параметрической и сигнальной информацией по высотно-скоростным параметрам вертолета (ВСПВ) и метеорологическим параметрам воздушной среды, окружающей вертолет (МПВС) для всех этапов и режимов летной эксплуатации вертолета, а также для обеспечения экипажа интеллектуальными когнитивными визуальными подсказками для предупреждения особых ситуаций (ОС), возникающих в полете вертолета по этим параметрам из-за нестандартных ошибочных действий экипажа, отказов компонентов ИКБОВ, опасных воздействий внешних факторов и/или их неблагоприятных сочетаний.

Расширение круга задач, решаемых вертолетами, интенсификация их использования в гражданских и военных целях, непрерывное повышение требований к уровню безопасности полетов (БП), регламентируемого Международными требованиями ИКАО, а также требованиями Федеральных целевых программ Российской Федерации по обеспечению БП вертолетов, эксплуатируемых в Гражданской и Государственной авиации обуславливает необходимость обеспечения экипажа интеллектуальной информационной поддержкой, реализованной на основе современных компьютерных технологий, что позволяет существенно повысить показатели БП на вертолетах, предупредить множество авиационных происшествий и серьезных инцидентов (АПиСИ), характерных для вертолетов Российского производства.

Изобретение позволяет наиболее полно использовать летно-технические характеристики (ЛТХ) вертолета, повысить качество управления с учетом особенностей конструкции, летной эксплуатации вертолета, обеспечить экипаж интеллектуальной когнитивной информацией о неблагоприятном влиянии внешних воздействующих факторов (ВВФ) на БП, об отказах измерительно-вычислительных устройств и о собственных ошибках экипажа.

Изобретение существенно повышает уровень ситуационной осведомленности экипажа не только по ВСПВ и МПВС, но и обеспечивает экипаж изобразительностью интегральных управляющих команд для предупреждения АПиСИ, характерных для вертолетов, и повышает уровень БП вертолетов Российского производства до приемлемого уровня, соответствующего требованиям Глобального плана ИКАО по обеспечению БП вертолетов.

Уровень техники

Известен технический уровень, достигнутый по изобразительности приборной индикации высотно-скоростных параметров вертолета с использованием обычных электромеханических приборов со шкально-стрелочной изобразительностью параметрической информации, а также с использованием «стеклянной кабины» или с использованием современных электронных средств экранной индикации – внутрикабинной дисплейной системы отображения информации, причем в качестве аналога изобретения, предназначенного для обеспечения экипажа изобразительностью параметрической информации о внутрикабинной и закабинной полетной обстановке по ВСПВ и МПВС принят патент на промышленный образец RU 86632, опубликованный 16.10.2013 года «Интерфейс вертолетного пилотажного навигационного индикатора», реализованный на вертолетах МИ-26 Т2 и МИ171 А2.

Несмотря на существенные улучшения эргономичности представления экипажу вертолета пилотажной и навигационной параметрической информации, характеризующееся выполнением графического интерфейса на жидкокристаллическом электронном экранном индикаторе прямоугольной формы с темным фоном, на котором расположены шесть указателей в виде окружностей с применением буквенно-цифровых обозначений пилотажных параметров вертолета, данные интерфейсы имеют ряд недостатков, а именно: шкально-стрелочное представление ВСПВ, имеет существенные недостатки, связанные с необходимостью концентрации внимания экипажа на отдельных указателях параметров ВСПВ, а также необходимостью непрерывного переключения внимания членов экипажа вертолета с одного указателя на другой, т.е. информация воспринимается экипажем дискретно, что требует ее запоминания и непрерывной оценки величины отклонения и его знака. Требует знания и непрерывной оценки экипажем значений величин отклонений и их знака от их номинальных летных и технических эксплуатационных значений для всех этапов и режимов полета вертолета.

Причем, отображение пилотажных параметров в приведенном интерфейсе экипажа организовано следующим образом:

- размещением окружности указателя приборной скорости полета в верхнем левом углу интерфейса со шкалой в виде рисок белого цвета, имеющей цифровые обозначения приборной скорости V_п белого цвета, с выделенными желтым и зеленым цветом дугами, имеющей на дуге зеленого цвета риску непревышаемой скорости красного цвета и риску непревышаемой скорости при авторотации красно-белого цвета, со стрелкой белого цвета, с прямоугольной рамкой белого цвета с цифровым обозначением измеряемого параметра белого цвета в центре окружности.

Однако, подобный визуальный формат представления информации (изобразительность) о текущей приборной скорости полета имеет существенные недостатки, особенно они отрицательно проявляются при восприятии экипажем информации о воздушной приборной скорости V_п в быстроменяющейся аэродинамической обстановке на взлетах/посадках, зависаниях, выполнении маневрирований на малых и предельно малых высотах, а также при попадании вертолета в условия образования снежного/пыльного вихря и высокоманевренных режимах полета при боевом применении вертолета из-за:

- необходимости концентрации зрительного анализатора пилота при считывании показаний V_п с прибора из-за использования шкально-стрелочного представления информации, малозаметности тенденций изменения скорости, применения более 8 элементов графики для отображения величины V_п , необходимости обращения экипажа к долговременной и оперативной памяти для вспоминания множества летных ограничений вертолета по V_п для различных этапов и режимов полета вертолета (висение, внешняя подвеска, заход на посадку, набор высоты, перемещения над подстилающей поверхностью и др.), при этом отсутствует информационное обеспечение экипажа об отказе указателя скорости (зависание стрелки, произвольное увеличение или уменьшение скорости из-за отказа датчиков, приемников ПВД и др.), а также полностью отсутствует информационное обеспечение о малых скоростях полета в диапазоне от нуля до 50÷70 км/час, и не имеет информационного обеспечения для выдерживания потребной заданной скорости полета. Подобный формат отображения информации о воздушной скорости полета вертолета дополнительно имеет недостатки, связанные с его восприятием, запоминанием, необходимостью анализа множества вариантов его интеграции в образ полета, при этом, управляющие воздействия экипажа по его изменению или поддержанию возлагаются на интеллект экипажа, что вызывает психофизиологическую напряженность пилота при пилотировании вертолета и, особенно, в особых случаях полета и особых ситуациях полета;

