RU2764052C1

RU2764052C1 - Method for standardising the flight load of a helicopter pilot when performing the "left ascending spiral" exercise

Info

Publication number: RU2764052C1
Application number: RU2021101876A
Authority: RU
Inventors: Сергей Олегович Коронков; Газинур Абдулхакович Хабибуллин; Алексей Валерьевич Богомолов; Юрий Юрьевич Кисляков; Константин Юрьевич Котлованов
Priority date: 2021-01-27
Filing date: 2021-01-27
Publication date: 2022-01-13

Abstract

FIELD: educating.

SUBSTANCE: invention relates to methods for professional training of helicopter pilots. The method for standardising the professional load of a helicopter pilot when performing the "Left ascending spiral" exercise consists in the fact that no later than 10 minutes before the beginning of simulator training, the pulse rate and breathing rate of the pilot are recorded at least three times, the recorded values are averaged by calculating the arithmetic average values thereof, and said values are taken as background values of the pulse rate (x1f) and breathing rate (x2f); using mathematical modelling, the optimal trajectory of performing the exercise is calculated so as to know the quantities of roll (x3r), vertical speed (x4r), instrument speed (x5r) at any point of said trajectory; prior to the beginning of the exercise, the altitude of the spiral at the maximum point (x6z) and the time whereat said altitude is reached (x7z) are set, and when performing the exercise, the current quantities of indicators are recorded from the beginning to the end of performance thereof with a frequency of 2 Hz: the pulse rate (x1) and breathing rate (x2) of the pilot, roll (x3), vertical speed (x4), instrument speed (x5); flight altitude (x6) and time from the beginning of the exercise (x7), recording the quantity x7 when the condition x6=x6z is achieved, and upon the end of a successfully completed exercise: 1) for each recording point, the relative deviations of the current values of each indicator from the background or calculated values (values Δ1, Δ2, …, Δ5, respectively) are calculated: for x1 and x2 (quantities Δ1 and Δ2), the quotient of the module of the difference between the current and background value of the indicator and the background value thereof; for x3, x4 and x5 (quantities Δ3, Δ4 and Δ5), the quotient of the module of the difference between the current and calculated value of the indicator and the calculated value thereof; 2) from each array of quantities Δ1 … Δ5, constituting a combination of said quantities for all recording points, two maximum and two minimum quantities are excluded; 3) the quantities remaining in the arrays Δ1 … Δ5 are averaged, calculating the arithmetic mean value thereof, obtaining the quantities m1 … m5; 4) the quantity m7 is calculated as the quotient of the module of the difference between the current (x7) and set (x7z) values of the indicator and the set value thereof (x7z); 5) the arithmetic average value of the quantities m1 … m5, m7 is taken as the estimate of the integral flight load indicator IPLN, based on the quantity whereof, the flight load is estimated as: "adequate", if the quantity IPLN does not exceed 0.5, "inadequate", if the quantity IPLN is in the range from 0.5 to 1, "substantially inadequate", if the quantity IPLN exceeds 1, considering that if the flight load is "inadequate", the pilot needs additional training in the exercise and psychophysiological training, and if the flight load is "substantially inadequate", the pilot is directed for a refresher training course or additional exercises with an instructor.

EFFECT: provided possibility of estimating the flight load of a helicopter pilot, accounting for the components of the functional and professional reliability thereof.

1 cl

Description

Изобретение относится к способам профессиональной подготовки летчиков вертолетов.The invention relates to methods for professional training of helicopter pilots.

