Эдмунд Цихош - Сверхзвуковые самолеты
Психологический барьер
В гл. 1 показано, что разработка систем обнаружения и обороны, обладающих все большей эффективностью, а также непрерывное совершенствование этих систем привели к тому, что шансы незаметного проникновения самолетов, летающих на больших либо средних высотах, весьма уменьшились уже под конец 50-х годов. Таким образом, для уменьшения вероятности дальнего обнаружения наземными (а также морскими и воздушными) радиолокационными станциями противника оказались необходимыми полеты с большой скоростью на малой высоте, что затрудняет обнаружение из-за естественных преград, а также из-за вторичного отражения сигналов от местности. «Малой» считалась высота около 300 м. Такая высота была признана безопасной с учетом достигнутой точности навигации самолета с помощью эксплуатируемого либо разработанного к тому времени бортового оборудования. Однако полет на такой малой высоте имеет ряд особенностей, которые влияют на работу двигательных установок, а также обусловливают появление знакопеременных нагрузок малой амплитуды и высокой частоты. Большое сопротивление воздуха и недопустимое возрастание температуры конструкции самолета в результате аэродинамического нагрева ограничивают максимальную скорость полета на высотах ниже 300 м (эта высота условно называется нулевой) величиной, составляющей лишь 55-70% скорости, развиваемой на оптимальной высоте. Из данных табл. 2 видно, что наибольшая скорость самолетов с М макс ›2 на Н = 0 составляет 1300-1490 км/ч. В таких условиях полет на заданный радиус действия требует не только в 3 раза больше топлива, чем полет в стратосфере, но и происходит в сложных пилотажных условиях при воздействии нагрузок, ведущих к снижению эксплуатационного ресурса самолета, а в некоторых случаях даже к разрушению планера.
При первых полетах на малых высотах самым опасным казался риск столкновения самолета с естественными либо искусственными преградами, поскольку этот риск возрастает пропорционально росту скорости и уменьшению высоты полета. Опыт, полученный в экспериментальных полетах, а позднее-при нормальной эксплуатации, существенно изменил эти взгляды. Оказалось, что более важным фактором является влияние турбулентности атмосферы на усталостную прочность планера, а также на физическую и психологическую усталость экипажа. Поскольку в начальный период полетов на малых высотах на первый план, кроме прочего, выдвинулась проблема психофизиологических последствий усталости человека, это новое препятствие по аналогии с предыдущими было названо психологическим барьером.
Сущность психологического барьера связана с атмосферными условиями вблизи поверхности Земли. В приземном слое в результате существования градиентов температур и давлений постоянно происходит интенсивное перемещение воздушных масс с разными скоростями и в разных направлениях. Эти порывы и флуктуации приводят к резким и непредвиденным колебаниям самолета относительно различных осей, а также к возникновению положительных или отрицательных перегрузок различной частоты. Кроме высоты полета, эти атмосферные возмущения зависят от скорости полета, прямо или косвенно влияя на самочувствие экипажа. Установлено, что на малой высоте перегрузка с амплитудой 0,5 изменяется с частотой 5 раз в минуту при скорости полета М = = 0,45, до 27 раз в минуту при М = 0,7 и вплоть примерно до 500 при М = 1,2.
Порывы ветра с частотой 5 раз в минуту не оказывают заметного влияния на психологическое состояние человека, в пределах 5-12 они неприятны, но легко переносятся при соответствующей тренировке, однако они трудно переносимы при частотах выше 12 раз в минуту. Во время полета на большой высоте экипаж может легко обнаружить и обойти область турбулентной атмосферы; зато на малой высоте это почти невозможно из практических и тактических соображений.
Ввиду недостаточного технического оснащения самолетов для первых полетов на малой высоте, а также отсутствия опыта и соответствующей тренировки экипажа первые полеты с большой скоростью на малой высоте были весьма опасны и выполнялись крайне неохотно. Условия такого полета приводили к увеличению вероятности ошибок, уменьшению до минимума времени реакции экипажа на события, а также к появлению чувства беспокойства и неуверенности из-за вибрации конструкции и внезапных ускорений, особенно во время выполнения маневров.