- размещением окружности указателя вертикальной скорости в правом верхнем углу интерфейса, со шкалой в виде рисок белого цвета, имеющей цифровые обозначения измеряемого параметра белого цвета со стрелкой белого цвета, с прямоугольной рамкой белого цвета, с цифровым обозначением измеряемого параметра белого цвета в центре окружности. Данный формат представления информации о вертикальной скорости имеет значительные недостатки и не может обеспечить безопасность полетов вертолета из-за: необходимости концентрации внимания зрительного анализатора для считывания показания прибора за счет применения шкально-стрелочного указателя и применения семи элементов графики для визуального считывания одного параметра; невозможности определения вертикальной скорости снижения более 30 м/с при экстренном снижении вертолета (фактически в этом случае прибор показывает вертикальную скорость набора высоты); невозможности точного определения вертикальной скорости, в то время, когда такая потребная точность при заходе на посадку по точным и неточным системам составляет 0,1 м/с среднеквадратичного отклонения (СКО); отсутствия сигнальной информации при в зависимости от этапов и режимов полета, что вызывает необходимость обращения к долговременной и оперативной памяти, а также отсутствует информационное обеспечение об отказе прибора. Формат также не обеспечивает экипаж информацией о лётных эксплуатационных ограничениях вертикальной скорости снижения в зоне ограничений: истинная высота полета - приборная скорость полета - вертикальная скорость снижения - посадочный вес - вертикальная составляющая скорости ветра, отношения величины индуктивной скорости вертолета к поступательной скорости вертолета, что не обеспечивает экипаж предупреждением о возможности попадания вертолета в режим вихревого кольца (ВК), отсутствие которого приводит к АПиСИ, а также вызывает необходимость безошибочного выбора из долговременной памяти пилота номинальных значений множества параметров управления вертолетом в пределах периода времени, меньшего, чем необходимо для восприятия, обобщения, оценки текущей ситуации и принятия решения;

- размещением окружности указателя радиовысотомера истинной высоты полета в левой нижней части интерфейса со шкалой в виде рисок белого цвета, имеющей цифровые обозначения измеряемого параметра белого цвета, с выделенной желтого цвета дугой, с маркером опасной высоты в виде желтого треугольника в нижней части дуги, со стрелкой белого цвета, с прямоугольной рамкой белого цвета с цифровым обозначением измеряемого параметра белого цвета в центре окружности.

Подобный интерфейс представления экипажу информации об измеряемой величине истинной высоты Н_и имеет ряд недостатков из-за того, что:

- однотипные параметры истинной высоты Н_и и барометрической высоты полета H_бap должны быть расположены близко друг к другу для исключения необходимости переноса взгляда для считывания высоты полета;

- отсутствует информационное обеспечение о полете ниже потребной безопасной высоты полета , зависящей от характеристик рельефа подстилающей поверхности и высоты искусственных препятствий, кроме того счетчик установки высоты принятия решения - Н_впр на индикаторе радио-высоты не отображается;

- используется избыточное число графических элементов для отображения истинной высоты Н_и;

- формат отображения барометрической высоты H_бap также имеет эргономические недостатки, например, известно, что двухстрелочные индикаторы типа «Часы стрелочные» требуют концентрации внимания для считывания информации и не обеспечивают экипаж сигнальной информацией о полетах на высотах , также для выявления уровня отсчета барометрической высоты H_бap, возникает необходимость переноса взгляда на счетчик отсчета барометрического давления, от уровня которого производится определение высоты полета, отсутствует информационное обеспечение экипажа об опасной величине «невязок» между истинной и барометрической высотой полета после перевода начала отсчета барометрического высотомера на уровень высоты аэродрома (вертолетной площадки) или неправильной установки величины давления у порога ВПП или давления у подстилающей поверхности ВВПП;

- индикацией указателя скорости и направления метеорологического ветра в виде окружности белого цвета в правой нижней части интерфейса, с белыми рисками вокруг окружности, с буквенными обозначениями измеряемого параметра белого цвета под окружностью, с цифровым обозначением измеряемого параметра зеленого цвета в центре окружности, с указателем направления ветра в виде белой стрелки.

Приведенный формат отображения имеет существенные эргономические недостатки, а именно: формат отображения скорости ветра U и его направления δ вызывают необходимость обращения экипажа, как к долговременной, так и к оперативной памяти для выполнения расчетов в уме с целью определения встречных, попутных, боковых составляющих скорости ветра и_в/п; u_б и сравнения их текущих фактических величин с допустимыми значениями ; , оценки величин невязок, принятия решения по изменению направления полета без потери управляемости вертолета и предупреждения попадания вертолета в режим самопроизвольного левого вращении (СЛВ), а также заявленный формат не позволяет определить направление ветра δ с точностью σ_в=10°, что не соответствует требованиям Наставления по метеорологическому обеспечению полетов. Приведенный интерфейс также не позволяет экипажу вертолета на режимах висения, маневрирования на малых и предельно малых высотах, торможения поступательной скорости осуществлять безопасный маневр в пространстве относительно встречного ветра.

Известны графические интерфейсы представления экипажу вертолета параметрической и сигнальной информации, выполненные с применением «стеклянной кабины», реализованные с помощью внутрикабинной дисплейной системы − электронных экранных индикаторов, например: для вертолетов типа Ми-172, Ми-138, разработанных фирмами Honeywell и «Транзас». Однако, например, применение «стеклянной кабины» для отображения пилотажно-навигационных параметров вертолета Ми-172 существенно ухудшило возможности экипажа по визуальному обзору закабинного пространства, а именно: пространства неба и плоскости подстилающей поверхности из-за того, что панель индикаторов закрыла обзор подстилающей поверхности в нижней полусфере остекления кабины экипажа, что не позволяет экипажу визуально качественно наблюдать за ориентирами на подстилающей поверхности, необходимыми экипажу для балансировки и вертикального приземления вертолета в условиях образования снежного/пыльного вихря. При этом визуальный интерфейс экипажа, предназначенный для индикации параметрической и сигнальной информации, вызывает необходимость концентрации внимания членов экипажа на отдельных индикаторах и указателях параметрической информации и необходимость обращения к долговременной памяти, а также не исключает необходимости постоянного переключения внимания с одного указателя на другой, не позволяет правильно воспринимать образ полета с первого взгляда, что увеличивает психофизиологическую напряженность членов экипажа, а также увеличивает время принятия решения и образует зоны неопределенностей для ситуационного понимания текущего режима полета, создавая зону сомнений для принятия своевременных и правильных решений в условиях их многокритериальности из-за отсутствия интегральных средств информационной поддержки экипажа для своевременных и правильных действий в соответствии с установленными стандартами для экипажа: Руководство по летной эксплуатации (РЛЭ), Федеральные Авиационные Правила подготовки и выполнения полетов, Нормативы оценок по технике пилотирования и самолетовождения, технологии работы экипажа и др.

