авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Обеспечение безопасности полетов в системах визуализации тренажеров с учетом влияния закона эммерта

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Кадышев Сергей Юрьевич

ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ В СИСТЕМАХ
ВИЗУАЛИЗАЦИИ ТРЕНАЖЕРОВ С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ
ЗАКОНА ЭММЕРТА

Специальность 05.22.14 – Эксплуатация воздушного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2010

Работа выполнена в Ульяновском авиационном училище гражданской авиации (институте) на кафедре летной эксплуатации и безопасности полетов

Научный руководитель доцент, доктор технических наук

Лебедев А. М.

Официальные оппоненты профессор, доктор технических наук

Зубков Б. В.,

кандидат технических наук

Волков А. В.

Ведущая организация Гос НИИ гражданской авиации

Защита состоится «___» _____________ 2010 года на заседании диссертационного совета Д 223.011.01 при Московском государственном техническом университете гражданской авиации (МГТУ ГА) по адресу:
ГСП-3, 125993, г. Москва, Кронштадтский бульвар, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ ГА.

Автореферат разослан «____» __________________2010 года

Ученый секретарь диссертационного совета Д 223.011.01

профессор, доктор технических наук Кузнецов С. В.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Гражданская авиация Российской Федерации находится на переломном этапе своего развития, когда при решении вопросов безопасности полетов необходимо учитывать стремительный рост объемов перевозок, массовое обновление парка воздушных судов и смену поколения авиационных специалистов.

В настоящее время в связи с резким усложнением авиационной техники огромное внимание уделяется обучению и переучиванию пилотов. Добиться качественной подготовки авиаспециалистов можно при помощи использования в процессе обучения передовых технологий и знаний, но, не забывая лучших традиций «старой» школы.

Создание и расширение областей применения авиационных тренажеров в последние годы приобретает все большую актуальность в связи с увеличением стоимости жизненного цикла воздушных судов и их обслуживания (НИОКР, техническое обслуживание и эксплуатация, опережающий рост стоимости топлива в прямых эксплуатационных расходах). Введение в эксплуатацию тренажеров приводит не только к снижению расходов, износа техники, но и к повышению безопасности полетов.

Анализ статистических материалов по безопасности полетов показывает, что 21 % авиационных происшествий (АП) при визуальном заходе на посадку связан с потерей пространственной ориентировки или возникновением визуальных иллюзий. В основе действия многих визуальных иллюзий лежит явление, описываемое законом Эммерта, в соответствии с которым оценка расстояния в человеческом восприятии происходит по оценке величины зрительного угла. Если пилот не делает поправки на неровность рельефа, то он воспринимает изменение угла зрения как изменение расстояния.

Изучение воздействия визуальных иллюзий особенно эффективно на этапе тренажерной подготовки, поскольку изучение данного фактора в реальном полете невозможно по причинам безопасности. Очень важно учесть факторы, способные привести к возникновению визуальных иллюзий, в авиационных тренажерах. Сказанное определяет актуальность настоящей работы, целью которой является изучение влияния визуальных иллюзий, описываемых законом Эммерта, на безопасность полетов и определение параметров, которые необходимо учесть при его имитации в тренажерах ВС.

В процессе достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

  • определить степень воздействия визуальных иллюзий на безопасность полетов, проанализировав статистику авиационных происшествий;
  • изучить воздействие на пилота визуальных иллюзий при заходе на посадку;
  • исследовать степень воздействия явлений, описываемых законом Эммерта, на безопасность полетов;
  • определить параметры, которые нужно учесть при проектировании тренажеров, чтобы смоделировать условия для проявления закона Эммерта;
  • внедрить результаты работы в разработку тренажеров.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней:

1. Разработана математическая модель закона Эммерта.

2. Разработана математическая модель схематичной визуализации ВПП с различных высот и при различных скоростях движения ВС.

