НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

Перед современной Россией стоит важная задача восстановления отечественного пассажирского самолетостроения в самые кратчайшие сроки. Данная работа посвящена оценке возможности, связанной с созданием самолетов регионального назначения, имеющих огромное значение не только для нашей страны. Использование опыта проектирования и эксплуатации является важным звеном в цепи создания любого нового самолета. Важная роль в этом процессе принадлежит глубокой модернизации базовой модели самолета. В работе рассматривается концептуальная оценка эффективности модернизации уже существующих самолетов, которая в данном случае связана, в частности, с переходом на композитные крылья, которые обеспечивают благодаря большей жесткости возможность увеличения удлинения и, как следствие, снижение аэродинамического сопротивления. Как правило, модернизация старых самолетов обязательно затрагивает применение более современных двигателей, обладающих более совершенными характеристиками, в том числе и лучшей топливной эффективностью. Исследование проводилось с использованием анализа чувствительности взлетной массы к проектным изменениям, которая хорошо себя зарекомендовала для различных типов летательных аппаратов. В качестве конкретного примера анализируется проектный вариант, формируемый на основе регионального самолета Як-40 с ориентацией на выполненные экспериментальные работы, проведенные в СибНИА в период 2012–2019 гг. Результаты большой экспериментальной работы, полученные специалистами СибНИА, рассматриваются в данном исследовании как хорошая база для проверки работоспособности и точности метода анализа чувствительности. Полученные характеристики в модифицированном варианте Як-40 по дальности хорошо согласуются с результатами указанных практических работ. Отмечается, что модифицированный Як-40 с дальностью порядка 4000 км может успешно использоваться не только как региональный, но и как самолет бизнес-класса. По своим техническим характеристикам рассматриваемый самолет не будет уступать известным самолетам-аналогам. В статье ставится вопрос о необходимости создания для подобного класса самолетов нового российского двигателя. При этом можно рассматривать силовую установку с запасом по тяге, поскольку избыток внутреннего объема пассажирского салона может быть использован для увеличения пассажировместимости.

   Последствиями чрезвычайных ситуаций (ЧС) в авиации являются значительные человеческие потери и внушительный материальный ущерб. Обеспечение безопасности объектов транспортной инфраструктуры является важнейшей стратегической задачей как для государства, так и для организаций-эксплуатантов. Статистика авиапроисшествий показывает, что за период с 1950 по 2019 г. произошло 614 случаев (57 % от общего числа) по причине человеческого фактора (от действий злоумышленников до ошибок пилотирования), что актуализирует проблему человеческого фактора при эксплуатации и обеспечении безопасности авиационного транспорта. По данным ИКАО, за период 2019–2021 гг. произошло 210 происшествий, погиб 641 человек. Задачей сотрудников службы авиационной безопасности (САБ) является надлежащее выполнение обязанностей по обеспечению безопасности, предотвращению нештатных и чрезвычайных ситуаций. Возложенные обязанности накладывают на сотрудников САБ особую ответственность и предопределяют их соответствие заданным критериям. Кадровая работа, проводимая кадровыми подразделениями авиапредприятий, направлена на отбор наиболее соответствующих должности претендентов. В статье рассматривается проблема отбора кандидатов как задача многокритериальной оценки и выбора, где элементами выступают критерии (качества) кандидата, а их взвешенные оценки заданы экспертами. Рассмотрены существующие методы отбора кадров в САБ и проблема выбора наиболее сбалансированных по своим личностным, квалификационным и другим требованиям кандидатов. Предложен способ отбора кадров в САБ методом порогового агрегирования некомпенсаторного характера, который обладает значительными преимуществами перед распространенными методами отбора с помощью суммирования баллов и вычислением среднего арифметического значения. Результаты исследования подтверждаются практическим проведенным кадровым отбором кандидатов на два авиапредприятия, в результате которого группа инспекторов САБ, отобранная с помощью метода порогового агрегирования, в большем числе успешнее прошла испытательный срок, чем группа, отобранная с применением суммирования баллов критериев. Приведенные в статье результаты позволяют рассматривать метод порогового агрегирования кандидатов в САБ авиапредприятия как перспективный способ кадрового отбора, целью которого является повышение качества обеспечения безопасности авиатранспорта, что позволит снизить риски возникновения авиационных происшествий, сохранить человеческие жизни и предотвратить значительный материальный ущерб.