Поскольку вертолет имеет множество летных эксплуатационных ограничений по ВСПВ и параметрам ВВФ, по допустимым значениям взлетных/посадочных весов, зависящих в свою очередь от этапов и режимов полета, высоты полета, МПВС, а также множество ограничений по предупреждению попадания вертолета в недопустимые в летной эксплуатации режимы полета экипажу необходимо удерживать их в долговременной памяти, а при выполнении высокоманевренных режимов и в оперативной памяти, чтобы не допустить выхода контролируемых параметров за эксплуатационные и предельные величины. Кроме того приведенный выше интерфейс экипажа не может обеспечить безопасность полетов, т.к. в нем не предусмотрена упреждающая сигнальная информация по предупреждению экипажа о возможности достижения вертолетом опасных режимов полета по приборной скорости, снижению ниже потребной безопасной высоты полета, а также информация о возможности потери вертолетом путевой устойчивости и управляемости в зоне неблагоприятного воздействия ветра, а также отсутствует интегральная визуальная и речевая информационная поддержка экипажа по предупреждению попадания вертолета в режимы: ВК, СЛВ, «подхвата», «штопора», взлета/посадки с превышениями допустимого взлетного веса, отсутствует информационное обеспечение с оценкой маневренных возможностей вертолета в зоне воздействия ветра.

Шкально-стрелочное представление параметрической информации не может обеспечить БП экипажей вертолетов, состоящих из двух пилотов, так как информация в этом случае требует раскодировки параметров полета с помощью кодов (шкала, стрелка, градуировка, оцифровка, счетчик, дуга шкалы), определение параметров с помощью указанных кодов в условиях разнесённости шкально-стрелочных индикаторов «типа часы» по информационному полю кабины экипажа вызывает необходимость «собирания стрелок в нужную конфигурацию» для управления полетом на разных этапах и режимах полета, способствует возникновению ошибок в технике пилотирования, связанных с необходимостью длительного вырабатывания навыков динамического стереотипа пилотирования из-за необходимости непрерывного переключения внимания по информационно-управляющему полю кабины экипажа для ситуационного понимания текущего режима полета и для своевременного и безошибочного восприятия информации.

Известен патент Ru 2497175С1 «Система визуализации полета и когнитивный пилотажный индикатор одновинтового вертолета», опубликованный 27.10.2013 г., принятый за прототип изобретения, в котором описывается система визуализации параметров полета одновинтового вертолета, в том числе и по ВСПВ и МПВС с использованием когнитивной графики, обеспечивающей экипаж вертолета быстрым и безошибочным восприятием множества параметрической информации по ВСПВ − ПИ^ВСПВ и параметрической информацией по МПВС − ПИ^МПВС, однако приведенный интерфейс имеет ряд недостатков, а именно: не обеспечивает экипаж вертолета информацией о возникновении в полете ОС, связанных с возникновением в полете неприемлемых условий для летной эксплуатации вертолета: СЛВ, ВК, «подхвата», «штопора» выхода на границы максимально/минимально допустимой приборной скорости , снижения ниже потребной безопасной высоты полета, Н_без=f(Н_рел., правил полета, видов полета и др.), опасной скорости снижения и сближения с подстилающей поверхностью, а также не обеспечивает экипаж ситуационной осведомленностью об уровне опасности отклонений параметров ВСПВ и МПВС от их номинальных эксплуатационных значений и не обеспечивает экипаж интеллектуальной подсказкой по предупреждению АПиСИ, связанных с ошибочными действиями/бездействием экипажа, отказами AT, и неблагоприятным влиянием ВВФ.

В настоящее время в соответствии с требованиями Документа ИКАО «Эксплуатация воздушных судов» Приложение 6 часть Международная организация гражданской авиации, Издание девятое Июль 2010 г. 260 с, перечень параметрической информации, необходимый для безопасного пилотирования вертолета, подразделяется на пять групп:

1. Параметры, характеризующие траекторию полета и скорости;

2. Параметры, характеризующие пространственное положение воздушных судов (ВС);

3. Параметры, характеризующие работу двигателей;

1. Параметры, характеризующие конфигурацию ВС;

2. Параметры, характеризующие эксплуатационные режимы полета.

В целом, количество этих параметров более 150, причем, каждый параметр, представляемый экипажу, это часть полетной ситуации, так как он имеет свой летный эксплуатационный диапазон и единицу измерения, временные характеристики, динамику изменения, текущие и заданные значения на разных этапах и режимах полета, величину колебаний, направление и тенденцию изменения, темп роста/падения, летные эксплуатационные ограничения в зависимости от этапов и режимов полета, параметры точности, причем эти параметры практически взаимосвязаны и требуют от пилотов глубоких знаний об их взаимном влиянии и основ летной эксплуатации типа ВС, направленных на предупреждение авиационных происшествий.

