Автоматизация в самолетах: меняющаяся роль пилота

Содержание

• От летчика Райта до современного авиалайнера
• Эволюция Боинга 747
• Система Fly-by-Wire
• Рейс 447 авиакомпании Air France
• Рейс 3407 авиакомпании Colgan Air
• Предотвращение несчастных случаев за счет обучения пилотов в современной кабине экипажа

В настоящее время я учусь на коммерческого пилота, следуя своей детской мечте.

От летчика Райта до современного авиалайнера

Когда самолеты были впервые задуманы, первые пионеры, такие как братья Райт, полностью полагались на механические соединения между органами управления в кабине и движущимися частями самолета, с системой тросов и шкивов, соединяющих хомут или рычаг и педали руля направления с тремя основными поверхностями управления. из машины: элероны, руль высоты и руль направления. Базовые поршневые двигатели с винтами фиксированного шага, которые устанавливались на ранних самолетах, а также на многих легких самолетах, построенных и эксплуатируемых сегодня, требуют только механического регулирования дроссельной заслонки, смеси и нагрева карбюратора. Ранние самолеты могли летать только низко и медленно в визуальных условиях, поэтому нагрузка на пилотов была достаточно низкой, чтобы они могли управлять штурвалом в одиночку. Основное беспокойство вызывали механические поломки конструкции или двигателя, что, к сожалению, было обычным явлением в первые годы существования авиации.

По мере роста сложности самолетов и появления надежных компьютерных систем производители включали в свои конструкции все более высокий уровень автоматизации. Автоматику в современных самолетах можно найти практически повсюду, от систем FADEC (Full Authority Digital Engine Control), управляющих двигателями, через электронное управление движением поверхностей управления самолета, до систем навигации и автопилота, достаточно точных, чтобы приземлиться более сотни человек. тонны металла летят со скоростью более 150 миль в час по узкой полосе взлетно-посадочной полосы без какого-либо вмешательства пилота, кроме как опустить закрылки и шасси. Очевидно, что роль пилота в этом ультрасовременном самолете должна быть другой, и действительно, если бы не эти надоедливые закрылки и шасси, самолет мог бы летать сам без пилота. Именно это и делают военные БПЛА; управляется летчиком на земле, все бортовые системы автоматические. Тем не менее, большинство людей чувствуют себя более счастливыми, когда пилоты находятся на острие, и в настоящее время нет серьезных планов по удалению людей из кабины коммерческих авиалайнеров.

Эволюция Боинга 747

Боинг 747 был задуман в начале 1960-х годов для удовлетворения потребностей военных в грузовых перевозках США. Однако примерно в это время коммерческие авиалайнеры стали популярны, и компания увидела на рынке нишу для больших пассажирских самолетов. Первый вариант, Боинг 747-100, совершил свой первый полет в 1969 году и поступил на вооружение Pan Am в 1970 году. Как видно на изображении выше, кабина экипажа была заполнена традиционными приборами и приборами аналогового типа, а также летными машинами. Для самолета требовалось три члена экипажа - капитан, первый помощник и бортинженер - которые сидели позади пилотов перед огромной приборной панелью, контролирующей и управляющей многими системами самолета.

Бортинженер устарел с появлением в 1989 году варианта 747-400. На втором снимке показана совершенно другая компоновка кабины, с большими цифровыми электронными дисплеями перед пилотами. Многие функции, которые приходилось выполнять вручную, были включены в автоматические последовательности, активируемые нажатием одной кнопки, что уменьшило количество циферблатов, датчиков и ручек в кабине с почти 1000 до всего 365.

В 2011 году последний вариант 747-8 поступил на вооружение с обновленными системами с использованием технологий, разработанных для нового авиалайнера Boeing 787. Кабина, показанная на третьей фотографии, похожа с точки зрения дисплеев, за ними скрываются улучшенные системы и использование беспроводной связи для некоторых поверхностей управления.

Система Fly-by-Wire

Fly-by-wire - это система, которая заменяет механические соединения между органами управления пилота и поверхностями управления самолета электронным интерфейсом, который интерпретирует вводимые пользователем данные и преобразует их в электронные сигналы, которые заставляют исполнительные механизмы перемещать поверхности соответствующим образом. Такие системы могут использоваться для повышения устойчивости полета, автоматически корректируя отклонения от желаемого состояния полета. Это используется, в частности, в современных реактивных истребителях, которые обладают высокой маневренностью, но по своей природе нестабильны и будут непригодны для использования человеком в случае отказа компьютеров управления полетом. Авиалайнеры не ведут себя подобным образом, но компьютеры управления полетом могут быть запрограммированы для защиты диапазона полета. Это означает, что если действия пилота требуют маневра, который поставит самолет в опасное положение или превысит конструктивные ограничения, компьютер разрешит маневр только до заранее определенных пределов, одновременно давая пилоту предупреждение из кабины.

Fly-by-wire имеет впечатляющую историю: Concorde стал первым серийным авиалайнером, использовавшим его в своей ранней аналоговой форме, а Space Shuttle стал первым самолетом, использующим полностью цифровую систему. Airbus был первым крупным гражданским авиастроителем, принявшим цифровую технологию Fly-by-Wire, использовав ее в ограниченной степени на A310 и полностью на A320, представленной в 1988 году и известной в просторечии как «Electric Jet». После некоторого первоначального сопротивления компания Boeing впоследствии приняла эту технологию и в настоящее время использует ее на самолетах 777, 787 и 747-8. Embraer использует беспроводную связь для своей серии E-Jet, а Dassault Falcon 7X - первый бизнес-джет, использующий эту систему.