Современный уровень развития техники и технологий позволяет существенно улучшить возможности бортового оборудования, это же касается и систем резервного электропитания, в которых перспективным представляется применение литийионных аккумуляторных батарей, которые при наличии существенных преимуществ обладают рядом недостатков, которые необходимо учитывать при их использовании. В первую очередь это тепловой разгон, обусловленный внутренними физико-химическими процессами и неправильной эксплуатацией. Для предотвращения теплового разгона предлагается использовать цифровой двойник, основой которого является математическая модель тепловых процессов литийионного аккумулятора, полученная методом математического прототипирования энергетических процессов. Для численной реализации метода математического прототипирования предложено использовать модифицированный метод конечных объемов с реализацией процедуры деления до получения требуемой точности модели. В представленной статье рассматривается процедура формирования уравнений теплопроводности при моделировании динамического распределения теплового поля в литийионном аккумуляторе в трехмерной постановке задачи. Эта процедура необходима при реализации модифицированного метода конечных элементов с помощью метода математического прототипирования энергетических процессов, который предполагает деление конечных объемов для достижения требуемой точности расчетов. Особенностью процедуры деления является изменение объемов, площадей соприкосновения взаимодействующих элементов, изменение элементов, которые являются источниками тепла. В цикле моделирования необходимо заново формировать систему дифференциальных уравнений с учетом тех изменений, которые произошли после деления. Для наглядности в статье рассматриваются процедуры деления объемов на две равные части по одной из координат, также для получения модели рассматривается декартова система координат. Предложенная процедура формирования системы дифференциальных уравнений реализована в среде Python, результаты моделирования показали адекватность модели и работоспособность предлагаемого метода.

Технологии обработки естественного языка (natural language processing – NLP) в одном из своих применений обеспечивают эффективное исследование закономерностей и тенденций в больших наборах текстовых данных. Текстовые данные по безопасности полетов, представленные в виде отчетов по расследованию авиационных происшествий, являются перспективным объектом для извлечения новой полезной информации, которую можно использовать как при управлении безопасностью полетов, так и в рамках тренажерной подготовки. В данной работе рассматриваются вопросы применения технологий NLP для исследования корпуса отчетов по безопасности полетов ПАО «Аэрофлот – российские авиалинии». Целью исследования является разработка метода выявления актуальных тем тренажерной подготовки пилотов. Представлен анализ существующих зарубежных исследований в области интеллектуального анализа текстовой информации в гражданской авиации. Выявлено, что за рубежом активно применяют технологии NLP для изучения отчетов по безопасности полетов. В статье представлена схема метода выявления актуальных тем тренажерной подготовки пилотов, основанного на кластеризации отчетов по безопасности полетов. Описаны процедуры предварительной обработки текста и построение его векторного пространства. Научной новизной подхода является то, что в отличие от предыдущих работ предлагается использовать полное векторное представление отчетов по безопасности полетов, которое строится объединением матриц тематических и семантических векторов. Проведена апробация предложенного метода. Анализируемый корпус текстов составил 1080 отчетов. В результате применения алгоритма кластеризации были идентифицированы 36 кластеров, которые затем были визуализированы с помощью алгоритма t-распределенного стохастического эмбеддинга соседей (t-distributed Stochastic Neighbor Embedding – t-SNE). Практическая значимость результатов исследования заключается в том, что подход, основанный на кластеризации отчетов, позволит проводить более глубокий анализ отчетов по безопасности полетов, что может упростить и ускорить работу как специалистов по управлению безопасностью полетов, так и инструкторов по тренажерной подготовке пилотов.

