публикации Автоматизация в управлении вертолетом: панацея или риск?

Автоматизация в управлении вертолетом: панацея или риск?

25 Ноября 2019
82

Широко освещаемые СМИ, громкие авиакатастрофы, произошедшие с принадлежавшими крупнейшей частной компании Индонезии LionAir Flight и государственной авиакомпании Эфиопии Ethiopian Airlines Flight авиалайнерами Boeing 737 Max8, как никогда ранее, привлекли внимание общественности к проблемам автоматизации в авиации. «Нужна ли автоматизация?» «Удобна ли она и насколько?», а также «До какой степени можно на нее полагаться?» - стали наиболее обсуждаемыми в авиационных кругах темами, с момента появления передовых технологий и автоматизированных систем управления. А поскольку функциональные возможности автоматических бортовых систем управления (АБСУ) винтокрылых ЛА неуклонно растут, эти вопросы останутся чрезвычайно важными для авиационной отрасли и в будущем.   


Вид внутри кабины Bell 429. Вертолет оснащен 3-осевым автопилотом. Установка 4-осевого автопилота возможна в качестве дополнительной опции.

Когда происходит инцидент, и высокоавтоматизированный вертолет врезается в землю в следствии ошибочных действий, возникает желание еще раз пройтись по основным аспектам управления таким воздушным судном. С этой целью стоит вспомнить некоторые авиационные происшествия (касающимся, в данном случае, непосредственно вертолетов) и попробовать разобраться, что можно извлечь из них с точки зрения автоматизации. 

Сразу стоит оговориться, что ни одна авария или авиакатастрофа никогда не является результатом какого-то одного отдельно взятого события. И хотя анализ делается с оглядкой на давние летные происшествия, возможно для кого-то это будет полезно, и, в свою очередь, поможет остаться в живых и еще не раз подняться в небо.  

Случай первый: HAL ‘Dhruv’ Advanced Light Helicopter (регистрационный номер VT-BSH)

19 октября 2011 года, находящийся введении индийского оператора Pawan Hans HelicoptersLimited (PHL), легкий многоцелевой вертолет «Дхрув» (ALH Dhruv, Advanced Light Helicopter - разработан индийской национальной компанией HAL - Hindustan Aeronautics Limited, при поддержке германского концерна Messerschmitt- Bölkow-Blohm) вылетел с аэродрома Ранчи в условиях плохой видимости в светлое время суток. Во время выхода из зоны с энергичным набором высоты сработало предупреждение «TGB Hot» («Перегрев хвостового редуктора), в результате чего вертолет был вынужден вернуться в Ранчи. 

Вертолет Dhruv оснащен новейшей автоматической бортовой системой управления полетом и автопилотом, сопряженным с пилотажным командным прибором  Flight director  (система или часть системы, предоставляющая команды экипажу для управления и руководства полетом ВС и дающая визуальное отображение общего положения ЛА в воздухе) с режимами «UpperModes». Однако, невзирая на сложные метеоусловия, летчик решил взять на себя ручное управление и выполнять визуальный полет по наземным ориентирам. Короткий, продолжительностью около шести минут полет сопровождался критическими углами крена и тангажа, скоростными отклонениями, беспорядочным дерганием рычага управления «шаг-газ». Все это указывало на потерю управления в полете (loss of control in-flight - LOC-I), что, в конечном итоге, привело к столкновению вертолета землей. Все трое, из находившихся на борту погибли, вертолет разрушился.  

В числе других вероятных причин и сопутствующих факторов в отчете о данном летном происшествии указывается, что экипаж управлял вертолетом вручную в сложных метеоусловиях.    

Случай 2: Leonardo AW139 (регистрационный номер G-LBAL) 

13 марта 2014 года, принадлежащий частному лицу, вертолет AW139 (англо-итальянский двухмоторный многоцелевой вертолет) взлетел с наземной вертолетной площадки при слабом внешнем освещении в условиях густого тумана. 