Рейс 447 авиакомпании Air France

1 июня 2009 года рейс 447 авиакомпании Air France из Рио-де-Жанейро в Париж потерпел крушение в южной части Атлантического океана. Первоначально причина аварии оставалась загадкой, так как не было сообщений о бедствиях от пилотов, а восстановление самописцев полетных данных с морского дна заняло два года.

Расследования были сосредоточены на подозрении на обледенение инструментов, называемых зондами Пито, из-за погодных условий в то время. Обычно датчики Пито нагреваются, чтобы предотвратить образование льда, но если они блокируются, компьютеры самолета не могут точно определить, с какой скоростью он движется по воздуху. В этом случае существует риск полета слишком медленно, что означает, что над крыльями будет недостаточно воздуха для поддержания подъемной силы, и он войдет в стойло и упадет с неба. Расхождения между показаниями различных датчиков Пито делают невозможным определение правильной воздушной скорости, а автопилот, который летал бы на Airbus A330 в то время, отключается отключением, что означает, что пилоты летели вручную. Критически важно, что в этой ситуации компьютеры управления полетом запрограммированы на переход от «нормального закона» к «альтернативному закону», при котором защита диапазона полета недоступна, и нет ничего, что могло бы помешать самолету войти в сваливание, что и произошло в этот случай.

Загадка заключалась в том, почему экипаж не смог выйти из стойла. Стандартная процедура восстановления сваливания для любого самолета - это опустить нос, чтобы увеличить скорость и позволить крыльям снова создать подъемную силу. На высоте более 35000 футов должно было быть достаточно времени для восстановления, но этого не произошло.

Восстановление данных полета и записи голосовых самописцев в кабине показали, что произошло, с пугающими подробностями. Из диалога пилотов было ясно, что они понятия не имели, что происходит, пока не стало слишком поздно. Хуже того, один из пилотов совершенно неадекватно отреагировал на состояние сваливания, потянув ручку назад, а не толкнувшись вперед, несмотря на индикацию предупреждения о сваливании в кабине. Как и почти во всех авиационных происшествиях, причина была многофакторной: влияние погоды, конструкции зондов Пито и несоответствующей реакции пилота на потерю автоматизации.

Рейс 3407 авиакомпании Colgan Air

Несколькими месяцами ранее, 12 февраля, самолет Bombardier Q400 разбился при подлете к Буффало, штат Нью-Йорк. Расследование показало, что этот самолет тоже заглох, хотя и в других условиях. Автопилот управлял самолетом, но скорость полета быстро падала, поскольку закрылки и шасси опускались, увеличивая сопротивление. Экипаж не заметил этого, пока система предупреждения о сваливании не активировала вибростенд. Подходящей реакцией было бы выполнить стандартное восстановление сваливания, опустив нос и приложив усилие для увеличения скорости. Вместо этого капитан попытался поднять нос. Это активировало следующую ступень защиты от сваливания, толкающий рычаг, который прикладывает к ручке сильное опускание носом вниз, чтобы вернуть самолет в исходное положение. Однако капитан продолжал отступать, преодолевая эту силу, в результате чего самолет полностью сваливался.

Предотвращение несчастных случаев за счет обучения пилотов в современной кабине экипажа

В обоих этих случаях дефицит обучения возник по мере продвижения расследования. В результате авиакатастрофы Colgan выяснилось, что восстановление сваливания, как это обычно преподается на симуляторе, подчеркивает восстановление с минимальной потерей высоты, а это означает, что пилоты имели тенденцию отходить от техники восстановления сваливания, которую они узнали бы на ранних этапах обучения на легких самолетах. , с определенным движением носом вниз и старались любой ценой избежать потери высоты. Считалось, что это способствовало неадекватной реакции капитана на предупреждения о сваливании.

Расследование Air France обнаружило, что авиакомпания не включила в свою программу тренировок никаких процедур восстановления сваливания на большой высоте и вообще не включила ручное обучение на большой высоте. Это могло привести к замешательству пилотов, их несоблюдению соответствующих контрольных списков и их неправильным ответам.

Эти происшествия вызвали много дискуссий в авиационной отрасли. В 2011 году на конференции по летной подготовке Королевского авиационного общества был представлен отчет, в котором говорилось, что летный экипаж, способный реагировать на незнакомые ситуации, часто связанные с потерей автоматизации, прошли военную подготовку или были наняты авиакомпанией с более чем установленной законом минимальной программой переподготовки. Эта стандартная подготовка не обеспечивает современных пилотов гибкости, необходимой для решения современных проблем в кабине экипажа. Было высказано предположение, что недавно обученные пилоты слишком полагаются на автоматизацию, в отличие от пилотов более старшего возраста, обученных менее сложным системам, которые склонны подвергать сомнению источники информации и быть лучше подготовленными к сбоям в любой системе.

В тренировках произошли некоторые немедленные изменения, в частности, в восстановлении срывов, когда произошло возвращение к основным принципам - опущенным носом и увеличением скорости полета в качестве приоритета. Некоторые организации, занимающиеся летной подготовкой, ввели модуль восстановления после сбоя в свой базовый курс обучения, чтобы повысить ситуационную осведомленность и внедрить правильные процедуры восстановления на ранней стадии. Наблюдается переход к обучению на основе компетенций за счет введения новой лицензии - лицензии пилота с несколькими экипажами, которая предназначена для оценки стажеров на основе фактических результатов в различных ситуациях, а не просто для завершения предположительно устаревшей учебной программы.

К сожалению, иногда аварии должны происходить до того, как будут выявлены проблемы, но осведомленность о различных проблемах, с которыми сталкиваются пилоты, управляющие высокоавтоматизированными самолетами, сейчас на рекордно высоком уровне, что, надеюсь, приведет к повышению безопасности для всех, кто летает.