  При эксплуатации одновинтовых вертолетов нередко возникают авиационные происшествия, заключающиеся в возникновении непреднамеренного разворота или даже вращения по рысканию, заканчивающегося, как правило, столкновением с землей. Многочисленные исследователи этой проблемы считают одной из ее возможных причин потерю эффективности рулевого винта вертолета вследствие ветровых воздействий. В иностранной литературе имеется даже специальный термин – Loss of Tail Rotor Effectiveness (LTE). В связи с этим в настоящей работе сделана попытка определения возможности возникновения непреднамеренного вращения одновинтовых вертолетов по рысканию из-за ветровых воздействий (влияние несущего винта на рулевой винт в данной работе не учитывалось). Для решения этой задачи использовались теоретические методы (аналитические расчеты и вычислительные эксперименты). Для проведения аналитических расчетов и вычислительных экспериментов была создана математическая модель динамики вращения вертолета Ми-8МТВ по рысканию, на основе которой был создан программный комплекс, состоящий из модуля LTE (для моделирования динамики вращательного движения вертолета по рысканию) и OGL (для визуализации движения вертолета). Аналитические расчеты показали, что величина углового ускорения рыскания, наблюдаемая в полете при непреднамеренном вращении, может быть достигнута вследствие падения тяги рулевого винта на режиме вихревого кольца. Но для развития непреднамеренного вращения до углов и угловых скоростей, зафиксированных в реальных полетах, необходимо, чтобы такое падение тяги рулевого винта имело место в течение всего разворота. При вычислительных экспериментах с помощью вышеупомянутого программного комплекса не удалось создать условия для такого падения тяги в течение всего разворота и, соответственно, не удалось достичь тех углов и угловых скоростей рыскания, которые возникали в полетах. Рулевой винт при обдувке ветром в исследуемом диапазоне скоростей ветра (от 1 до 20 м/с) не теряет своей эффективности до такой степени, что с его помощью нельзя остановить непреднамеренное вращение.

    В 2023 г. лидирующая авиакосмическая корпорация США Lockheed Martin объявила о разработке сразу нескольких основанных на технологиях расширенной/дополненной реальности (extended/augmented reality, XR/AR) тренажеров для пилотов TF-50, F-16, F-22 и F-35, отнюдь не являясь пионером в этом направлении – в 2022 г. аналогичные проекты запустили Boeing и ведущий британский производитель авиационной техники BAE Systems. В январе 2024 г. ВВС США инвестировали средства в разработку пилотских AR-симуляторов на основе смарт-очков дополненной реальности Microsoft Hololens, и тогда же компания Apple начала массовые продажи AR-гарнитуры Apple Vision Pro – трудно сомневаться в том, что в 2024 г. появится ряд новых авиатренажеров с применением этого устройства. Стремительное развитие нового поколения авиакосмической тренажерной техники – XR/AR-тренажеров – сопровождается бумом исследовательской активности в области визуальной когерентности (visual coherency, VC) сцен дополненной реальности: виртуальные объекты в этих сценах должны быть неотличимы от реальных. Именно VC обеспечивает новые возможности AR-тренажеров, принципиально отличающие их от ставших стандартными авиатренажеров с виртуальной реальностью. В последнее время VC все чаще обеспечивается нейросетевыми методами, при этом наиболее важными аспектами VC являются условия освещенности, поэтому основная доля исследований посвящена переносу этих условий (расположение источников света и их цветовой тон) из реального мира в виртуальный, но большинство известных подходов характеризуется неуниверсальностью и необходимостью выполнения ручных процедур. Данных недостатков не имеет основанный на двумерных спектральных преобразованиях изображений метод спектральной трансплантации, требующий, однако, определения размера трансплантируемой от реальной картины мира к виртуальному объекту части спектра. Настоящая статья посвящена разработке нейросетевой модели для механизма выбора оптимального размера спектрального трансплантата.

