Для подготовки пилотов в настоящее время применяются методические подходы, которые сформировались одновременно с появлением учебно-тренировочных ЛА со спаренными рычагами управления. Если коротко, то суть обучения заключается в таких фразах инструктора, как: 'делай как я', 'повтори', 'добавь' с выполнением показа, затем совместного управления инструктора и курсанта, затем вмешательства инструктора в управление курсанта только в случае его неадекватных действий. В результате такого подхода вначале курсанту прививается манера пилотирования инструктора, а затем, уже исходя из индивидуальных сенсомоторных характеристик обучаемого, собственная (при этом затрачивается время на 'переучивание'). Так как процесс обучения начинается с обучения визуальному пилотированию, то принципиальное значение имеют способности курсанта ощущать свое положение и движение в пространстве по множеству косвенных признаков и связывать их с отклонением рычагов управления ЛА. Можно смело утверждать, что курсант должен обладать определенным талантом в этой области. То же самое касается и инструктора, обучение пилотированию для которого должно быть призванием всей жизни, а не тупой работой для набирания налета, необходимого для получения свидетельства коммерческого пилота.

 

Статистика обучения в зарубежных летных школах свидетельствует, что практически все курсанты (точнее, те из курсантов, которые вообще способны научиться летать) получают свидетельства пилотов-любителей после 50-60 часов налета. Следует отметить, что качество преподавания теоретических дисциплин и использование простейших тренажеров практически не оказывает серьезного влияния на время обучения. Если вы хотите использовать ЛА не только для развлечения при выполнении полетов вблизи аэродрома, но и для перелетов, то необходимо обязательно освоить пилотирование по приборам, так как всегда существует вероятность непреднамеренного попадания в сложные метеоусловия (пусть даже с кратковременной потерей визуального контакта с землей). В этом случае, если пилот не подготовлен к полету по приборам, то жизнь пассажиров (как правило, близких пилоту людей, родственников и друзей) подвергается повышенной опасности. Для обеспечения безопасности полетов иногда достаточным является сам факт психологической готовности пилота на своевременный переход от визуального полета к приборному. Но при обучении курсанта правилам полетов по приборам речь идет уже о нескольких сотнях часов налета даже с активным использованием тренажеров в процессе обучения, а это - серьезные затраты, которые многие пилоты-любители не способны нести. Чрезмерное использование в целях экономии простейших тренажеров способствует привитию ложных навыков пилотирования, что объясняется неадекватностью математических моделей полета, отсутствием акселерационной информации, недостаточностью широкоугольности и разрешающей способности отображения закабинного пространства.

 

Рассмотрим современный, на наш взгляд, методический подход к обучению курсантов, который на порядок должен уменьшить расходы на обучение полета по приборам и одновременно повысить качество обучения, практически исключить субъективизм влияния инструктора, значительно снизить требования к самому курсанту для получения им любительского свидетельства. Этот методический подход известен в мире под названием 'электронный инструктор', так как предназначен для решения с помощью компьютерных технологий тех же задач, которые в жизни решает инструктор. По существу, в нем реализуется принцип самообучения курсанта на земле и в воздухе с использованием компьютера для жестких условий эксплуатации.

 

В разработанной методике обучения в качестве 'электронного инструктора' используется индикация в виде 3-D и 2-D графических образов полета, имеющих физический смысл и хорошо известных курсанту из краткого теоретического курса. Эта 'образная' индикация (ОИ) может использоваться как на земле на тренажере, так и в воздухе на ЛА. ОИ способствует быстрому уяснению курсантом физического смысла процесса пилотирования ЛА (так как по существу является графическим 'образом полета'), непрерывно 'подсказывает', на сколько требуется отклонить рычаги управления для создания действующей на ЛА результирующей силы в целях обеспечения полета в желаемом направлении с заданной скоростью (реализуется 'полярный' способ управления для перемещения ЛА в пространстве). Это позволяет быстро привить курсанту правильные моторные навыки координированного отклонения рычагов управления ЛА. ОИ своевременно предупреждает курсанта об угрозе безопасности полета с использованием световой, звуковой сигнализации и речевого информатора. Применение ОИ на этапе разбора полетов позволяет самому курсанту легко выявить свои ошибки как в выборе траектории полета, так и в технике пилотирования. Причем, для курсанта и опытного пилота эти ошибки (или тенденции в совершении ошибочных действий) будут различаться их глубиной. Таким образом, всегда существует возможность пилоту любой квалификации самосовершенствоваться.

