VÝVOJ METODIKY PRO DODATEČNÉ VYUŽITÍ DEZORIENTAČNÍHO DEMONSTRÁTORU A LETOVÉHO SIMULÁTORU GYRO IPT II V RÁMCI ZÁKLADNÍHO PILOTNÍHO VÝCVIKU

Transkript

1 VÝVOJ METODIKY PRO DODATEČNÉ VYUŽITÍ DEZORIENTAČNÍHO DEMONSTRÁTORU A LETOVÉHO SIMULÁTORU GYRO IPT II V RÁMCI ZÁKLADNÍHO PILOTNÍHO VÝCVIKU doc. Ing. Vladimír Smrž, Ph.D. 1

2 ANOTACE Letové iluze patří ke skutečným hrozbám pro bezpečnost letu. Zdroj letových iluzí je především ve fyziologii lidského orgánu pro prostorovou orientaci, který evolučně nebyl dimenzován pro takové aktivity, jako je např. létání. Některé nezvládnuté letové iluze mohou vést k prostorové dezorientaci pilota, která může mít za následek leteckou nehodu. Tuto zkušenost je třeba předat zejména novým pilotům, a pokud je to možné, realizovat demonstrace vlivu letových iluzí již v rámci základního pilotního výcviku. Tato možnost existuje v českém letectvu od roku 2004, kdy je v Ústavu leteckého zdravotnictví v Praze v provozu dezorientační demonstrátor a letový simulátor doc. Ing. Vladimír Smrž, Ph.D. 2

3 Vestibulární orgán člověka doc. Ing. Vladimír Smrž, Ph.D. 3

4 DEFINICE Prostorová orientace (SO - Spatial orientation) Je povědomost pilota o poloze a pohybu letadla v prostoru na základě podnětů ze zrakového, rovnovážného, somatosenzorického a sluchového systému po zpracování informací mozkem. Je důležitou součástí situačního povědomí. Situační povědomí (SA Situational Awareness) Je konstantní povědomí a přesná vnímavost všech faktorů a podmínek, které ovlivňují letadlo, pilota a samotný let v dynamice letového prostředí, včetně stálého a přesného vědomí času, místa a pohybu. Výsledkem správného situačního povědomí je korektní zhodnocení toho, co probíhalo v minulosti, co se děje právě teď, a schopnost předvídat, co bude bezprostředně následovat. doc. Ing. Vladimír Smrž, Ph.D. 4

5 DEFINICE Nežádoucím stavem v letectví je ztráta situačního povědomí (LSA - Loss of Situational Awareness). Do této oblasti patří prostorové dezorientace (SD - Spatial Disorientation), a také dezorientace v taktice, navigaci, komunikaci, meteorologii nebo v možnostech letadla Podle průběhu jsou rozeznávány tři typy SD, které pilot pociťuje (1): Typ 1 Nerozpoznaná SD Pilot nepociťuje žádný rozpor a řídí se nesprávnou informací až do fatální letecké nehody. Typ 2 Rozpoznaná (a tím i řešitelná) SD Pilot pociťuje některé příznaky, nevěří přístrojům, má iluze, závrať apod. Typ 3 rozpoznaná, ale nepřekonatelná SD Pilot ji pociťuje, ale není schopen překonat fyziologické reakce a řídit letadlo, bránit se a zachránit (např. nystagmus nebo giant hand phenomenon). doc. Ing. Vladimír Smrž, Ph.D. 5

6 TEORIE Jev známý jako "prostorová dezorientace za letu", může být vyvolán několika jednoduchými fyzikálními faktory. Mnoho pilotů selhává při pokusech věnovat dostatečnou pozornost nebo úspěšně rozpoznat všechny vizuální podněty, které jsou aktuálně přítomny. Někteří piloti mají tendenci spoléhat se příliš silně na vestibulární aparát a proprioceptivní vnímání přestože platné letové přístrojové hodnoty jsou k dispozici. Jiní piloti jsou zase příliš pomalí, nebo selžou tehdy, když je třeba včas rozpoznat vysazení některého z přístrojů důležitých pro prostorovou orientaci. V důsledku výše uvedeného nanejvýš vhodné, aby byly již do základního pilotního výcviku zařazeny ukázky vlivu letových iluzí pomocí speciálně konstruovaných dezorientačních letových simulátorů jako nezbytné preventivní opatření pro snižování leteckých nehod v důsledku ztráty prostorové dezorientace způsobené letovou iluzí. doc. Ing. Vladimír Smrž, Ph.D. 6

