Как понять, что самолет управляем

Привет!

Когда я впервые оказался в кабине симулятора самолёта, у меня возникло странное ощущение: я не управляю машиной, а она управляет мной. Штурвал реагировал с задержкой, самолёт пытался уйти в сторону, и я понял, что попал в ловушку непредсказуемого управления. Именно тогда я впервые услышал о шкалах, по которым лётчики оценивают «послушание» самолётов.

От рычагов до электродистанционных систем

На заре авиации системы управления были на удивление простыми. Механические рычаги и тросы напрямую связывали пилота с рулями самолёта. Это напоминало управление велосипедом — надавил на руль, и колёса поворачиваются. Но с ростом скоростей оказалось, что для управления самолётом требуются такие усилия, что даже самый сильный человек не справится. Так появились электродистанционные системы управления или же коротко ЭДСУ, которые позволили машинам помогать пилоту.

В ЭДСУ команда пилота передаётся на компьютер, который анализирует и корректирует её. Затем компьютер выдаёт команду сервоприводам, которые управляют управляющими поверхностями самолёта (например, рулями высоты или элеронами). Система обратной связи проверяет, что самолёт правильно отреагировал на команды, и при необходимости корректирует их.

С новыми системами пришли и новые сложности: как понять, что настройки действительно оптимальны? Как убедиться, что самолёт слушается пилота, а не наоборот? Вот тут приходят на помощь шкалы оценки пилотажных характеристик.

Разные подходы к оценке

Когда инженеры столкнулись с задачей оценивания пилотажных характеристик, СССР и США выбрали разные подходы (ну, естественно). Советские инженеры пошли в научные дебри и создали строгие математические критерии. Они обратились к медицине, изучили реакции человека на перегрузки и создали частотные критерии устойчивости. Всё это было сложно и требовало серьёзных вычислений, но зато позволило инженерам оперировать чёткими цифрами.

Американцы же выбрали субъективность и спросили мнения самих лётчиков. Так и появилась знаменитая шкала Купера-Харпера, которая до сих пор остаётся одним из главных инструментов в оценке послушания самолётов:

Всё бы хорошо, но есть нюансы. Шкала субъективна — если пилот плохо себя чувствует, его оценки могут быть занижены. Кроме того, шкала не учитывает, откуда именно идёт проблема — из-за отказа системы управления или плохой конструкции самолёта. Тем не менее, Купер и Харпер создали простой и понятный инструмент, который стал основой для многих испытаний.

Что такое пилотажные характеристики?

Пилотажные характеристики самолёта определяют, насколько легко и точно он управляется. Самолёт с первым уровнем пилотажных характеристик подчиняется командам пилота без задержек и требует минимальных усилий для управления. Он реагирует на малейшие движения штурвала. Такой уровень управляемости является эталоном для инженеров.

Второй уровень — это твёрдый середнячок. Он не будет удивлять точностью, но при этом всё же выполняет команды надёжно и без сюрпризов. Это самолет, с которым можно работать, но в душе останется лёгкое чувство, что могло бы быть и лучше.

Третий уровень — это шайтан-машина. Самолёт с тёмным разумом, который вообще не хочет подчиняться пилоту. Его управление — это вечная борьба с машиной.

PIO

С развитием электродистанционных систем появилась новая проблема — колебания, индуцируемые лётчиком. Как это выглядит: нужно выровнять самолёт, но система управления реагирует с задержкой или тянешь штурвал на себя, но самолёт отвечает слишком резко, и снова необходимо корректировать. Этот замкнутый цикл может превратиться в полный ужас. Чтобы оценить такие колебания, была разработана специальная шкала PIO.

Шкала PIO также субъективна, но она сосредоточена на одном конкретном явлении — колебаниях. Оценки варьируются от 1 до 6, и инженеры используют эту шкалу для оценки управляемости самолёта при наличии задержек в системе управления. Но, как и любая субъективная шкала, она имеет свои ограничения.

NASA TLX

Шкала NASA TLX — это попытка учесть все возможные факторы, влияющие на пилотажные характеристики. В отличие от простых шкал Купера-Харпера и PIO, NASA TLX требует более глубокого анализа. Она состоит из множества пар утверждений, где пилоты должны выбрать, какой фактор был важнее во время выполнения задачи. Это шкала, которая старается учесть всё: от физической нагрузки до психологического стресса.

Ознакомиться с этой шкалой можно здесь — ссылка.

Итог

В итоге, выбор шкалы для оценки пилотажных характеристик зависит от задачи. Шкала Купера-Харпера проста и понятна, PIO помогает выявить проблемы с колебаниями, а NASA TLX — это сложный, но в целом перспективный инструмент.