Сразу стоит оговориться, что данный полет был вынужденным, поскольку экипаж испытывал прессинг со стороны владельца вертолета, считавшего, что раз уж он вложил средства в современную машину и пилотов, имеющих допуск летать по ППП (Правила Полетов по Приборам), то он может использовать ее «при любых погодных условиях». В результате 40-минутной задержки вылета, связанной с поздним прибытием владельца воздушного судна, погода ухудшилась, что еще больше усугубило и до того непростую ситуацию. Следует также отметить, что несмотря на сложные метеоусловия, не было проведено предполетных указаний в полном объеме. Командир экипажа лишь касательно проинструктировал экипаж об особенностях вертикального взлета с площадки, не давая четких указаний относительно проведения последующих действий, включая и самый важный в данной ситуации, касающийся именно этого взлета момент – использование автоматизированных систем. 

В отчете Отдела по расследованию авиационных происшествий (Air Accidents InvestigationBranch - AAIB) после расшифровки данных, полученных с речевого самописца приводится следующая информация: Командир экипажа сказал: «Все что я собираюсь сделать – это с центра площадки взять рычаг управления шаг-газом на себя, и мы пойдем вертикально вверх. Я пойду с включенными проблесковыми маяками. Вы, если сможете, просто следите за тем, чтобы стрелка указателя курса стояла по центру».   

В отчете также говорится: «на протяжении всего аварийного полета командир экипажа управлял вертолетом посредством ручки управления и рычага «шаг-газ». Автоматические режимы полета, которые бы могли поддержать необходимые (в данной ситуации) углы крена и тангажа не были задействованы.   

В процессе взлета и набора высоты нос вертолета начал опускаться и на высоте 100 футов (30,5 м) достиг 350 ниже уровня горизонта. Также было выявлено, что на протяжении всего полета удерживалась кнопка триммера.  Опять-таки, в течении всего короткого полета налицо были признаки, указывающие на потерю управления в полете: предельные углы крена и тангажа, критическая вертикальная скорость снижения, превышение  максимально допустимого крутящего момента. Параболическая траектория полета вертолета длилась менее минуты, прежде чем он, через 400 метров столкнулся с землей. В результате крушения, все четверо, из находившихся на борту погибли.  


Новые возможности открылись с, разработанной компанией Sikorsky, и предложенной в качестве опции для вертолета S-92, автоматизированной системы для захода на посадку на офшорные площадки «Rig Approach», благодаря внедрению которой, нагрузка на пилотов снижается на 60%, а уровень безопасности полетов повышается, особенно при плохих погодных условиях. Планируемый к запуску в серийное производство вертолет S-92B станет первым серийным вариантом воздушного судна, на котором будет использована, Matrix Technology - разработанный Sikorsky Aircraft, пакет технологий, куда входят многоспектральные датчики, высокопроизводительные компьютеры исполнительные механизмы, и передовые, запатентованные органы управления, позволяющие уменьшить нагрузку пилоту на всех этапах полета.

«Во время полета летчики не переключались на директорные режимы управления («FlightDirect Modes»)» - говорится в отчете специалистов, проводивших расследование данного летного происшествия. Кроме того, использовалась процедура, не изложенная в Руководстве по летной эксплуатации данного воздушного судна или, хотя бы, признанная соответствующей требованиям достижения VMINI (instrument flight minimum speed – минимальная скорость полета по приборам) до перехода к полету по приборам. И опять, как сопутствующий фактор, отмечается ограниченное использование АБСУ. 

Случай 3: Airbus Helicopters AS365 N Dauphin (регистрационный номер G-BLUN)

27 декабря 2006 года, принадлежащий компании CHC Scotia Ltd, многоцелевой вертолет AS365 N Dauphin разбился в Ирландском море ночью при попытке приземлиться на газовую платформу Северный Моркам (North Morecambe) в сложных метеоусловиях. В донесении об авиационном происшествии говорится: «профиль захода на посадку, указывает, на то, что у выполнявшего заход, второго пилота, по всей видимости возникла проблема в оценке правильного угла захода на посадку… из-за ограниченного числа, доступных ему, визуальных ориентиров».

Заход на посадку, из-за дезориентации второго пилота не был стабилизированным. Вертолет упал в море, в результате чего погибло семь человек (два пилота и пять пассажиров). В последние несколько секунд полета были заметны большие колебания по тангажу, крену и рысканию, совместимые, скорее с использованием системы триммирования force trim (forcerelease trim – FTR) нежели, чем с beep trim или «Chinese hat. Использование FTR в сложных метеоусловиях является потенциально рискованным выбором, если только это не будет тщательно контролироваться посредством использования показаний приборов. 