 

Методический прием обучения заключается в том, что ОИ существует параллельно с обычными информационными моделями полета: закабинным пространством (при отработке визуального пилотирования) и приборным оборудованием (при отработке полета по приборам). ОИ выводится либо на дополнительно установленный в кабине индикатор (типа электронного планшета летчика), либо на очки (виртуальный шлем летчика) с перекрытием только части поля зрения курсанта (для вертолета - верхней части, так как нижняя часть используется при посадке). Целесообразно в качестве тренажера использовать кабину самого ЛА, на рычаги и органы управления которого установлены датчики их перемещения, сигналы с которых и информация о положении головы курсанта (шлема) поступают в компьютер для математического моделирования полета и синтезации изображения.

 

Для построения ОИ в воздухе используется миниатюрный измерительный блок, комплексирующий информацию инерциальных датчиков, датчиков давления, магнитометра с приемником спутниковой навигации ('пилотажно-навигационный комплекс на ладони' весом менее 200 грамм) и имеющий встроенный автопилот, информация с которого поступает в бортовой компьютер и на привода системы управления. Этот блок легко устанавливается с помощью 'липучек' с ориентацией по полету в любом удобном месте (не требует точной выставки по строительным осям), а спутниковая антенна крепится на остеклении (там, где нет обогрева стекла). Используемое оборудование позволяет обеспечить замкнутый цикл производства полетов ('тренаж' - 'полет' - 'разбор'), практически не выходя из кабины ЛА, что очень удобно в полевых условиях.

 

Автопилот, по существу, реализует функцию демонстратора отклонения рычагов управления для правильного точного пилотирования с реализацией рациональных переходных процессов устранения отклонений от заданной траектории полета и заданной скорости полета по ней. Особо хотелось бы отметить энергетический автомат тяги, который 'показывает' курсанту, как рационально управлять скоростью, исходя из задачи выдерживания траектории полета - так, при отклонении от траектории вниз не надо удерживать рост скорости ЛА (как бы это делал обычный автомат тяги), так как потом, при возврате на траекторию, мы ее снова потеряем.

 

Процесс обучения начинается с изучения курсантом ОИ (всех ее графических образов полета) в динамике во время проведения предполетного тренажа в кабине (т.е., по существу, отсутствует в чистом виде теоретическое обучение). Графическими образами ОИ являются: силуэт ЛА в виде треугольного крыла (вид ЛА сзади); результирующая сила R, искривляющая траекторию движения с эксплуатационными ограничениями на нее; заданная траектория полета с точкой желаемого направления полета T, двигающейся по ней впереди ЛА; взлетно-посадочная полоса или площадка; рельеф с препятствиями и огибающей минимально безопасной высотой полета над ними M; ветер в виде вектора U из треугольника скоростей; прогнозная траектория разворота ЛА в горизонте F. Физическая сущность процесса пилотирования ЛА заключается в создании курсантом путем отклонения рычагов управления требуемой (без превышения ограничений по условиям безопасности полетов) величины результирующей силы (по направлению и модулю), обеспечивающей наведение вектора скорости ЛА в желаемом направлении полета с выдерживанием заданной скорости полета.