Из уровня техники известно устройство для определения психофизиологического состояния человека (патент на изобретение RU №2001130178), содержащее датчик электрокожного сопротивления (ЭКС), подключенный к измерительному блоку, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введен датчик фотоплетизмограммы (ФПГ), установленный с датчиком электрокожного сопротивления в одном блоке, выходы датчиков подключены через двухканальный измерительный блок к соответствующим каналам блока обработки сигналов, выходы которого соединены с анализатором психофизиологического состояния, а выход его соединен с блоком тест-стимулов воздействия на человека, каждый канал измерительного блока выполнен в виде последовательно соединенных шумоподавляющих фильтров, усилителей и аналогоцифровых преобразователей, а блок обработки сигналов выполнен в виде последовательно соединенных по каналу каждого датчика цифровых фильтров, дифференциаторов, компараторов, причем выход компаратора канала датчика ЭКС соединен с блоком определения психоэмоционального состояния человека, а выход компаратора канала датчика ФПГ соединен с вариометром RR интервалов, выход которого через анализатор RR интервалов соединен с определителем состояния сердечно сосудистой системы, выходы каждого канала блока обработки сигналов соединены с анализатором психофизиологического состояния человека, выход которого соединен с блоком выбора тест-стимулов, воздействующих на человека. Недостатком этого технического решения является невозможность увязки (комплексирования) компонентов профессиональной и функциональной надежности профессиональной деятельности.A device for determining the psychophysiological state of a person is known from the prior art (patent for invention RU No. 2001130178), containing an electrocutaneous resistance (EC) sensor connected to a measuring unit, characterized in that a photoplethysmogram (PPG) sensor is additionally introduced into the device, installed with an electrocutaneous resistance in one block, the outputs of the sensors are connected through a two-channel measuring unit to the corresponding channels of the signal processing unit, the outputs of which are connected to the analyzer of the psychophysiological state, and its output is connected to the unit of test stimuli affecting a person, each channel of the measuring unit is made in the form of series-connected noise-suppressing filters, amplifiers and analog-to-digital converters, and the signal processing unit is made in the form of digital filters, differentiators, comparators connected in series through the channel of each sensor, and the output of the comparator of the EKS sensor channel is connected to the bl window for determining the psychoemotional state of a person, and the output of the PPG sensor channel comparator is connected to the variometer of RR intervals, the output of which is connected through the analyzer of RR intervals to the determinant of the state of the cardiovascular system, the outputs of each channel of the signal processing unit are connected to the analyzer of the psychophysiological state of a person, the output of which is connected to the unit selection of test stimuli that affect a person. The disadvantage of this technical solution is the impossibility of linking (complexing) the components of professional and functional reliability of professional activity.

Техническая задача, решаемая с помощью заявляемого изобретения, заключается в расширении арсенала методов психофизиологического обеспечения профессиональной подготовки летного состава.The technical problem solved with the help of the claimed invention is to expand the arsenal of methods of psycho-physiological support for professional training of flight personnel.

Решение технической задачи состоит в способе нормирования профессиональной нагрузки летчика вертолета при полете по спирали левой восходящей, который заключается в том, что не позднее, чем за 10 минут до начала тренажерной подготовки не менее трех раз регистрируют частоту пульса и частоту дыхания летчика, зарегистрированные значения усредняют, вычисляя их средние арифметические значения, и считают их фоновыми значениями частоты пульса - х1ф - и частоты дыхания - х2ф;The solution of the technical problem consists in a method for normalizing the professional load of a helicopter pilot when flying in a left ascending spiral, which consists in the fact that no later than 10 minutes before the start of simulator training, the pilot's pulse rate and breathing rate are recorded at least three times, the recorded values are averaged , calculating their arithmetic mean values, and consider them the background values of the pulse rate - x1f - and respiratory rate - x2f;

с помощью математического моделирования рассчитывают оптимальную траекторию выполнения полета по спирали левой восходящей так, чтобы в любой точке этой траектории были известны величины крена - х3р, вертикальной скорости - х4р, приборной скорости - х5р;using mathematical modeling, the optimal flight trajectory is calculated in a left ascending spiral so that at any point of this trajectory the values of roll - x3p, vertical speed - x4p, airspeed - x5p are known;

до начала выполнения полета по спирали левой восходящей задают высоту спирали в максимальной точке - х6з - и время набора этой высоты - х7з,before the start of the flight along the left ascending spiral, the height of the spiral at the maximum point is set - x6z - and the time to climb this height - x7z,