Случай 4: Airbus Helicopters AS365 N3 Dauphin (регистрационный номер VT-PWF)

04 ноября 2015 года вертолет PHL N3 Dauphin упал в море во время выполнения ночного тренировочного полета. Вертолет вылетел с, расположенной на морской платформе, вертолетной посадочной площадки и планировал приземлиться на находящейся неподалеку буровой платформе Ron Tappmeyer Rig.  

 «Вертолет выполнил заход на посадку на Ron Tappmeyer, но поскольку высота на подходе была большая, он ушел на второй круг с креном влево. При этом он потерял высоту, и через несколько секунд рухнул в море и разбился» - говориться в отчете об авиационном происшествии.

В результате катастрофы, погибли два, находящихся на борту, члена экипажа. 

Потеря ситуационной, пространственной осведомленности, или осведомленности о состоянии/статусе систем вертолета? 

Отчеты по расследованию данных авиационных происшествий выявили типичную, зачастую, приводящую к смертельным исходам «ловушку» – потерю пространственной ориентации – которая нередко встречается во время плановых или непредвиденных полетов в сложных метеоусловиях. И если экипаж Dhruv «отметился» слабой осведомленностью и незнанием нового типа ЛА, то экипаж Leonardo AW139 (G-LBAL) был весьма опытен и хорошо осведомлен о типе своего ВС и имел опыт полетов на нем. Летчик-инструктор AS365 N3 Dauphin (VT-PWF), который не управлял вертолетом во время того злополучного полета, считался одним из самых опытных, летавших на тот момент в Индии летчиков.  

Получается, что, опыт - это «палка о двух концах», и имеет свои плюсы и минусы. В ряде случаев, подкрепленные опытом ошибочные действия, приводят, к сожалению, к авиационным происшествиям.  

В последние годы много говориться об автоматизации процессов в авиационных системах и связанных с ними проблемах. И хотя многие продолжают сетовать на атрофию летных навыков, к которым привела автоматизация, я утверждаю, что осмысленное, целевое использование автоматизации, могло бы фактически спасти жизнь 16 человек, погибших в результате этих авиакатастроф. И конечно же это не единственные, приведенные примеры по данной теме. По каждому, авиационному происшествию, которому приписывается, чрезмерная зависимость от автоматики можно найти совершенно противоположный пример, когда автоматизированные системы управления, соответствующие той или иной фазе полета не были задействованы, хотя и были «под рукой». 

По мне, так это еще большая ирония, чем отсутствие автоматизации в авиационных системах вообще.  Это все равно, что таскать сундук с сокровищами, набитый «умными», и лежащими «мертвым грузом» приборами. Чтобы лучше понять, о чем идет речь давайте вернемся к основам, которые даются в летной школе. 

Раньше все пилоты в обязательном порядке должны были, на том или ином этапе проходить обучение, касающееся пилотирования вертолета вручную, без использования АБСУ. Со временем, появились новые технологии и вертолеты оснастили такими системами, как Система автоматической стабилизации (stability augmentation system – SAS) для демпфирования колебаний угловой скорости воздушного судна, добавились пружинно загрузочные механизмы, а для снятия балансировочных усилий - механизм триммерного эффекта. Затем появилась система автоматического управления углом тангажа, и такие режимы, как «Upper Modes», касающиеся скорости вертолета, и выдерживания заданной высоты, систем навигации в горизонтальной и вертикальной плоскости и т.д.  Медленно, шаг за шагом автоматизированные системы, снимая нагрузку с пилота, забирали управление воздушным судном на себя. Все, что было теперь между летчиком и ЛА – это несколько кнопок на ручке управления, рычаге «шаг-газ» и панели AFCS. 

Все внедренные технологии весьма оправданны и существуют не случайно. Они поддерживают летчика и помогают ему во время полета. В обычных условиях, выполнение рутинных, повторяющихся, требующих высокой точности задач, лучше всего предоставить автопилоту. Это дает летчику резервный потенциал для выполнения таких задач, как следить за показаниями приборов, вести радиосвязь, следить за птицами, наземными препятствиями т.д. Автопилот снимает нагрузку и с членов экипажа. Перелеты же над безориентирной местностью, ночью, или в условиях недостаточной видимости также лучше доверить автопилоту, поскольку ему «не грозит» пространственная дезориентация.