Все это отрицательно влияет на самочувствие членов экипажа и через определенное время может снизить их способность к восприятию, осмыслению и реакции, т.е. работоспособность. Эти неблагоприятные явления существенно усугублялись в зависимости от характера действий, выполняемых экипажем. Например, необходимость наблюдения за преградами перед самолетом затрудняет наблюдение по сторонам, и в то же время объекты, над которыми пролетает самолет, экипаж видит крайне неотчетливо, поскольку располагаемое время наблюдения слишком коротко для детального рассмотрения. Дело затрудняется также необходимостью частого контроля приборов, т.е. необходимостью частого переноса взгляда с лобового стекла на приборную доску, что требует определенного времени на аккомодацию и приводит к утомлению зрения. Проблема усугубляется также тем фактом, что часть времени пилот должен выделить на сравнение местности с картой. В этой ситуации объекты, особенно находящиеся в боковом поле зрения, весьма неотчетливы и идентифицируются с трудом, поскольку сливаются в сплошную колеблющуюся массу. Трудности наблюдения могут быть еще большими, поскольку они зависят также от метеорологических условий, рельефа местности и времени суток, в частности от специфического освещения во время захода солнца и при отражении лучей от воды, песка или снега, а также во время тумана. В ночных полетах встречные наземные огни также мешают адаптации глаз и затрудняют наблюдение местности.
Дополнительную помеху в полетах на малых высотах создает повышенная температура в кабине-пилот потеет, пот стекает у него со лба на глаза, запотевает также остекление кабины, что вместе с загрязнением ветрового стекла налипающими насекомыми существенно ухудшает видимость.
Сказанное приводит к выводу, что область работ, связанных с преодолением психологического барьера, должна охватывать множество явлений, сопутствующих полетам на малых высотах с большими скоростями. Благодаря работам, проведенным в 60-70-х годах, удалось ввести такие технические усовершенствования, которые, с точки зрения экипажа самолета, свели проблему психологического барьера к уровню обычных явлений любого полета.
Помимо усиления конструкции планера, разработан и используется (обычно с учетом требований преодоления и иных барьеров, а также требований, определяемых назначением самолета) ряд технических средств, среди которых:
– система автопилота, связанная с бортовой ЭВМ, а также с высотомером и радиолокатором для обнаружения преград по курсу; такая система, разработанная на основе последних достижений технологии микроволновых элементов, отличается высокой точностью и большой разрешающей способностью, что обеспечивает автоматическую прецизионную корректировку траектории полета. Бортовое оборудование, разработанное во второй половине 60-х годов, позволило уменьшить значение «малой высоты» до 150-100 м, а в 70-х годах-даже до ~ 30 м;
– модернизированное приборное оборудование кабины (особо следует отметить высвечивание показаний некоторых приборов на телевизионных дисплеях и индикаторе на лобовом стекле с помощью систем отображения информации, а также размещение важнейшей информации о состоянии самолета и условиях полета на линии зрения пилота, что значительно уменьшило время реакции на внешние возмущения и освободило от обременительного разделения времени на внешнее и внутреннее наблюдение; значительное сокращение с той же целью числа приборов в кабине, например с 48 в F-4 до 30 в F-15), а также введение экипажа из двух человек;
– встроенное адаптивное управление, немедленно и автоматически реагирующее на возникающие случайные изменения траектории полета самолета (в иных случаях применена система демпфирования вибраций носовой части фюзеляжа с помощью дополнительных управляющих поверхностей); применение такого рода систем существенно уменьшает знакопеременные нагрузки и, как следствие, повышает живучесть самолета и комфорт полета, избавляет пилота от необходимости беспрерывного реагирования на изменения характеристик полета и позволяет ему сконцентрировать внимание на выполняемом задании.
При анализе проблем, связанных с полетами на малых высотах, необходимо помнить, что чувствительность самолета к воздействию турбулентности атмосферы зависит от его динамических характеристик, поскольку частота флюктуаций перегрузок пропорциональна скорости полета, а амплитуда прямо пропорциональна коэффициенту подъемной силы крыла в функции угла атаки и обратно пропорциональна удельной нагрузке на крыло. Следовательно, каждому типу самолета свойствен особый, зависящий от его конструкции вид «восприимчивости» к атмосферным возмущениям.