а при выполнении полета по спирали левой восходящей с момента начала до момента окончания его выполнения с частотой 2 Гц регистрируют текущие величины показателей:and when performing a flight in a left ascending spiral from the moment it starts to the moment it ends, with a frequency of 2 Hz, the current values of the indicators are recorded:

частоту пульса - х1 - и частоту дыхания - х2 - летчика,pulse rate - x1 - and respiratory rate - x2 - pilot,

крен - х3, вертикальную скорость - х4, приборную скорость - х5,roll - x3, vertical speed - x4, indicated speed - x5,

высоту полета - х6 - и время от начала выполнения полета по спирали левой восходящей - х7, фиксируя величину х7 при выполнении условия х6=х6з,flight altitude - x6 - and the time from the start of the flight in the left ascending spiral - x7, fixing the value of x7 when the condition x6 = x6z is met,

а по завершении успешно выполненного полета по спирали левой восходящей:and upon completion of a successfully completed flight in a left ascending spiral:

1 - для каждой точки регистрации рассчитывают величины:1 - for each registration point, the following values are calculated:

Δ1=| х1ф - x1 | / х1ф, Δ2=| х2ф - х2 | / х2ф,∆1=| x1f - x1 | / x1f, Δ2=| x2f - x2 | / x2f,

Δ3=| х3р - х3 | / х3р, Δ4=| х4р - х4 | / х4р,∆3=| x3p - x3 | / х3р, Δ4=| x4p - x4 | / x4p,

Δ5=| х5р - х5 | / х5р;∆5=| x5p - x5 | /x5p;

2 - из каждого массива величин Δ1…Δ5, представляющего собой совокупность этих величин для всех точек регистрации, исключают по две максимальных и две минимальных величины;2 - from each array of values Δ1...Δ5, which is a combination of these values for all registration points, two maximum and two minimum values are excluded;

3 - величины, оставшиеся в массивах Δ1…Δ5 усредняют, рассчитывая их среднее арифметическое значение, получая величины m1…m5;3 - the values remaining in the arrays Δ1…Δ5 are averaged, calculating their arithmetic mean value, obtaining the values m1…m5;

4 - рассчитывают величину m7=| х7 - х7з | / х7з;4 - calculate the value of m7=| x7 - x7z | /x7z;

5 - среднее арифметическое значение величин m1…m5, m7 считают оценкой интегрального показателя летной нагрузки IPLN, по величине которого летную нагрузку оценивают как:5 - the arithmetic mean of the values m1 ... m5, m7 is considered an estimate of the integral indicator of the flight load IPLN, according to the value of which the flight load is estimated as:

«адекватная», если величина IPLN не превышает 0,5,"adequate" if the IPLN value does not exceed 0.5,

«неадекватная», если величина IPLN находится в диапазоне от 0,5 до 1,"inadequate" if the value of IPLN is in the range from 0.5 to 1,

«существенно неадекватная», если величина IPLN превышает 1 - считая, что если летная нагрузка «неадекватная», то летчик нуждается в дополнительных тренировках выполнения полета по спирали левой восходящей и занятиях по психофизиологической подготовке, а если летная нагрузка «существенно неадекватная», то летчик направляется на курсы повышения квалификации или на дополнительные занятия с инструктором."significantly inadequate" if the IPLN value exceeds 1 - considering that if the flight load is "inadequate", then the pilot needs additional training in flight in a left ascending spiral flight and psychophysiological training, and if the flight load is "significantly inadequate", then the pilot is sent to advanced training courses or to additional classes with an instructor.

Технический результат, достигаемый указанной совокупностью признаков, заключается в обеспечении возможности оценить летную нагрузку летчика вертолета с учетом компонентов его функциональной и профессиональной надежности.The technical result achieved by the specified combination of features is to provide the ability to evaluate the flight load of a helicopter pilot, taking into account the components of its functional and professional reliability.