Автопилоты становятся демократизированными, с простыми системами, доступными для постоянно растущего числа устаревших типов.

Но даже на высокоавтоматизированных вертолетах предусматривается   кратковременная корректировка параметров полета пилотом. Если, к примеру, вы летите с крейсерской скоростью 140 узлов (259 км/ч) и вдруг замечаете в полумиле от себя стаю птиц, чтобы избежать столкновения с ними, вы можете, не нажимая никаких кнопок, просто переместить ручку управления в нужном направлении, а затем вернуть ее в исходное  положение и продолжить полет на автоматике. 

Нажатие кнопки FTR позволяет пилоту вносить изменения в угол тангажа, то время как, система остается в режиме SAS/ATT (SAS – система улучшения устойчивости; ATT – запасной режим работы, когда инерциальная навигационная система, связанная с системой координат обеспечивает системы информацией только о положении судна относительно плоскости земли и о курсе судна.)  Стоит сказать, что в условиях эксплуатационного минимума или ночных условиях - это потенциально дезориентирующее движение. Кратковременное отключение может привести к установлению критических углов тангажа и крена. Отключите «Force trim» и вы останетесь без режима управления углом тангажа. Отключите AFCS и систему стабилизации – потеряете контроль. И теперь уже возможно все, что угодно, поскольку ситуация становится непредсказуемой. Ведь вы, как в старые добрые времена, остаетесь в воздухе один на один с нестабильной машиной. 

Конструкция и обучение

Как правило, конструкция автопилота предусматривает быстрое и простое разъединение с режимами flight director modes, или AFCS. Это необходимо для обеспечения перехода на ручное управление ЛА, в случае сбоев в работе системы или появления нежелательных колебаний в энергосистеме вертолета. Конструкция «умных» систем управления должна исключать возможность случайного срабатывания выключателя «STAB OFF» или «SAS Release» поскольку без AFCS, на некоторых типах вертолетов, колебания  могут быстро перейти в  разряд колебаний с нарастающей амплитудой. К примеру, на вертолете AW139, этот выключатель находится внутри круглого углубления на ручке управления и приводится в действие безымянным пальцем.   

На «Dhruv», управление выключателем «Stab OFF» осуществляется небольшим триггером, находящимся под мизинцем. В случае возникновения чрезвычайной ситуации, вполне естественным стремлением является желание взять под контроль органы управления. Из-за пробелов в записи данных, мы никогда не узнаем, был ли приведен экипажем в действие, выключатель «Stab OFF» в ходе того злополучного полета.       

На вертолете Bell 412, переключатель «force trim» скрыт под красным колпачком. Его отключение - потенциально рискованное действие, которое возможно при условии, постоянного мониторинга, в простых метеоусловиях. Приверженцы же старой школы, считают, что первые 1000 часов налета на Bell 412 должны проходить, при выключенном выключателе «force trim». Комментарии на эту тему я оставлю при себе, скажу лишь, что сейчас слишком много летных происшествий, свидетельствующих скорее «против», чем «за» такую точку зрения. Анализ всех плюсов и минусов такого подхода в 21 веке, лучше оставить на усмотрение, проводящих обучение, профессионалов.   

В отчете о летном происшествии с вертолетом Dhruv (регистрационный номер VT-BSH) говорится, что, во время переучивания на новый тип воздушного судна, погибшими летчиками, были проработаны основные аспекты, касающиеся управления вертолетом, оснащенного новейшей АБСУ. Прежде и тот и другой пилот летали на однодвигательных вертолетах и имели лишь весьма отдаленное представление об автоматизированных системах управления. Как правило, такие летчики «не дружат» с автоматикой, главным образом потому, что не знакомы с работой АСУ и никогда ранее ими не пользовались. Но, поскольку пилотов уже нет в живых, и они не смогут привести какие-либо аргументы в защиту себя, не стоит полностью принимать на веру, комментарии, касающиеся расследования данного летного происшествия. Существует такой метод, как подготовка летного персонала на основе фактических данных (evidence-basedtraining - EBT). Все что случилось с Dhruv – это самая, что ни наесть жалкая антитеза EBT. 