В изобретении, в части обеспечения экипажа визуальной интеллектуальной когнитивной изобразительностью параметрической и сигнальной информацией по ВСПВ и МПВС используются как внутрикабинные дисплеи, так и прозрачные дисплеи на фоне лобового стекла кабины экипажа (ПДЛС). Причем, с целью существенного улучшения эргономичности представления информации когнитивная изобразительность приборной индикации и ее комплектность приближена к естественному коду с использованием образной индикации, основанной на принципах виртуальной реальности, которая воспроизводится на ПДЛС с использованием когнитивной изобразительности визуальной видимости виртуального закабинного пространства. Причем на виртуальную изобразительность закабинного пространства накладывается когнитивная изобразительность ВСПВ и МПВС, имитируя при этом наиболее простой полет по правилам визуальных полетов. При этом экипажем информация по ВСПВ и МПВС воспринимается с первого взгляда, интуитивно понятна и не требует «собирания» стрелок в нужную конфигурацию, обращения к ментальной деятельности для вычислений в уме с целью оценки величин отклонений ВСПВ и МПВС от их номинальных значений, регламентируемых руководствами по летной и технической эксплуатации вертолета.

Основное внимание в изобретении уделено вопросам обеспечения БП вертолетов, связанных с его безопасным пилотированием, воздушной навигацией, маневрированием в зоне аэродрома, на этапах захода на посадку и взлета с необорудованных вертолетных взлетно-посадочных площадках (ВВПП) и, особенно, на малоскоростных режимах маневрирования у подстилающей поверхности в условиях опасного воздействия на вертолет внешних факторов (ветра, горизонтального и вертикального сдвига ветра, повышенной турбулентности атмосферы, повышенной температуры окружающей среды, пониженного атмосферного давления), а так же вопросам предупреждения АПиСИ, характерных для вертолетов, и разработки когнитивного визуального внутрикабинного интерфейса для информационной поддержки экипажа по предупреждению АПиСИ, связанных с ВСПВ и МПВС.

Известно одно из требований поправки 102 к приложению 8 ИКАО «Летная годность воздушных судов», вступивших в силу 18.11.2010 г., а для сертификации новых воздушных судов с 24.02.2013 г. Например, Глава 6 «Система и оборудование вертолета», п. 6.1.1. требует оснастить вертолет утвержденными приборами, оборудованием и системами, необходимыми для обеспечения БП вертолетов в ожидаемых условиях эксплуатации. При проектировании приборов и оборудования должны учитываться аспекты «человеческого фактора», а пунктами 6.1.3; 6.3.2 предусматривается введение средств предупреждения экипажа о небезопасных состояниях систем в эксплуатации, обеспечивающих экипажу возможность предпринять корректирующие действия для предупреждения АПиСИ. Эти обстоятельства учтены авторами изобретения, а также учтены причинно-следственные связи возникновения ошибочных действий/бездействия экипажей, которые в свою очередь зависят от особенностей аэродинамики полетов вертолетов, внешних воздействующих факторов на вертолет, особенностей его управления, поскольку в настоящее время невозможно исключить эксплуатацию вертолетов в условиях неизвестного воздействия ветра, в условиях образования снежного и пыльного вихрей и неизвестного технического состояния вертолетных взлетно-посадочных площадок (ВВПП) при выполнении полетов на необорудованные и неуправляемые ВВПП по правилам подбора посадочных площадок с воздуха.

Технический результат изобретения направлен на разработку интеллектуального когнитивного внутрикабинного интерфейса экипажа вертолета для визуального представления экипажу на кабинной дисплейной системе вертолета интеллектуальной когнитивной параметрической и сигнальной информации по ВСПВ и МПВС с целью обеспечения экипажа повышенным уровнем ситуационной осведомленности о ВСПВ и МПВС, приемлемым уровнем БП вертолетов и минимизацию причин возникновения АПиСИ при летной эксплуатации вертолетов из-за человеческого фактора.

Кроме того, технический результат изобретения направлен на повышение уровня БП вертолетов, на достижение его приемлемого уровня, регламентируемого государством-эксплуатантом для вертолетов, эксплуатируемых в Государственной и Гражданской авиации РФ, и на достижение приемлемого уровня БП, регламентируемого требованиями ИКАО путем представления экипажу на кабинной дисплейной системе простого интуитивно понятного экипажу визуального интерфейса, минимизирующего психофизиологическую нагрузку на членов экипажа и ошибочные действия/бездействие экипажа, обеспечивающего экипаж возможностью принимать своевременные и правильные решения по управлению вертолетом.

Причем, интеллектуальный когнитивный внутрикабинный интерфейс экипажа вертолета с помощью когнитивной графики − изобразительности параметрической и сигнальной информации по ВСПВ и МПВС, отображаемой на кабинной дисплейной системе экипажа, обеспечивает экипаж возможностью уверенного поддержания ВСПВ в эксплуатационных границах при любых сочетаниях приборной скорости V_п, вертикальной скорости V_в, барометрической высоты полета Н_бар, любых сочетаний атмосферного давления Р_атм и температуры воздушной среды Т_НВ, повышает уровень ситуационной осведомленности экипажа в понимании возникающих ошибок в технике пилотирования, опасном воздействии ВВФ и отказов AT, облегчает технику пилотирования для обеспечения необходимого запаса продольной, поперечной и путевой управляемости при взлетах и посадках, особенно, с предельным взлетным весом и в условиях воздействия ветра (вертикальной, продольной, боковой составляющих).

Изобретение, отличающееся тем, что оно способствует обеспечению приемлемого уровня БП вертолетов, который достигается тем, что экипаж обеспечивается интеллектуальным когнитивным визуальным интерфейсом по ВСПВ и МПВС, предназначенным для информационной поддержки экипажа в его когнитивной деятельности, при этом интерфейс отличается от шкально-стрелочного представления информации тем, что вся визуальная параметрическая и сигнальная информация по ВСПВ и МПВС отображается на комплексном пилотажном дисплее (КПД), пилотажном дисплее на фоне лобового стекла кабины экипажа вертолета (ПДЛС), комплексном дисплее навигационной обстановки (КДНО) и многофункциональным дисплее (МФД) с использованием когнитивной графики и совокупности приемов и методов образного представления информации для своевременных и правильных принятий решений экипажем вертолета, связанных с пилотированием вертолета на всех этапах и режимах полета и решением задач воздушной навигации, решением задач по локализации ОС, особых случаев в полете (ОСП) и недопущения перехода усложненных условий полета (УУП), сложных ситуаций (СС) в аварийные (АС) и катастрофические ситуации (КС), кроме того интерфейс повышает ситуационную осведомленность экипажа о внутрикабинной и закабинной полетной обстановке и обеспечивает экипаж возможностью распознать текущую полетную ситуацию с первого взгляда.