Реализация заявляемого изобретения заключается в следующем.The implementation of the claimed invention is as follows.

Не позднее, чем за 10 минут до начала тренажерной подготовки не менее трех раз регистрируют частоту пульса и частоту дыхания летчика.Not later than 10 minutes before the start of training, the pilot's pulse rate and respiratory rate are recorded at least three times.

Зарегистрированные значения частоты пульса и частоты дыхания усредняют, вычисляя их средние арифметические значения, и считают их фоновыми значениями частоты пульса (х1ф) и частоты (х2ф) дыхания.The registered values of the pulse rate and respiratory rate are averaged by calculating their arithmetic mean values, and they are considered to be the background values of the pulse rate (x1f) and respiration rate (x2f).

С помощью математического моделирования рассчитывают оптимальную траекторию выполнения упражнения «Спираль левая восходящая» так, чтобы в любой i-й точке этой траектории были известны величины крена (х3р), вертикальной скорости (х4р) и приборной скорости (х5р).With the help of mathematical modeling, the optimal trajectory of the exercise "Left ascending spiral" is calculated so that at any i-th point of this trajectory the roll (х3р), vertical speed (х4р) and indicated speed (х5р) values are known.

до начала выполнения упражнения задают высоту спирали в максимальной точке (х6з=50 м) и в процессе выполнения упражнения фиксируют время набора этой высоты (х7з).before the start of the exercise, the height of the spiral is set at the maximum point (х6з=50 m) and during the exercise, the time of reaching this height (х7з) is fixed.

При выполнении упражнения «Спираль левая восходящая» с момента начала до момента окончания выполнения упражнения с частотой 2 Гц:When performing the exercise "Left Ascending Spiral" from the moment of the beginning to the moment of the end of the exercise with a frequency of 2 Hz:

регистрируют текущие величины частоты пульса (x1) и частоты дыхания (х2) летчика, применяя для этого датчики, встроенные в снаряжение летчика либо биорадиолокатор, закрепленный в кабине так, чтобы его излучатель и приемник были направлены на лицо летчика,register the current values of the pulse rate (x1) and respiratory rate (x2) of the pilot, using sensors built into the pilot's equipment or a bioradar fixed in the cockpit so that its emitter and receiver are directed at the pilot's face,

с помощью бортового оборудования вертолета либо по послеполетному анализу материалов объективного контроля определяют величины крена (х3), вертикальной скорости (х4) и приборной скорости (х5) с привязкой значений к точкам регистрации частоты пульса и частоты дыхания.using the on-board equipment of the helicopter or by post-flight analysis of objective control materials, the values of roll (x3), vertical speed (x4) and airspeed (x5) are determined with the binding of values to the points of registration of pulse rate and respiration rate.

По завершении выполнения упражнения:Upon completion of the exercise:

1) для каждой точки регистрации рассчитывают относительные отклонения каждой величины от фоновых или расчетных (рассчитанных по математической модели) значений (получая, соответственно значения Δ1, Δ2, …, Δ5):1) for each registration point, the relative deviations of each value from the background or calculated (calculated by the mathematical model) values are calculated (obtaining, respectively, the values Δ1, Δ2, ..., Δ5):

для x1 и х2 (величины Δ1 и Δ2) - это частное модуля разности между текущим и фоновым значением показателя и его фоновым значением:for x1 and x2 (values Δ1 and Δ2) is the quotient of the modulus of the difference between the current and background value of the indicator and its background value:

Δi=| хiф - xi | / хiф, i={1, 2},∆i=| xif - xi | / xif, i={1, 2},

для х3, х4 и х5 (величины Δ3, Δ4 и Δ5) - это частное модуля разности между текущим и расчетным (рассчитанным по математической модели) значением показателя:for x3, x4 and x5 (values Δ3, Δ4 and Δ5) is the quotient of the modulus of the difference between the current and calculated (calculated by the mathematical model) value of the indicator:

Δi=| xip - xi | / xip, i={3, 4, 5};∆i=| xip-xi | / xip, i={3, 4, 5};