7 Aktuální stav demonstrace letových iluzí v ČR Aktivní vojenští piloti absolvují demonstraci letové iluze alespoň každých 5 let (na základě příslušného NATOstandardu). Noví vojenští piloti absolvují demonstraci letové iluze před začátkem jejich praktického letového výcviku. Pro tento účel se používají výrobcem simulátoru předdefinované ukázky vybraných letových iluzí (letových profilů), jejichž průběh je obtížné měnit a hlavně tyto iluze nejsou implementovány do žádného komplexnějšího letového úkolu (jedná se skutečně o ukázky jednotlivých samostatných iluzí). Pouhá ukázka definované iluze zcela jistě nemá takový efekt, jako komplexní letová úloha, kde by letová iluze přišla pokud možno nečekaně. doc. Ing. Vladimír Smrž, Ph.D. 7

8 Pokročilý přístup k demonstraci vlivu letových iluzí V rámci hledání účinnějšího způsobu demonstrace iluzí se pracovníci Katedry letectva a letecké techniky Univerzity obrany v Brně ve spolupráci s pracovníky příslušného oddělení Ústavu leteckého zdravotnictví v Praze rozhodli k provedení experimentálního výzkumu. Cílem tohoto výzkumu je navrhnout Metodiku pro dodatečné využití dezorientačního demonstrátoru a letového simulátoru GYRO IPT II v rámci základního leteckého výcviku vojenského pilotů v České republice. Obsahem metodiky bude především dodatečné využití simulátoru GYRO IPT II tak, aby demonstrace letové iluze byly blíže ke skutečným letovým podmínkám, za kterých vznikají, tedy především neočekávaně. doc. Ing. Vladimír Smrž, Ph.D. 8

9 Aktivity v rámci výzkumu Seznámit se s možnostmi pro tvorbu letových profilů pomocí firemního SW simulátoru Vytvořit nové profily pro demonstrací iluzí implementované do komplexní letové úlohy, včetně výběru vhodného typu iluze. Vyzkoušet nové profily na vzorku začínajících vojenských pilotů (studentů) v rámci výzkumných experimentů. Vyhodnotit data z experimentů a zpětnou vazbu od pilotů pro úpravu letových profilů. Na základě vyhodnocení vytvořit návrh zmíněné metodiky. doc. Ing. Vladimír Smrž, Ph.D. 9

10 Dezorientační simulátor GYRO IPT II - popis Simulátor GYRO IPT II je interaktivní, flexibilní, multifunkční výcvikový systém k pokrývání výcvikových potřeb všech druhů pilotů, od začátečníka po profesionála. Skládá se z pilotní kabiny pro jednoho pilota, která je namontována na sofistikovanou pohyblivou základnu. Kabina a SW vybavení jsou konfigurovány tak, aby mohly demonstrovat letové vlastnosti a přístrojové desky různých typů letounů (od cvičného letounu, přes vrtulník až po proudový stíhací letoun). Kabina obsahuje pilotní sedadlo s poutacím systémem, interaktivní zpětnovazební systém řízení, vizualizační systém, přístrojový panel a realistické ozvučení. doc. Ing. Vladimír Smrž, Ph.D. 10

11 Dezorientační simulátor GYRO IPT II - Popis Unikátní pohyblivá základna se 6 stupni volnosti (4 + 2) umožňuje demonstrovat sklon, náklon, zatáčení a zdvih kabiny, dále pak kombinace zdvih/klopení + zdvih/klonění. Celý systém simulátoru je řízen z pracoviště instruktora, který je umístěno v blízkosti simulátoru a je s ním elektricky a signálově propojeno. Pracoviště instruktora je vybaveno veškerým potřebným zařízením, jako jsou např. počítače, monitory, alternativní řídící konzola, záznamové a komunikační vybavení pro řízení a monitorování všech provozních stavů a módů simulátoru. doc. Ing. Vladimír Smrž, Ph.D. 11