Изобретение о т л и ч а ю щ е е с я тем, что интерфейс обеспечивает экипаж возможностью, либо сразу увидеть решение задач, связанных с ошибочными действиями/бездействием экипажа, отказами AT и неблагоприятным влиянием ВВФ или их неблагоприятными сочетаниями, либо получить визуальную подсказку для его нахождения, при этом когнитивная изобразительность параметрической и сигнальной информации интерфейса выполняется с учетом полноты, достоверности, интерактивности и актуальности по этапам и режимам полета в реальном режиме времени. Кроме того, изобретение отличается тем, что для сигнализации информации об уровнях опасностей особых ситуации, возникающих из-за отклонений ВСПВ и МПВС от их нормируемых значений по причинам, указанным выше, на дисплеях ECDS используется когнитивная изобразительность параметрической и сигнальной информации с помощью когнитивных интеллектуальных цифровых счетчиков-сигнализаторов (КИЦСС), функционирующих по принципу работы «светофора», причем КИЦСС обеспечивают экипаж информацией о ВСПВ и МПВС для нормального эксплуатационного режима (НЭР) и об их отклонениях от НЭР и возникновениях ОС: УУП, СС, АС, КС, что не требует от экипажа обращения к оперативной и долговременной памяти для выяснения текущей ситуации в полете и выполнения расчетов в уме с целью выяснения уровня опасности, связанной с величиной рассогласования параметрической информации по ВСПВ и МПВС от ее нормируемых значений, определяемых требованиями РЛЭ, инструкций по технической эксплуатации, нормативами оценок по технике пилотирования и воздушной навигации, причем когнитивная изобразительность срабатывания АПСИ осуществляется с упреждением во времени, достаточным экипажу для предупреждения попадания вертолета в опасные режимы полета.

Кроме того, на КПД и ПДЛС отображаются зоны безопасного/ограниченного и опасного режимов маневрирования вертолета относительно направления ветра на этапах предстартовой подготовки, руления, висения, взлетно-посадочных режимах с рекомендациями экипажу по приведению вертолета на курс со встречным ветром.

Интерфейс о т л и ч а ю щ и й с я тем, что он минимизирует необходимость переноса взгляда членов экипажа на внутрикабинные дисплеи для оценки текущей полетной обстановки, связанной с определением пространственного положения и текущего местоположения вертолета, в том числе и в целях предупреждения столкновения вертолета с рельефом подстилающей поверхности и искусственными препятствиями на ней, поскольку на ПДЛС в зависимости от выбора экипажа непрерывно отображаются улучшенные видеоизображения ЗКП: синтезированное, тепловизионное, радиолокационное, а при выполнении полетов по правилам визуальных полетов (ПВП) отображается визуальная картина ЗКП, на которые накладываются когнитивная параметрическая и сигнальная информация по ВСПВ и МПВС, облегчая при этом пилотирование вертолета, в том числе и при потере экипажем визуального контакта с ориентирами на подстилающей поверхности в условиях образования пыльного/снежного вихря.

Изобретение о т л и ч а ю щ е е с я тем, что интеллектуальный когнитивный внутрикабинный интерфейс повышает ситуационную осведомленность экипажа по предупреждению попадания вертолета в опасные режимы, характерные только для вертолетов, а именно: крайне опасные режимы СЛВ, ВК, явления «подхвата», «штопора», выхода на/за границы максимальной/минимальной приборной скорости , а также для предупреждения столкновения вертолета с подстилающей поверхностью из-за снижения ниже потребной безопасной высоты полета, опасной вертикальной скорости снижения, опасной скорости сближения с подстилающей поверхностью.

В целом технический результат изобретения направлен на обеспечение приемлемого уровня БП вертолетов, снижение количества АПиСИ, характерных для вертолетов, минимизацию влияния человеческого фактора на БП вертолетов за счет организации интеллектуальной информационной поддержки экипажа вертолета на всех этапах и режимах его полета с использованием когнитивной изобразительности параметрической и сигнальной информации, обеспечения когнитивной визуальной изобразительностью упреждающих команд-подсказок по недопущению АС и КС и достигается тем, что он, повышает ситуационную осведомленность экипажа о ВСПВ и МПВС, обеспечивает экипаж возможностью осуществлять непрерывный контроль в полете за изменением уровня БП из-за ошибочных нестандартных действий экипажа, неблагоприятных опасных воздействий ВВФ на вертолет, отказов авиационной техники (AT) путем непрерывной визуализации изменений параметров полета и их отклонений от установленных стандартных требований, обеспечивая своевременный их контроль и локализацию прогнозируемых АПиСИ путем выдачи экипажу когнитивной уведомляющей, предупреждающей и аварийной сигнализации, а также когнитивных интегральных визуальных подсказок для изменения алгоритмов управления вертолетом и принятия своевременных и правильных управляющих воздействий по директорным командам-подсказкам для изменения режима полета с целью поддержания приемлемого уровня БП, кроме того экипаж обеспечивается изобразительностью прогнозов возникновения УУП, СС, АС, КС со временем достаточным для того, чтобы локализовать особые ситуации полета и не допустить перехода УУП, СС в АС, КС при единичных ошибках экипажа, отказах AT и опасных ВВФ, а при их неблагоприятных сочетаниях, вызывающих АС, КС обеспечивают экипаж визуальными упреждающими подсказками по их локализации.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для предупреждения систематически повторяющихся АПиСИ на вертолетах, связанных с человеческим фактором из-за недостаточного уровня эргономичности представления экипажу параметрической и сигнальной информации по ВСПВ и МПВС, в изобретении используется нестандартная изобразительность (формат) ВСПВ и МПВС, отличающаяся тем, что шкально-стрелочная изобразительность параметров заменяется на когнитивную графику см. Фигуры 1 ÷ 12, кроме того экипаж обеспечивается когнитивными визуальными командами-подсказками, предназначенными для раннего предупреждения экипажа о возможности возникновения в полетах особых ситуаций.