3. Построена эквидистантная кривая к ВПП неровного рельефа, которая является траекторией движения глаз пилота при пробеге ВС по ВПП.

4. Разработано программное обеспечение схематичной визуализации ВПП.

5. Найден дискрет, с которым должна визуализироваться ВПП, исключающий недостоверность визуализации ВПП и тем самым учитывающий проявления визуальных иллюзий, вызванных проявлением закона Эммерта.

Практическая значимость работы состоит в том, что ее результаты позволяют:

1. Определить параметры, которые необходимо учитывать в авиационных тренажерах, для создания условий возникновения визуальных иллюзий, обусловленных законом Эммрета.

2. Воспроизводить ВПП сложного рельефа в системах визуализации тренажеров с большей точностью и адекватностью.

3. Строить траекторию движения глаз пилота и определять направление взгляда пилота при пробеге ВС по ВПП.

4. Определять дискрет, необходимый для воспроизведения ВПП с заданной точностью в системах визуализации тренажеров.

5. Использовать разработанные математические модели и программное обеспечение при проектировании авиационных тренажеров.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Параметры, которые необходимо учитывать в авиационных тренажерах, для создания условий возникновения визуальных иллюзий, обусловленных законом Эммрета.
  2. Математическая модель закона Эммерта.
  3. Методика определения дискрета на основании теоремы Котельникова-Шеннона, с которым должна визуализироваться ВПП, исключающего недостоверность визуализации ВПП и, тем самым, учитывающего проявления визуальных иллюзий, вызванных проявлением закона Эммерта.
  4. Построение эквидистантной кривой к ВПП неровного рельефа, которая является траекторией движения глаз пилота при пробеге ВС по ВПП.
  5. Алгоритм, реализующий визуализацию ВПП любого рельефа при снижении по глиссаде и пробеге по ней.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы, научные и практические результаты исследований докладывались и получили положительную оценку на четырех международных научно-технических конференциях:

«Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества» (Москва, МГТУ ГА, 2006 г.);

«Проблемы подготовки специалистов для гражданской авиации» (Ульяновск, УВАУ ГА, 2006 г.);

«Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества» (Москва, МГТУ ГА, 2008 г.);

«Проблемы подготовки специалистов для гражданской авиации» (Ульяновск, УВАУ ГА, 2008 г.).

Работа выставлялась на конкурсе научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ «Молодые ученые транспортной отрасли – 2008», по результатам которого автор был удостоен Диплома победителя в номинации «Воздушный транспорт».

Работа выставлялась на Молодежном инновационном форуме Приволжского федерального округа (Ульяновск, УлГТУ, 2009 г.), на котором автор был удостоен медали «За успехи в научно-техническом творчестве».

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ, в том числе 1 статья в сборнике, рекомендованном ВАК РФ.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены в разработку авиационных тренажеров. Опыт внедрения показал, что для обеспечения качественной тренажерной подготовки с приобретением адекватных навыков пилотирования важно не упустить из виду ни одного фактора, способного повлиять на безопасность полетов. О внедрении результатов диссертационной работы в разработку тренажеров имеются акты внедрения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 93 наименований. Общий объем диссертации составляет 146 страниц основного текста, содержащих 49 рисунков и 2 таблицы.

Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, описаны объект и предмет исследования, определены основные методы, цели и задачи исследования, охарактеризованы научная новизна и практическая значимость работы, изложено краткое содержание диссертации; сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе на основе статистических данных выявлены негативные факторы, способные привести к летному происшествию при заходе на посадку, среди которых 21 % составляет воздействие на пилота визуальных иллюзий.

Рассмотрены основные положения теории зрительного восприятия и выявлена природа возникновения ошибок зрительного восприятия, обусловленных законом Эммерта.