12 GYRO IPT II - Popis GYRO IPT II celkový pohled na pracoviště simulátoru doc. Ing. Vladimír Smrž, Ph.D. 12

13 GYRO IPT II - Popis GYRO IPT II foto kabiny s pohyblivou základnou doc. Ing. Vladimír Smrž, Ph.D. 13

14 GYRO IPT II - Popis GYRO IPT II schéma kabiny doc. Ing. Vladimír Smrž, Ph.D. 14

15 GYRO IPT II - Popis GYRO IPT II Pohled do kabiny s palubní deskou Z 142 AFS doc. Ing. Vladimír Smrž, Ph.D. 15

16 GYRO IPT II Provozní módy Letový mód - slouží k měření a navigační výcvik, výcvik pilotů měny, přechodu cvičných letadel, výcvik selhání identifikace / využití, a nouzové postupy školení. Profilový mód - slouží k provádění plně interaktivní, realistické letové iluze vyvinuté speciálně pro výcvik prostorové dezorientace, lékařského výzkumu nebo nácviku obnovy prostorové orientace. Záznamový mód - slouží k přehrání záznamu již provedených letů s cílem usnadnit výcvik skupinové slétanosti, demonstrovat konkrétní manévr, nebo uvést pilota do nezvyklé polohy, kterou zažil během předchozího letu. Manuální mód - používá se pro údržbu, kalibraci a případné desenzibilizaci vůči zdravotním potížím způsobeným podrážděním vestibulárního aparátu (kinetóza) doc. Ing. Vladimír Smrž, Ph.D. 16

17 GYRO IPT II Možné typy iluzí pro demonstraci TYP ILUZE Iluze výtahu Falešný horizont (Den) Falešný horizont (Noc) Závrať z blikajícího zdroje Smrtící rotace (vývrtka) Smrtící spirála Efekt náklonu POPIS Falešné vnímání vertikálního pohybu způsobený např. při rychlém přerušení vertikálního pohybu (stoupání) nebo při vlivu turbulence Iluze falešného přirozeného horizontu způsobená šikmou horní základnou oblačnosti, reflex světla nebo tvarem terénu (pobřeží) Falešné vnímání polohy letounu vůči skutečnému horizontu v noci způsobeném špatným vyhodnocením polohy pozemních světel nebo linie oblačnosti Falešný pocit pohybu způsobený vnímáním blikajícího zdroje světla např. v důsledku otáčení rotorových listů Falešný pocit úhlového zrychlení v opačném směru po vybrání déletrvajícího rotačního pohybu (např. vývrtky) Falešný pocit úhlového zrychlení v opačném směru po vybrání déletrvající (vědomé) spirály Tendence k vyrovnání domnělého náklonu pro udržení rovnováhy která nastane, když tělo změní déle trvající polohu, nebo falešný pocit náklonu (úhlový posun) po podprahovém klonění doc. Ing. Vladimír Smrž, Ph.D. 17

18 GYRO IPT II Možné typy iluzí pro demonstraci Nystagmus Opakovaný kompenzační reflexní pohyb očí způsobený neustálou úhlovou stimulací polokruhových kanálků Oculogyral Iluze šířky RWY Iluze sklonu RWY Somatogravic Somatogyral Falešný vnímání pohybu jiného objektu (vizuální element somatogyrální iluze) Falešné vnímání vzdálenosti a úhlu profilu přiblížení pokud se šířka dráhy významně odlišuje od toho, naco je pilot zvyklý Falešné vnímání výšky nad terénem souvisejícím se sklonem dráhy, které se významně odlišuje od běžného stavu (většina RWY má nepatrný sklon) Pro letouny s pevným křídlem vytváří falešný vjem zvyšování úhlu sklonu ve stoupání v důsledku akcelerace letounu během vzletu v noci nebo v podmínkách omezené viditelnosti. Pro letouny s rotujícími nosnými plochami představuje falešný vjem úhlu sklonu v důsledku ovlivnění lidského otolitického orgánu při akceleraci nebo deceleraci. Falešný pocit vlastní rotace v důsledku neschopnosti polokruhových kanálků trvale registrovat rovnoměrný pohyb. Demonstruje, jak úhlová zrychlení mohou vést k falešnému pocitu rotace letounu, které může vyústit v nevědomé uvedení letounu do nebezpečného náklonu nebo klesavé spirály doc. Ing. Vladimír Smrž, Ph.D. 18

19 Vývoj metodiky pro dodatečné využití dezorientačního a letového simulátoru GYRO IPT II v rámci základního pilotního výcviku Jednou z hlavních částí vývoje metodiky je provedení experimentů pro testování nově vytvořených komplexních letových cvičení na zkušebním vzorku vojenských pilotů v počátečních fázích pilotního výcviku. Zkušební vzorek se skládá především ze studentů studijního oboru Vojenský pilot na Univerzitě obrany v Brně. doc. Ing. Vladimír Smrž, Ph.D. 19