На фигуре 1 приведен интеллектуальный когнитивный внутрикабинный интерфейс представления экипажу вертолета параметрической и сигнальной информации по ВСПВ и МПВС на КПД на этапе предстартовой подготовки экипажа к полету, на которой приняты следующие условные обозначения:

1 - когнитивный интеллектуальный цифровой счетчик сигнализатор (КИЦСС) максимально-допустимых величин взлетных/посадочных весов вертолета для фактически сложившихся условий полета в зависимости от способов и методов взлета/посадки с заданным курсом и с курсом со встречным ветром;

2 - КИЦСС фактического взлетного/посадочного веса;

3 - зона отображения предупреждающих текстовых сообщений;

4 - информационное окно с сообщениями о включенном/отключенном и работоспособном/неработоспособном состоянии измерительно-вычислительной системы определения ВСПВ и МПВС;

5 - КИЦСС вертикальной составляющей вектора скорости ветра. В данном случае отображается опасная вертикальная составляющая скорости ветра, создающая угрозу повреждения лопастей несущего/несущих винта/винтов (НВ) в процессе раскрутки трансмиссии и останова двигателей силовой установки (СУ);

6 - КИЦСС направления ветра в угловых градусах и скорости ветра в м/с;

7 - КИЦСС встречных/попутных компонентов вектора скорости ветра в подвижной нормальной земной системе координат (НЗСК);

8 - КИЦСС боковых компонентов вектора скорости ветра в левый и правый борт вертолета в подвижной НЗСК;

9 - когнитивное отображение рекомендованной зоны маневрирования вертолета по курсу относительно направления ветра;

10 - когнитивное отображение допустимой разрешенной зоны маневрирования вертолета по курсу относительно направления ветра;

11 - когнитивное отображение запрещенной зоны маневрирования вертолета по курсу относительно направления ветра;

12 - КИЦСС величины атмосферного давления у подстилающей поверхности и на высоте полета вертолета;

13 - КИЦСС температуры окружающей среды у подстилающей поверхности и на высоте полета вертолета.

На фигуре 2 приведен визуальный интеллектуальный когнитивный внутрикабинный интерфейс экипажа для отображения параметрической и сигнальной информации ВСПВ и МПВС на КПД на этапе разгона скорости при взлете по-вертолетному с выдерживанием экипажем параметров полета в соответствии с требованиями руководства по летной эксплуатации (РЛЭ) вертолета, на которой приняты следующие условные обозначения:

14 - КИЦСС приборной скорости полета;

15 -  КИЦСС заданной безопасной высоты (эшелона) полета по приведенному
давлению или по давлению 760 мм рт.ст. (1013,2 Мбар);

1 - КИЦСС барометрической высоты полета;

2 - подвижный индекс вертикальной скорости набора/снижения высоты;

3 - КИЦСС вертикальной скорости полета вертолета;

19 - КИЦСС минимально допустимых безопасных высот полета в зависимости от этапов и режимов полета, характеристик рельефа подстилающей поверхности, используемых экипажем правил полета;

20 - КИЦСС давлений уровня отсчета высот: относительно уровня высоты аэродрома/площадки, абсолютной высоты над уровнем моря или относительного давления, приведенного к уровню моря.

На фигуре 3 приведен интеллектуальный когнитивный внутрикабинный интерфейс представления экипажу параметрической и сигнальной информации на КПД при взлете вертолета по-вертолетному с разгоном скорости вне зоны влияния воздушной подушки и создания экипажем предпосылок для попадания вертолета в режим СЛВ и самопроизвольного снижения, связанных с неправильным выбором экипажем курса взлета, когда боковая составляющая скорости ветра в левый борт превышает ограничения РЛЭ, создания предельно-допустимой угловой скорости вращения влево и грубой ошибки экипажа управления рычагом «ШАГ-ГАЗ», связанной с перетяжелением НВ и создания в совокупности условий для перехода вертолета в режим СЛВ, на которой приняты следующие условные обозначения:

1 - КИЦСС частоты вращения НВ;

2 - КИЦСС текущего положения ручки «ШАГ-ГАЗ»;

3 - когнитивный подвижный индекс текущего положения ручки «ШАГ-ГАЗ»;

4 - когнитивный подвижный индекс темпа перемещения ручки «ШАГ-ГАЗ»;

25 - зона отображения интегральных текстовых сообщений о прогнозировании
возникновения опасных ситуаций для полета вертолета. В данном случае отображается
возможность возникновения опасных условий для создания СЛВ;

26 - когнитивная ленточная шкала угловой скорости вращения вертолета;

27 - цифровой счетчик курса;

28 - командный индекс с рекомендациями экипажу для разворота вертолета на безопасный курс;

29 - КИЦСС с предупреждением экипажа о взлете/посадке с максимально-допустимым
взлетным/посадочным весом или взлете/посадке с фактическим взлетным/посадочным весом, превышающим максимально допустимый вес вертолета.

На фигуре 4 приведен интеллектуальный когнитивный внутрикабинный интерфейс экипажа для отображения параметрической и сигнальной информации по ВСПВ и МПВС на КПД для оказания экипажу интеллектуальной информационной поддержки по предупреждению попадания вертолета в режим ВК из-за непреднамеренного снижения на этапе набора высоты с большой вертикальной скоростью при малой поступательной скорости движения при взлете с предельно допустимым взлетным весом, на которой приняты следующие условные обозначения:

1 - КИЦСС приборной скорости полета с отображением командной подсказки для увеличения приборной скорости, необходимой для предупреждения попадания вертолета в режим ВК;

2 - формат отображения текстового сообщения с предупреждением экипажа о прогнозировании возникновения опасных условий образования режима ВК;

3 - КИЦСС вертикальной скорости вертолета. В данном случае приведен формат отображения срабатывания сигнализации об опасной вертикальной скорости снижения вертолета;

4 - когнитивный подвижный индекс вертикальной скорости с предупреждением экипажа о возникновении опасной вертикальной скорости снижения.