С каждым годом возрастает интенсивность воздушного движения между странами и внутри отдельных стран. Как правило, воздушные трассы для полетов проходят по одним и тем же маршрутам. В результате этого образуются так называемые дороги в небе. А где дороги, там со временем появляются ухабы. В данном случае в виде воздушных ям, восходящих и нисходящих потоков и повышенной турбулентности. Важную роль в обеспечении безопасности полетов воздушных судов по маршрутам оказывает продольное и вертикальное эшелонирование. В настоящее время принят ряд регламентирующих документов, определяющих безопасные дистанции на эшелоне. Так, при наличии турбулентности в вихревом следе продольное эшелонирование основывается на разбивке типов воздушных судов на три категории в соответствии с максимальной сертифицированной взлетной массой. А с ноября 2011 г. в России внедрен западный стандарт вертикального эшелонирования RVSM (Reduced Vertical Separation Minimum). Вертикальное эшелонирование – это расстояние между вертикальными эшелонами полета воздушных судов по маршруту. Ранее это расстояние составляло 600 м (2 000 футов), но в связи с ростом интенсивности воздушного движения было принято решение уменьшить вертикальное эшелонирование до 300 м (1 000 футов). Таким образом, на самом распространенном эшелоне полетов воздушных судов вертикальное эшелонирование составляет 300 м. Возникает вопрос, а обеспечивает ли это расстояние безопасность воздушных перевозок? Дело в том, что высота эшелона совсем необязательно совпадает с реальной высотой полета воздушного судна. Высотомеры в самолетах – по сути калибруемые барометры, то есть высоту они вычисляют по разнице давления на земле и в воздухе. Для вычисления истинной высоты потребовалось бы постоянно вносить в высотомеры данные об атмосферном давлении в каждой точке маршрута и учитывать высоту этих точек над уровнем моря. Поэтому принято пользоваться стандартным давлением. Если на всех воздушных судах будет установлено одинаковое значение давления на альтиметре, то и показания высоты на приборе в заданной точке воздушного пространства будут одинаковыми. Поэтому с определенного момента при наборе высоты (высота перехода) и до определенного момента при снижении (эшелон перехода) высота воздушного судна рассчитывается по стандартному давлению. Значение стандартного давления (QNE) одинаково во всем мире и составляет 760 мм рт. ст. (1013,2 гектопаскаля). Таким образом, полет по маршруту контролируется по альтиметру, барометрическому высотомеру, который входит в пилотажно-навигационный комплекс. Анализ точности работы этого прибора показывает, что при резком перепаде атмосферного давления показания альтиметра могут отличаться от истинного показания на ±100 м. Известно, что за летящим самолетом образуется вихревой след. Со временем вихревой след опускается вниз и может оказаться на другом эшелоне. Может ли это стать причиной воздушных ям на эшелоне? Для ответа на поставленный вопрос в качестве объекта исследования был выбран самолет А-380. Это один из самых больших самолетов в мире. Поэтому исследование вихревого следа за А-380 на эшелоне полета как самом опасном с точки зрения воздействия его вихревого следа на другие самолеты позволит понять, насколько безопасны и обоснованны принятые продольное и вертикальное эшелонирование. Для исследования был использован специальный расчетно-программный комплекс, базирующийся на методе дискретных вихрей. Этот комплекс прошел необходимую апробацию и государственную регистрацию. 

Контроллинг рассматривается как универсальное современное направление менеджмента. Он широко распространен в различных областях человеческой деятельности, но в гражданской авиации пока не нашел прямого применения. Между тем любое авиапредприятие подчиняется общим законам управления, следовательно, контроллинг может и должен найти свое место в управлении авиационной организацией. Ввиду особой важности для авиации вопросов управления безопасностью полетов контроллинг как концепция менеджмента, позволяющая контролировать процессы, а не результаты, органично вписывается в процедуры систем управления безопасностью полетов (СУБП) поставщиков авиационных услуг. В частности, разработка и мониторинг показателей эффективности обеспечения безопасности полетов (SPI) может рассматриваться как ключевой элемент оперативного контроллинга. В СУБП процедура работы с SPI, наряду с процедурой управления рисками для безопасности полетов, является важнейшим компонентом всей системы. Для обеспечения эффективности этой процедуры в организации по обслуживанию воздушного движения (ОВД) необходимо разработать сбалансированный общий SPI. Как показал анализ, применяемые в организациях по ОВД показатели ориентированы на учет только инцидентов, причем с одинаковым «весом», и не отражают объективно уровень обеспечения безопасности полетов при ОВД и его динамику. В статье представлен вариант разработки нового сбалансированного показателя, который учитывает и менее значимые отклонения от нормального функционирования системы ОВД, ошибки и нарушения персонала. Показатель разработан на основе экспертного опроса специалистов по ОВД. Мониторинг показателей и их прогнозирование также являются важными задачами оперативного контроллинга. Эти задачи могут решаться различными методами, применимость и сравнительная эффективность некоторых из них обсуждаются в данной статье. Все расчеты выполнены на основе реальных данных одной из крупных организаций по ОВД Российской Федерации.