 

Примечание. Теоретической основой используемого способа пилотирования ЛА является эргономически обоснованный способ преследующего слежения с прогнозированием, так как он дает наивысшую точность слежения с минимальными затратами человека-оператора. Использование для этого векторов позволяет воспринимать человеку-оператору высшие производные их перемещения, что также способствует повышению точности слежения.  

 

По существу, при пилотировании ЛА курсанту необходимо управлять в двух каналах: для наведения вектора скорости в заданную точку пространства и управления ее модулем (т.е. реализован 'полярный' способ управления, в отличие от 'декартового' способа управления вертолетом, применяемого на этапах висения и вертикальной посадки). Обучение идет от простого к сложному: от выполнения простейших маневров к полету по сложным пространственным траекториям с изменением скорости полета. Курсанту на начальном этапе обучения, как правило, не хватает резерва внимания, чтобы управлять во всех каналах, поэтому он начинает управлять только в одном из каналов (по высоте, скорости, боковом, продольном), а оставшиеся каналы управления берет на себя инструктор. Попробовав отдельно управлять в каждом канале, курсант, в итоге, берет на себя все каналы управления с уяснением направления и величины координированных отклонений рычагов управления с учетом возникающих между каналами перекрестных связей. Процесс обучения начинается 'бездумным' слежением курсанта одними подвижными символами за другими (реализуется 'векторно-директорное' управление), а заканчивается практически мгновенным восприятием всей полетной ситуации в целом (определяемой ориентацией ЛА в пространстве, его положением и движением относительно заданной траектории и земной поверхностью, близостью к ограничениям по условиям безопасности полета), позволяющей курсанту прогнозировать развитие полетной ситуации на достаточно длительный промежуток времени.

 

Примечание. В авиации известен директорный способ управления ('0-0' индикация), который тоже показывает, на сколько требуется отклонять рычаги управления ЛА для обеспечения полета по траектории с высокой точностью. Однако он не имеет под собой никакого физического смысла и способствует впаданию пилотов в доминантное состояние из-за отсутствия у них каких-либо резервов внимания. Кроме того, в силу высокой чувствительности директорных символов, они часто выходят на ограничения, что приводит к потере управляемости ЛА.

 

ОИ обеспечивает рациональные переходные процессы вывода ЛА на желаемые параметры движения или на заданную траекторию так, как это делал бы опытный инструктор. ОИ настолько совершенна, что 'подсказывает' такие 'тонкости', как способ выполнения выравнивания для посадки самолета в заданную точку ВПП или темп гашения скорости при заходе на посадку вертолета в соответствии с выбранной крутизной глиссады снижения.

 

Имеется возможность пролететь в ускоренном времени по заданной траектории, просмотреть весь ранее выполненный полет в записи и останавливать его, когда это необходимо. Инструктором демонстрируется развитие полетных ситуаций, приводящих к угрозе безопасности полета, а также способы выхода из них. Индикация своевременно предупреждает курсанта о возможности превышения эксплуатационных ограничений по перегрузке (углу атаки), крену, скорости, высоте; столкновения с земной поверхностью или препятствиями при снижении ниже минимально безопасной высоты полета; попадания в запретные и опасные области полета (например, по метеоусловиям). Речевой информатор заранее предупреждает о необходимости выполнения определенных действий с органами управления кабины и обязательных докладов (в том числе, карты контрольных докладов). Возможность введения в ОИ цифровых счетчиков и шкал позволяет использовать ранее разработанное параметрическое описание упражнений, режимов полета и маневров.

 

Имитируются ветровые возмущения и отказы, приводящие к нарушению балансировки ЛА (в том числе, отказы двигателя). Первый этап обучения на тренажере заканчивается, когда курсант готов выполнить полет по кругу с посадкой по ОИ (со всеми возможными 'вводными') и тратит на это не более 30% своих резервов внимания. Инструктором проверяется степень осознанности пилотирования путем задания 'вводных' типа: выполнить заход на посадку за минимум времени, сразу выйти на четвертый или третий разворот, сесть сразу после взлета, сесть без двигателя, выполнить посадку с полными топливными баками и др. По сути, ОИ позволяет курсанту заниматься своим самообучением в соответствии с выбранной для него индивидуальной программой обучения. Реальное обучение на тренажере показывает, что ОИ осваивают люди, которые ранее не имели никакого представления об авиации и о том, как пилотировать ЛА.