2) из каждого массива величин Δ1…Δ5, представляющего собой совокупность этих величин для всех точек регистрации каждого показателя, исключают по две максимальных и две минимальных величины. Если имеется несколько одинаковых величин, подлежащих исключению, то из рассмотрения исключают столько их значений, чтобы в итоге из каждого массива Δi, i={3, 4, 5} были исключены всего две максимальных и две минимальных величины;2) from each array of values Δ1…Δ5, which is a combination of these values for all registration points of each indicator, two maximum and two minimum values are excluded. If there are several identical values to be excluded, then so many of their values are excluded from consideration so that, as a result, only two maximum and two minimum values are excluded from each array Δi, i={3, 4, 5};

3) величины, оставшиеся в массивах Δ1…Δ5 после выполнения предыдущего этапа усредняют, рассчитывая их среднее арифметическое значение, получая величины m1…m5;3) the values remaining in the arrays Δ1…Δ5 after the previous stage are averaged, calculating their arithmetic mean value, obtaining the values m1…m5;

4) рассчитывают величину m7 как частное модуля разности между текущим и заданным значением показателя и его заданного значения х7;4) calculate the value of m7 as a quotient of the modulus of the difference between the current and set value of the indicator and its set value x7;

5) среднее арифметическое значение величин m1, т2, m3, m4, m5, m7 считают оценкой интегрального показателя летной нагрузки IPLN5) the arithmetic mean of the values m1, m2, m3, m4, m5, m7 is considered an estimate of the integral indicator of the flight load IPLN

IPLN - (m1+m2+m3+m4+m5+m7) / 6, по величине которого летную нагрузку оценивают как:IPLN - (m1+m2+m3+m4+m5+m7) / 6, according to which the flight load is estimated as:

«существенно неадекватная», если величина IPLN превышает 1 - считая, что если летная нагрузка «неадекватная», то летчик нуждается в дополнительных тренировках выполнения упражнения и занятиях по психофизиологической подготовке, а если летная нагрузка «существенно неадекватная», то летчик направляется на курсы повышения квалификации или на дополнительные занятия с инструктором."significantly inadequate" if the IPLN value exceeds 1 - considering that if the flight load is "inadequate", then the pilot needs additional training in the exercise and psychophysiological training, and if the flight load is "significantly inadequate", then the pilot is sent to advanced courses qualifications or for additional classes with an instructor.

Пороговые значения IPLN устанавливают отдельно для соответствующих категорий летного состава.IPLN thresholds are set separately for the respective flight crew categories.

Динамика IPLN позволяет оценить формирование профессиональных навыков (профессиональной надежности, характеризуемой показателями качества пилотирования) с учетом компонентов функциональной надежности, характеризуемой показателями психофизиологического состояния.The dynamics of IPLN allows assessing the formation of professional skills (professional reliability, characterized by piloting quality indicators) taking into account the components of functional reliability, characterized by psychophysiological state indicators.

Пример реализации заявляемого способа показан в таблицах 1-4.An example of the implementation of the proposed method is shown in tables 1-4.

Для каждого показателя x1...x7 указаны их фоновые (для x1 и х2) и расчетные (для х3, х4 и х5) и заданные (для х6 и х7) значения (таблица 1). Для простоты изложения значения всех показателей указаны в условных единицах.For each indicator x1...x7, their background (for x1 and x2) and calculated (for x3, x4 and x5) and set (for x6 and x7) values are indicated (Table 1). For ease of presentation, the values of all indicators are given in arbitrary units.

Считаем, что число точек регистрации показателей при выполнении упражнения - 10. Зарегистрированные значения показателей представлены в таблице 2.We consider that the number of points of registration of indicators during the exercise is 10. The registered values of indicators are presented in Table 2.

Для каждого значения показателя xi в каждой точке регистрации рассчитана и показана в таблице величина Δi (таблица 3).For each value of the indicator xi at each registration point, the value Δi is calculated and shown in the table (Table 3).