На Фигуре 5 приведен интеллектуальный когнитивный внутрикабинный интерфейс экипажа для отображения параметрической и сигнальной информации по ВСПВ и МПВС на КПД для предупреждения экипажа о возможности попадания вертолета в режим «подхвата» в неблагоприятных метеорологических условиях, создания задней центровки и создания экипажем избыточной вертикальной перегрузки при возникновении угрозы столкновения с подстилающей поверхностью в направлении полета.

На Фигуре 6 приведен интеллектуальный когнитивный внутрикабинный интерфейс экипажа, отображаемый на ПДЛС, при взлете с площадки, подобранной с воздуха в горной местности, на этапе разгона скорости при потере экипажем визуальной видимости, ориентиров на подстилающей поверхности из-за попадания вертолета в режим пыльного вихря (коричневая мгла) с использованием системы синтезированного видения окружающей среды закабинного пространства (SVS) с отображением управляющей команды для предупреждения авиационного происшествия, связанного со столкновением с подстилающей поверхностью в управляемом полете (CFIT- Controlled Flight Into Terrain), на которой приняты следующие условные обозначения:

1 - КИЦСС путевой скорости перемещения вертолета;

2 - КИЦСС приборной скорости полета;

1 - зона отображения текстовых сообщений о характере опасности и управляющих команд для предупреждения АПиСИ;

2 - КИЦСС директорного курса;

3 - КИЦСС минимальной потребной барометрической безопасной высоты полета, отсчитываемой от приведенного давления к уровню моря;

4 - КИЦСС минимальной потребной барометрической высоты полета, отсчитываемой от уровня моря (эшелона полета);

5 - КИЦСС фактической барометрической высоты полета, отсчитываемой от давления, отображаемого в цифровом счетчике давления 82;

6 - КИЦСС вертикальной скорости;

7 - КИЦСС уровня отсчета давления для расчета безопасных барометрических высот полета;

8 - зона отображения когнитивной визуальной информации о текущих МПВС.

На Фигуре 7 приводится интеллектуальный когнитивный внутрикабинный интерфейс экипажа, отображаемый на ПДЛС, при взлете вертолета в простых метеоусловиях с площадки, подобранной с воздуха, с отображением управляющих команд для предупреждения возможного авиационного происшествия, когда вертолет на этапе зависания для разгона скорости перемещается влево и назад с опасными скоростями из-за нестандартных действий экипажа при взлете по-вертолетному, вызванных ошибками экипажа в технике пилотирования, в том числе и из-за перетяжеления НВ, которое приводит к СЛВ и последующему столкновению вертолета с подстилающей поверхностью в случае непринятия экипажем экстренных мер по предупреждению СЛВ.

На Фигуре 8 приводится интеллектуальный когнитивный внутрикабинный интерфейс экипажа, отображаемый на ПДЛС, при висении вертолета над заданной точкой подстилающей поверхности в простых метеоусловиях для выполнения вертикального приземления на площадку, подобранную с воздуха, с нарушением экипажем стандартных процедур для выполнения вертикального снижения, связанных с превышением угловой скорости вращения и с неучетом опасного воздействия ветра, приводящих к потере управляемости вертолета и СЛВ, с отображением управляющей команды с запретом на вертикальное снижение и необходимости выполнения срочного маневра по предупреждению опасного воздействия ветра

На Фигуре 9 приводится интеллектуальный когнитивный внутрикабинный интерфейс экипажа, отображаемый на пилотажном дисплее ПДЛС, при заходе на посадку на управляемую и оборудованную ВПП в простых метеоусловиях с отображением управляющей команды для предупреждения возможного авиационного происшествия, когда отклонения вертолета по курсу и глиссаде не соответствуют предельно-допустимым значениям, установленным стандартами для захода на посадку по приборам, и когда исправление ошибки экипажем возможно только своевременным уходом на второй круг, а также отображением возникновения прогнозируемой опасной ситуации, связанной с попаданием вертолета в режим ВК.

На Фигуре 10 приводится интеллектуальный когнитивный внутрикабинный интерфейс экипажа, отображаемый на ПДЛС, для индикации «воздушной дороги» и текущего местоположения вертолета на ней при «потере» экипажем воздушной скорости, которая может привести к попаданию вертолета в «штопор», а также отображения параметрической и сигнальной информации внутрикабинной и закабинной полетной обстановки в горизонтальном полете в простых метеоусловиях с контролем местоположения вертолета в навигационной системе координат по дальности и направлению с визуализацией прогнозного местоположения вертолета в очередных поворотных пунктах маршрута.

На Фигуре 11 приводится интеллектуальный когнитивный внутрикабинный интерфейс экипажа, отображаемый на ПДЛС, при его стоянке на неуправляемой и оборудованной ВВПП в простых метеоусловиях при опасном воздействии ветра, который может привести к его опрокидыванию в случае запуска двигателей и раскрутки трансмиссии

На Фигуре 12 приводится интеллектуальный когнитивный внутрикабинный интерфейс экипажа, отображаемый на ПДЛС, в режиме экстренного набора безопасного эшелона полета для преодоления препятствий с использованием алгоритма работы «впередсмотрящего экипажа» в сложных метеоусловиях при отсутствии визуальной видимости подстилающей поверхности закабинного пространства с использованием синтезированного отображения подстилающей поверхности и улучшенной системы предупреждения столкновения с подстилающей поверхностью в управляемом полете в горной местности с непрерывным контролем текущего местоположения вертолета в горизонтальной и вертикальной плоскостях с выработкой управляющих команд по облету препятствий набором безопасного эшелона полета.

Промышленная применимость

Изобретение предназначено для использования в авиационной промышленности при проектировании и изготовлении новых типов вертолетов, в том числе высокоскоростных вертолетов, предназначенных для эксплуатации в Государственной и Гражданской авиации Российской Федерации, а также может использоваться при модернизации вертолетов в условиях авиаремонтных заводов.