По оценкам Международной ассоциации воздушного транспорта (IATA), Вьетнам входит в число стран с быстрым развитием гражданской авиации (ГА). Данное развитие является положительным знаком для повышения роли и положения ГА Вьетнама в мировой ГА, но в то же время увеличение полетов воздушных судов (ВС) создает проблемы в области обеспечения безопасности полетов, увеличивает нагрузку на воздушное пространство (ВП) и аэропорты, а также загрязняет окружающую среду. ВП Хошимина – одно из крупнейших и наиболее загруженных в Юго-Восточной Азии. Каждый год тысячи рейсов вылетают, прилетают и пересекают ВП Хошимина. Кроме того, деятельность авиации в ВП Хошимина становится все более сложной (она включает деятельность государственной авиации, ГА и авиации общего назначения), что требует постоянного совершенствования организации воздушного пространства (ОрВП). ОрВП в свою очередь требует определенной гибкости и быстрого реагирования на сложности, возникающие в ВП. Одной из важных составляющих ВП Хошимина является ВП районного диспетчерского центра (РДЦ). В настоящее время структура ВП РДЦ Хошимина, разделенного на шесть секторов, демонстрирует признаки перегруженности, что ведет к увеличению рабочей нагрузки авиадиспетчеров. Поэтому перераспределение ВП РДЦ Хошимина крайне необходимо. В связи с этим авторы статьи рассматривают вопрос разделения ВП РДЦ Хошимина на восемь секторов и предложения, необходимые для его реализации. По мнению авторов, перераспределение ВП будет способствовать повышению качества организации воздушного движения (ОрВД), увеличению пропускной способности (ПС) ВП и снижению рабочей нагрузки авиадиспетчеров.

   Публикацией данной статьи авторы продолжают исследования в части разработки и апробации методики перестроения маршрута воздушного судна в процессе его выполнения, начатые в ранее опубликованных статьях в «Научном Вестнике МГТУ ГА». В данной статье приводятся результаты исследования в части расширения возможностей методики от реконфигурации маршрута полета для гипотетического воздушного судна и препятствий в горизонтальной плоскости, которые были продемонстрированы ранее, до перестроения маршрута полета как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости для двух различных типов препятствий: 1) наземного естественного или искусственного (гора, опора ЛЭП и т. п.); 2) воздушного (грозовой фронт, запретная область полета и т. п.) и их сочетания на примере полета по маршруту вертолета типа Ми-8 с использованием реальной цифровой карты местности. Напомним, что, как было отмечено ранее, большое количество авиационных происшествий связано с потерей управления в полете, а также со столкновением с землей в управляемом полете (категории LOC-I, CFIT, LALT). В результате расследования данных авиационных происшествий выявлено, что зачастую указанные авиационные происшествия обусловлены необходимостью быстрого изменения маршрута полета вследствие выявления на пути следования воздушного судна препятствий, например грозового фронта. При определении альтернативных маршрутов облета возникшего препятствия, а также в процессе реализации выбранного маршрута облета экипаж совершает ошибки ввиду повышенной психофизиологической нагрузки и дефицита времени. Предлагаемая авторами методика и алгоритмы позволяют оценить безопасность исходного маршрута, рассчитать варианты альтернативных маршрутов облета обнаруженных в процессе полета препятствий, проверить их на реализуемость с учетом летно-технических характеристик воздушного судна, ограничений на управляющие параметры, а также выбрать среди найденных маршрутов облета оптимальный с точки зрения какого-либо критерия, например исходя из минимизации увеличения протяженности маршрута полета, сокращения дополнительных затрат топлива, времени, необходимого на реализацию нового маршрута полета и т. д.