Закон Эммерта устанавливает зависимость между размером воспринимаемого изображения и расстоянием до предмета образующего его. Следствием из закона Эммерта является тот факт что, если, не меняя расстояние до предмета, изменить зрительный угол, под которым он виден (например, наклонить его), то воспринимаемый размер этого предмета измениться: при увеличении зрительного угла – увеличиться, а при уменьшении – уменьшиться.

Т. к. ВПП, имеющая неровный рельеф, будет видна под углом отличным от того, под которым видна ровная ВПП, имеющая такие же размеры, то это может вызвать развитие визуальной иллюзии у пилота, описываемой законом Эммерта. В результате, пилот может неправильно оценить расстояние до данной ВПП.

Следовательно, рельеф ВПП играет важную роль в развитии у пилота визуальных иллюзий.

Проанализированы существующие методы предотвращения ошибок зрительного восприятия и выявлены их недостатки, в частности, в тренажерной подготовке, заключающиеся в следующем: если обучение происходит на тренажере, на котором рельеф полосы учитывается с недостаточной точностью, или же не учитывается вообще, обучаемый получает недостоверные навыки по посадке ВС на ВПП, т. к. большинство ВПП имеет рельеф, который влияет на зрительное восприятие пилота при посадке. По закону Эммерта, оценка расстояния в человеческом восприятии происходит по оценке величины зрительного угла. Если пилот не делает поправки на неровность рельефа, то он воспринимает изменение угла зрения как изменение расстояния, что может привести к катастрофическим последствиям.

Вторая глава посвящена решению задачи по разработке методов предотвращения влияния явлений, описываемых законом Эммерта, для этого построена и исследована концептуальная модель Закона Эммерта, произведена оценка возможного ущерба от авиационных происшествий, обусловленных законом Эммерта.

Для более детального изучения влияния иллюзий, обусловленных законом Эммерта, на пилота при заходе на посадку и определения требований для обеспечения необходимой точности его имитации в системах визуализации тренажеров ВС разработана математическая модель закона Эммерта, получены математические зависимости, проведено их исследование и выявлено наличие экстремума (максимальной вероятности ошибки).

Для определения дискрета, необходимого для точного воспроизведения рельефа полосы в системах визуализации тренажеров, получено разложение в ряд Фурье функции, описывающей ВПП.

В соответствии с существующей технологией строительства ВПП ее продольный разрез представляет собой ломаную линию.

Пусть имеется ВПП, состоящая из n частей. Разместим декартову систему координат так, как показано на рис. 1. li – это абсцисса конца i-го участка ВПП.

 Продольный разрез ВПП, состоящей из-0

Рис. 1. Продольный разрез ВПП, состоящей из n частей

Построим график функции f(x): отразим продольный разрез ВПП симметрично относительно оси ординат и размножим полученную ломаную вправо и влево так, что f(x) будет четной и периодической функцией (рис. 2).

 Построение f(x) Разложение f(x) в ряд-1

Рис. 2. Построение f(x)

Разложение f(x) в ряд имеет вид

.

Пусть погрешность определения высоты равна . Тогда членами ряда, меньшими , можно пренебречь, а та величина n, при котором это произойдет, определит частоту среза (рис. 3):

.

Написанное неравенство дает возможность определить частоту среза

.

По теореме Котельникова-Шеннона, непрерывная функция может быть заменена ее дискретными значениями с требуемой точностью, если этот период (дискрет по длине ВПП) составит

.

 Спектр функции f(x) Таким образом, n-6

Рис. 3. Спектр функции f(x)

Таким образом, n – число точек на ВПП.

Данное разложение функции, описывающей ВПП, в ряд Фурье дает возможность при помощи теоремы Котельникова-Шеннона определить минимальное количество точек, необходимое для отображения ВПП с заданной погрешностью . Это нужно для того, чтобы достоверно отобразить ВПП в тренажерах и учесть, в частности, возникновение визуальных иллюзий, описываемых законом Эммерта.