20 Vývoj metodiky pro dodatečné využití GYRO IPT II Obsah experimentů: Vymezení použitých standardů Příprava testovaného vzorku studentů Příprava realizačního týmu Provedení experimentů Vyhodnocení experimentů doc. Ing. Vladimír Smrž, Ph.D. 20

21 Vymezení použitých standardů experimentu generický model letounu Zlin Z-142 AFS o letový model tohoto letounu a přístrojový panel je v simulátoru k dispozici o tento letoun se používá pro základní pilotní výcvik vojenských pilotů v ČR o letoun má základní letové a navigační vybavení pro lety podle přístrojů standardní postupy pro lety podle přístrojů podle ICAO Doc 8168 kvůli potřebě využití létání podle přístrojů pro demonstraci iluzí, přístrojové mapy společnosti Jeppessen o dobrá čitelnost a pochopitelnost i pro piloty málo zkušené v létání IFR o komplexnost informací o snadná dostupnost (aktuální mapy nejsou potřeba) nezbytné zkušenosti testovaného vzorku studentů o min. 50 LH na typu Z 142 AFS o min. 10 SH základů přístrojového létání a radionavigace (vhodný simulátor) doc. Ing. Vladimír Smrž, Ph.D. 21

22 Příprava testovaného vzorku studentů seznámení se s koncepcí a konstrukcí simulátoru seznámení se s použitým letištěm a jeho standardními přístrojovými mapami nácvik jednoduchých letových úloh pro seznámení se s vlastnostmi simulátoru (odlišnostmi od reálného letounu) nácvik letových úloh podle přístrojů (režimové létání) nácvik letových úloh s radionavigačními postupy (NDB, VOR, vyčkávací obrazec,...) nácvik letových úloh se standardním přístrojovým přiblížením (NDB/VOR /ILS) nácvik komplexních letových úloh (létání podle přístrojů + radionavigační postupy + standardní přístrojové přiblížení) doc. Ing. Vladimír Smrž, Ph.D. 22

23 Příprava realizačního týmu Seznámení se s nastavováním režimů simulátoru (ve spolupráci s techniky ÚLZ) o provozní módy o nastavení podmínek demonstrace iluze o výběr vhodného typu iluze pro experimenty (Somatogyral a Coriolis), Příprava různých druhů profilů s implementovanými iluzemi v různých fázích letu o noční letištní okruh o standardní přístrojové přiblížení o komplexní letové úlohy doc. Ing. Vladimír Smrž, Ph.D. 23

24 Příprava experimentu definování skupiny studentů organizace experimentálních dnů doplňkový výcvik testovaných studentů na simulátorech pracoviště (prohloubení dovedností pro přístrojové létání) Provedení experimentů provedení stanovených typů letových úloh s celým vzorkem testovaných studentů zaznamenání letových trajektorií (záznamy z plotru + digitální záznam) vyplnění dotazníků vzorkem studentů pro zpětnou vazbu doc. Ing. Vladimír Smrž, Ph.D. 24

25 Vyhodnocení experimentů Stanovení standardních letových trajektorií na základě naměřených dat (v horizontální i vertikální rovině) Porovnání standardních trajektorií s reálně letěnými trajektoriemi pro vyhodnocení odchylek (především v důsledku vlivu iluze) Vyhodnocení dotazníků doc. Ing. Vladimír Smrž, Ph.D. 25

26 Závěry z první série experimentů Software simulátoru GYRO IPT II umožňuje vytvářet potřebné komplexní letové úlohy s implementovanými iluzemi Je možné provádět komplexní letové úlohy připravené na základě standardních přístrojových trajektorií pro zvolené letiště s vloženými demonstracemi iluzí na základě předem definovaných podmínek Je možné spustit a opakovat vytvořené komplexní letové úlohy s minimálním vlivem subjektivních faktorů (např. potřeby povelů od instruktora) Je možné posoudit odchylky od standardních letových trajektorií vlivem prostorové dezorientace v důsledku iluzí o na základě vyhodnocení zákresu plotru (více subjektivní) o na základě vyhodnocení zaznamenaných digitálních dat (více objektivní) doc. Ing. Vladimír Smrž, Ph.D. 26

27 Ukázky z první série experimentů doc. Ing. Vladimír Smrž, Ph.D. 27