Технические средства и обеспечивающее их работу программное обеспечение, применение которых предусмотрено изобретением, могут быть разработаны в конструкторском бюро авиационного приборостроения, при этом может использоваться типовое стандартное промышленное оборудование, известные материалы, радиоэлектронные компоненты, стандартные дисплеи и комплектующие изделия отечественного производства, выполненные в соответствии с требованиями следующих нормативных документов: «Авиационных правил часть 29. Нормы летной годности винтокрылых аппаратов транспортной категории», «Квалификационных требований КТ-160Е. Условия эксплуатации и окружающей среды для бортового авиационного оборудования (внешние воздействующие факторы − ВВФ). Требования, нормы и методы испытаний», «Квалификационных требований КТ 178В. Требования к программному обеспечению бортовой аппаратуры и систем при сертификации авиационной техники», «Руководства по гарантии конструирования бортовой электронной аппаратуры КТ-254», «Квалификационных требований КТ-315. Минимальные стандарты характеристик авиационных систем (MASPS) для систем технического зрения с расширенными возможностями визуализации, систем искусственного зрения, комбинированных систем искусственного зрения и бортовых систем технического зрения с расширенными возможностями визуализации» в соответствии с архитектурой построения современных ИКБОВ, с использованием принципов построения интегральной модульной авионики (ИМА), предусматривающей использование высокотехнологичного оборудования и высокоскоростных линий передачи данных, а также качественных изменений интерфейса экипажа в обеспечении улучшения показателей БП вертолетов.

Внутрикабинный интерфейс экипажа вертолета, предназначенный для отображения на кабинной дисплейной системе экипажа или приборных досках экипажа высотно-скоростных параметров вертолета и метеорологических параметров воздушной среды, окружающей вертолет, с использованием электромеханических приборов со шкально-стрелочной индикацией параметрической информации и сигнальной информации, реализованной с использованием сигнальных ламп/ламп-табло, разбросанных по информационно-управляющему полю кабины экипажа, или интерфейс экипажа, реализованный с использованием «стеклянной кабины» − электронных экранных средств индикации, использующий шкально-стрелочную изобразительность высотно-скоростных параметров вертолета и разбросанную на экране комплексного индикатора систем сигнализации аварийно-предупреждающую сигнальную информацию, отличающийся тем, что интеллектуальный когнитивный внутрикабинный интерфейс экипажа вертолета по высотно-скоростным параметрам, параметрам воздушной среды, окружающей вертолет, обеспечивает экипаж вертолета интеллектуальной когнитивной изобразительностью параметрической и сигнальной информации высотно-скоростных параметров вертолета (ВСПВ), метеорологических параметров воздушной среды, окружающей вертолет (МПВС), а также изобразительностью когнитивной интеллектуальной визуальной, визуально-текстовых сообщений сигнальной информации, отображаемой на когнитивных: комплексном пилотажном дисплее, пилотажном дисплее на фоне лобового стекла, комплексном дисплее навигационной обстановки и многофункциональном дисплее общевертолетного оборудования, двигателей и трансмиссии, причем изобразительность параметрической и сигнальной информации реализуется с использованием интеллектуальной визуальной когнитивной графики, на которой изобразительность текущих ВСПВ и МПВС совмещается с аварийно-предупреждающей сигнальной информацией с использованием когнитивных интеллектуальных цифровых счетчиков-сигнализаторов, кроме того, используется изобразительность интегральных аварийно-предупреждающих сообщений с текстовыми командами-подсказками, директорными командами-подсказками, интеллектуальными мнемознаками для недопущения при летной эксплуатации вертолетов неприемлемых условий, при этом интерфейс экипажа вертолета минимизирует необходимость переноса взгляда членов экипажа с кабинной дисплейной системы на закабинное пространство, минимизирует необходимость обращения членов экипажа к оперативной и долговременной памяти для выяснения текущей полетной ситуации, вспоминания множества летных эксплуатационных ограничений вертолета по этапам и режимам полета, причем интерфейс экипажа является гибким, динамическим и адаптивным, автоматически перестраивается в зависимости от этапов и режимов полета в соответствии с технологией работы экипажа, причем объем предоставляемой экипажу быстроменяющейся во времени полетной информации не превышает психофизиологических возможностей экипажа по восприятию и обработке одновременно и быстроменяющейся полетной информации, характерной для высокоманевренных режимов полета: этапов торможения, зависания, маневрирования на малых высотах, на взлетно-посадочных режимах, в условиях потери экипажем визуальной видимости ориентиров на подстилающей поверхности из-за попадания вертолета в режим образования пыльного/снежного вихря, при этом интерфейс экипажа, дополнительно отличающийся и тем, что в условиях возникновения в полете особых ситуаций и нештатных ситуаций экипажу выдаются готовые управленческие решения с оценкой текущей ситуации по пилотажным ВСПВ и МПВС, параметрам работы авиационной техники, причем интерфейс позволяет экипажу непрерывно оценивать текущий уровень безопасности полетов вертолетов, выявлять причины его изменения в соответствии с классификацией нештатных ситуаций, принятых в «Авиационных правилах часть 29. Нормы летной годности винтокрылых аппаратов транспортной категории» (АП-29): усложненных условий полета, сложных ситуаций, аварийных ситуаций, катастрофических ситуаций, строить эффективное управление вертолетом по предупреждению авиационных происшествий и серьезных инцидентов, в том числе недопустимых в летной эксплуатаций режимов полета: самопроизвольного левого вращения, вихревого кольца, явлений «подхвата» и «штопора», выхода вертолета на границы максимально/минимально допустимых приборных скоростей, предупреждения потери управляемости из-за опасного воздействия боковой и попутной составляющих скорости ветра и предупреждения взлета/посадки с превышениями максимально допустимых взлетных/посадочных весов, а также предупреждения снижения вертолета ниже минимально допустимых высот полета, предупреждения снижения с опасной вертикальной скоростью и опасного сближения с рельефом подстилающей поверхности, причем на комплексном пилотажном дисплее и пилотажном дисплее на фоне лобового стекла кабины экипажа вертолета отображаются зоны безопасного/ограниченного и опасного режимов маневрирования вертолета относительно направления ветра на этапах предстартовой подготовки, руления, висения, взлетно-посадочных режимах с рекомендацией экипажу по приведению вертолета на курс со встречным ветром.