Для более точного визуального воспроизведения пробега ВС по ВПП глазами пилота в тренажерах появилась необходимость определения траектории движения глаз пилота в это время. Искомой траекторией является эквидистантная кривая к ВПП.

Так как рельеф ВПП представляется кусочно-гладкой ломаной линией, а точками разрыва непрерывности первого рода можно пренебречь в связи с их малостью (неплоскостность отдельных плит ВПП), то принимается непрерывность линии, описывающей рельеф ВПП. Описание рельефа в виде ломаной лини приводит к тому, что в точках излома линии производная не существует и направление нормали становится неопределенным. Эквидистанта состоит из отдельных отрезков прямой, не связанных друг с другом на вершинах ВПП, и эквидистанта становится неоднозначной на участках впадин (рис. 4).

 Сложности при построении-7

Рис. 4. Сложности при построении эквидистантной кривой

При реализации движения ВС по ВПП в авиационных тренажерах такая ситуация неудовлетворительна и требует доопределения эквидистанты на участках разрывов и наложения отдельных отрезков.

 Представление ВС в виде жесткого-8

Рис. 5. Представление ВС в виде жесткого звена

В работе строится траектория наблюдения пилота, опираясь на разработанную для решения этой задачи модель ВС в виде некоторого жесткого звена с двумя опорными точками А и В (рис. 5).

Идеальным принимается звено, которое касается ВПП только в точках А и В, и эти точки скользят по ВПП (работа амортизаторов и пневматиков пренебрегается). Точка С с ВПП не связана и является вспомогательной для выполнения расчетов. Основываясь на методах теории машин и механизмов, выполняется графическое построение траектории точки С и О для оценки вида траектории. По ряду фиксированных точек строятся промежуточные положения звена (механизма) (рис. 7).

В работе для аналитического решения задачи была составлена кинематическая модель движения ВС в областях изменения рельефа ВПП. Геометрическая схема кинематической модели представлена на рис. 6.

 Схема переката через вершину ВПП -9

Рис. 6. Схема переката через вершину ВПП

Кинематическая модель описывается системой алгебраических уравнений

где (x; y) – текущие координаты точки А.

Данная модель позволяет определить координаты точки, в которой находятся глаза пилота при движении ВС по ВПП, а также определить угол взора пилота по отношению к оси Х.

Координаты точки В (x1; y1) определяются следующим образом:

;

.

 Построение эквидистанты к ВПП при-13

Рис. 7. Построение эквидистанты к ВПП при движении по ней ВС, представленного виде жесткого звена ACBON:

a – перекат через вершину; б – представление ВС в виде жесткого звена; в – перекат через впадину

Координаты точки С (; ) определяются следующим образом:

Координаты точки О (x0; y0) определяются следующим образом:

Координаты точки N (xn; yn) определяются следующим образом:

Угол 0, определяющий сдвиг начала координат при визуализации полосы, определяется следующим образом:

,

где

;

.

Из этой модели получаем координаты всех интересующих нас точек.

Поскольку координаты и определяются через параметр x, то определяется по формуле производной для параметрически заданной функции. Определение этой производной необходимо для определения направления взгляда пилота как касательной к эквидистантной линии.

Полученные выражения являются точными при допущении о пренебрежении влиянием амортизаторов и деформации пневматиков, но они достаточно громоздки. Приведенные рисунки утрированы по величине уклонов ВПП. Реальные значения этих углов достаточно малы. Конкретные величины уклонов приведены на рис. 8.

 Изображение уклонов ВПП близких к-27

Рис. 8. Изображение уклонов ВПП близких к реальным

В этом случае

– мал, так, что ;

– мал, так, что ;

, т. е. чуть больше или чуть меньше .

Тогда

,

где

В конце главы разработана математическая модель движения ВС по ВПП сложного рельефа и ее реализация в системах визуализации тренажеров ВС и рассмотрены существующие модели движения ВС на участке снижения по глиссаде и при пробеге по ВПП.



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.