Затем для каждого массива величин Δ1…Δ5, представляющего собой совокупность этих величин для всех точек регистрации каждого показателя (величины Δi, указанные в одной строке таблицы), исключаем по две максимальных и две минимальных величины - в таблице исключенные величины зачеркнуты. Таким образом, из каждого массива Δi, содержащего 10 величин (по числу точек регистрации) в рассмотрении остаются 6 величин (таблица 3).Then, for each array of values Δ1…Δ5, which is a combination of these values for all points of registration of each indicator (values Δi indicated in one line of the table), we exclude two maximum and two minimum values - in the table the excluded values are crossed out. Thus, from each array Δi containing 10 values (according to the number of registration points), 6 values remain in consideration (Table 3).

Усредняя оставшиеся после исключения величины из каждого массива Δi, рассчитываем их средние арифметические значения, которые являются величинами m1…m5 (таблица 4).Averaging the values remaining after exclusion from each array Δi, we calculate their arithmetic mean values, which are the values m1…m5 (Table 4).

Величину т7 рассчитываем как частное модуля разности между текущим (х7) и заданным (х7з) значениями показателя и его заданным значением (х7з) (таблица 4).The value of t7 is calculated as the quotient of the modulus of the difference between the current (x7) and set (x7z) values of the indicator and its set value (x7z) (Table 4).

Усредняя величины m1…m5 и m7, получаем величину IPLN (таблица 4).Averaging the values m1…m5 and m7, we obtain the value of IPLN (Table 4).

Рассчитанная величина IPLN=0,83 превышает 0,5, но меньше 1,0 - поэтому летную нагрузку оцениваем как неадекватную - то есть летчик нуждается в дополнительных тренировках выполнения упражнения и занятиях по психофизиологической подготовке.The calculated value of IPLN=0.83 exceeds 0.5, but less than 1.0 - therefore, the flight load is assessed as inadequate - that is, the pilot needs additional training for the exercise and psychophysiological training.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта №20-013-00306.The study was carried out with the financial support of the Russian Foundation for Basic Research within the framework of the scientific project No. 20-013-00306.

Claims

Способ нормирования профессиональной нагрузки летчика вертолета при полете по спирали левой восходящей, заключающийся в том, что не позднее чем за 10 минут до начала тренажерной подготовки не менее трех раз регистрируют частоту пульса и частоту дыхания летчика, зарегистрированные значения усредняют, вычисляя их средние арифметические значения, и считают их фоновыми значениями частоты пульса - х1ф и частоты дыхания - х2ф;A method for normalizing the professional load of a helicopter pilot when flying in a left ascending spiral, which consists in the fact that no later than 10 minutes before the start of simulator training, the pilot's pulse rate and breathing rate are recorded at least three times, the recorded values are averaged, calculating their arithmetic mean values, and consider them the background values of the pulse rate - x1f and respiratory rate - x2f;

до начала выполнения полета по спирали левой восходящей задают высоту спирали в максимальной точке - х6з и время набора этой высоты - х7з,before the start of the flight along the left ascending spiral, the height of the spiral at the maximum point is set - x6z and the time to climb this height - x7z,

частоту пульса - x1 и частоту дыхания - х2 летчика,pulse rate - x1 and respiratory rate - x2 pilot,

высоту полета - х6 и время от начала выполнения полета по спирали левой восходящей - х7, фиксируя величину х7 при выполнении условия х6=х6з,flight altitude - x6 and time from the start of the flight along the left ascending spiral - x7, fixing the value of x7 when the condition x6 = x6z is met,

Δ5=| х5р - х5 | / х5р;∆5=| x5p - x5 | /x5p;

2 - из каждого массива величин Δ1…Δ5, представляющего собой совокупность этих величин для всех точек регистрации, исключают по две максимальные и две минимальные величины;2 - from each array of values Δ1...Δ5, which is a combination of these values for all registration points, two maximum and two minimum values are excluded;