    В работе положено начало практическому применению алгоритмов увода летательных аппаратов от трехмерных поверхностей ограничения, представляющих собой комбинацию рельефа местности и искусственных препятствий. Проведен анализ событий, приводящих к авиационным происшествиям, и осуществлено сравнение бортовых систем предварительного уведомления экипажей воздушных судов о столкновении с естественными или искусственными препятствиями. Показано, что такие системы являются недостаточными вследствие своего пассивно-рекомендательного характера выдачи предупреждений. Поставлен вопрос о необходимости реализации активной автоматической системы предотвращения столкновений с пространственными препятствиями. В целях применения имеющихся алгоритмов увода летательных аппаратов от пространственных поверхностей ограничения разработана методика аппроксимации трехмерных поверхностей (препятствий), заданных на цифровой карте местности в виде дискретных отсчетов высоты с определенным шагом на координатной сетке. В качестве аппроксимирующей препятствие непрерывной поверхности второго порядка выбран параболоид вращения, и определены его характеристические параметры. Для определения характеристических параметров параболоида предложены к использованию алгоритм определения пересечения трехмерной поверхности и плоскости, основанный на принципе определения пересечения треугольников в пространстве, а также метод выбора точки перегиба рельефа местности, основанный на определении значения градиента высоты рельефа местности. Приведено построение аппроксимирующего параболоида на примере естественного препятствия в виде горного массива. При синтезе алгоритмов предотвращения столкновения летательных аппаратов с препятствиями отмечена необходимость учета не только параметров поверхностей ограничения и динамических характеристик летательных аппаратов, но и точностных характеристик источников данных об их положении. Показаны перспективные направления применения разработанной методики.

Одним из решающих факторов, влияющих на безопасность и регулярность полетов государственной и гражданской авиации, является метеорологическая обстановка. Для Европейской территории России наиболее характерны опасные метеорологические явления, связанные с кучево-дождевой облачностью: ливень, гроза, град, сопровождающиеся высокой турбулентностью атмосферы. В настоящее время метеорологические радиолокационные станции являются незаменимым источником информации о метеообстановке для воздушного транспорта. Критерии классификации опасных метеоявлений, используемые в современных РЛС, сформированы для каждого явления отдельно и основаны на знаниях лишь о высотном распределении радиолокационной отражаемости и температуры воздуха, несмотря на то, что данные РЛС оценивают ветровые характеристики атмосферы. Показано, что оптимизация критериев классификации указанных метеоявлений должна быть реализована путем обобщения критериев и их построения в соответствии с теорией различения статистических гипотез, а также дополнительным использованием информации о турбулентности атмосферы. На основании анализа радиолокационных сигналов, отраженных от метеоявлений ливень, гроза, град, были получены вероятностные распределения отражаемости и удельной скорости диссипации турбулентной энергии. Проведен статистический анализ плотностей распределения вероятностей для максимального значения отражаемости Zmax, ее зависимости от высоты Н(Zmax), а также максимума удельной скорости диссипации турбулентной энергии EDRmax и величины Н(EDRmax). Для определения структуры алгоритмов классификации и правил принятия решений был выбран критерий классификации, основанный на максимуме функционала правдоподобия. При этом под приемлемой достоверностью принято значение вероятности правильной классификации не ниже 0,8. Для принятого критерия построены пороги принятия решений и вычислены полные матрицы вероятностей классификации. Результаты вычислений показали, что наихудшую информативность при классификации опасных метеоявлений кучево-дождевой облачности имеют признаки H(Zmax), H(EDRmax). Большей разделяющей способностью обладают признаки Zmax, EDRmax, однако и для них достоверность классификации неприемлема. В статье для повышения достоверности классификации было применено совместное использование признаков в виде многомерных плотностей распределения вероятностей информационных параметров. Наилучшие результаты достигаются при использовании трех  и четырех  признаков. В матрицах вероятностей для этих случаев достигнуты максимальные и приемлемые на уровне 0,8 значения вероятностей правильной классификации. Таким образом, в рассматриваемой задаче расширение признакового пространства за счет турбулентности атмосферы является оправданным. Данные результаты будут уточняться при увеличении времени наблюдения и варьироваться для различных климатических зон. В общем случае пороги принятия решений при классификации опасных метеоявлений кучево-дождевой облачности должны быть адаптивными.