Поскольку, уровень автоматизации растет день ото дня, обучение при возникновении отклонений в режиме полета должно проводиться с учетом использования соответствующего уровня автоматизации при управления воздушным судном в чрезвычайных ситуациях. И именно здесь я вижу большие пробелы, особенно в контексте с индийским вертолетом. Тенденция хвататься за органы управления, жать кнопку FTR и переходить на ручное, никогда не считалось оптимальным вариантом, какого бы времени это ни касалось. В процессе переподготовки летчиков и в ходе проведения квалификационных проверок такие тенденции должны выявляться и исправляться загодя, а не после аварии или катастрофы.   

В типовых инструкциях и Руководствах по эксплуатации конкретного летательного аппарата может указываться, какой уровень автоматизации следует использовать для того или иного этапа полета. Но это могут быть только общие рекомендации. Предельной загруженности летчика можно избежать, если делегировать выполнение рутинных задач автоматике, тогда пилоту можно будет сконцентрироваться на действиях в аварийных или сложных ситуациях.     

Взять управление на себя, когда того требует ситуация 

И конечно же не следует отказываться от ручного управления воздушным судном, когда того требует ситуация, а также в случаях, при возникновении которых в Руководстве по летной эксплуатации вертолета четко прописывается: «Управление в ручном режиме».


Полицейский Airbus H125 AStar во время полета. Вертолет оснащен двухканальным автопилотом Genesys HeliSAS.

14 марта 2017 года американский четырехлопастной двухмоторный транспортный вертолет Sikorsky S-92 (позывной: «Rescue 116»), находившийся в ведении Береговой Охраны Ирландии (Irish Coast Guard) столкнулся со скалистым островом Black Rock Island,  который не был обнаружен установленной на вертолете EGPWS (enhanced ground proximity warning system – усовершенствованная система предупреждения об  опасной близости земли). Согласно опубликованному подразделением Министерства транспорта, туризма и спорта Ирландии - Отделом по расследованию авиационных происшествий (Irish Air Accident Investigation Unit) предварительному отчету, в момент авиакатастрофы, использовался режим автопилота для полета на малых высотах, при котором увеличиваются границы предупреждений и дистанция упреждения. Этот режим, по правилам визуального полета, используется в ночное время, при очаговом легком и густом тумане с нижней кромкой облачности от 300 до 400 футов (90-120 м), временами наблюдающемся моросящем мелком дожде, и шквалистом ветре. Как сообщается, за 26 секунд до крушения, экипаж получил звуковое оповещение: «Altitude, Altitude», в то время как, полет проходил на высоте 200 футов (60 м) со скоростью 75 узлов (140 км/ч) с режимомполета с использованием автопилота.  

Если бы экипаж приступил к немедленным действиям по исправлению ситуации, перейдя на более низкие режимы автоматизации, или взяв на себя ручное управление, это, вероятно, спасло бы сложившееся положение. 

В результате, вертолет, оснащенный различным оборудованием нового поколения, таким, как EGPWS, FMS (flight management system – система управления полетом), multi-missionmanagement systems (многоцелевые системы управления), AFCS (АБСУ – автоматическая бортовая система управления), electrooptic/infrared camera system (оптико-электронная/инфракрасная система видеонаблюдения), dual radio altimeters (парные радиолокационные высотомеры), weather radar (метеорологический радиолокатор), ударился о скалы и рухнул в море, унеся с собой жизнь четырех человек.  

Ошибочно считать, что с помощью автоматизированных систем управления можно решить любые проблемы. Это не панацея. Неизменным остается формула: «пилотировать, управлять, обмениваться информацией». Если вы летаете с использованием автопилота, тогда должны четко понимать принцип его работы и хорошо разбираться в имеющихся режимах. Какой уровень автоматизации подходит для конкретной ситуации, решать вам. В любом случае, следует отталкиваться от «Руководства по летной эксплуатации вертолета», имеющегося опыта и анализа летных происшествий. Хвататься же за органы управления и бездумно жать все кнопки – не вариант.

Источник

вернуться назад

Комментарии отсутствуют