 

Итак, курсант готов пилотировать ЛА с помощью ОИ. Инструктор после взлета сразу передает управление курсанту. Далее его функции сводятся к методическому обеспечению по формированию последовательности выполнения упражнений и принятию решения об их повторении или переходу к следующему, более сложному, а также обеспечению безопасности полета в случае допускания курсантом грубых ошибок, приводящих к угрозе безопасности полетов. Следует отметить, что сама ОИ является фактором дополнительного обеспечения безопасности тренировочных полетов, так как в ней могут быть установлены более жесткие ограничения, чем существуют на самом деле. Практически в воздухе идет полное повторение программы обучения, которая была на тренажере на земле, но в ускоренном темпе. Начальная цель обучения та же - научиться летать с использованием 'образной' индикации. Этот процесс заканчивается, когда курсант имеет возможность отвлекаться от ОИ более чем на 70% своих резервов внимания для решения задачи осмотрительности закабинного и кабинного пространства.

 

Принципиальное отличие от существующих обучающих методик заключается в том, что обучение строится от обучения полета по приборам к обучению визуальному пилотированию. После выполнения реальных полетов опять идет обучение на тренажере, где курсант отвлекается от ОИ для считывания показаний приборов.

 

Обучение распределению внимания по приборам основывается на принципе пропорционального устранения отклонений от заданных параметров между двумя динамически связанными парами параметров (через интеграл) в каждом из каналов управления. Распределение внимания курсанта строится в направлении от приборов с быстро меняющимися параметрами движения к более медленным (например, крен - курс, курс - боковое отклонение; тангаж - вертикальная скорость, вертикальная скорость - высота).

 

Задачей курсанта является построение в голове полноценного образа полета по информации, получаемой от приборов. Если быть точным, то курсант по существу мысленно достраивает информационную модель полета в виде приборов до 'образной' индикации, дополняя ее недостающими графическими образами. Курсант как бы периодически сверяет образ, который он построил по приборной информации, с ОИ (используя ее как эталон). В процессе обучения курсант все меньше и меньше отвлекается от приборов на ОИ и, в конечном счете, пилотирует только по приборам.

 

Следующим этапом обучения будет обучение визуальному пилотированию, при котором вместо цифро-шкальной информационной модели приборного полета будет использоваться изображение закабинного пространства. По мере обучения курсанта время визуального пилотирования будет так же постепенно увеличиваться, пока не достигнет 100%. Для восприятия своего положения и движения в пространстве курсант пользуется набором таких известных косвенных признаков, как перемещение ориентиров на земле 'капот-горизонт', определение точки на земле, как центра вращения изображения закабинного пространства при эволюциях ЛА по крену, движение на ориентир, выдерживание заданной линии на земле, движение в точку выравнивания и др. Курсант также мысленно достраивает в закабинном пространстве дополнительные графические образы.

 

Последним этапом является обучение с использованием информации как от приборов, так и визуальной информации закабинного пространства одновременно с ОИ. Методические приемы при этом не меняются.

 

Наибольший эффект от применения данной методики на основе 'образной' индикации достигается в летных школах и аэроклубах за счет значительного сокращения сроков обучения. При этом курсант выпускается подготовленным не только к выполнению визуальных полетов, но и к полетам по приборам. На наш взгляд, это будет являться определенной гарантией, что курсант в будущем состоится как профессиональный пилот и будет востребован в так называемой 'большой' авиации в условиях острого дефицита летных кадров.

 

Андрей Титов,

 доктор технических наук