История из первых рук: эволюция кабины экипажа реактивного транспортного самолета с экипажем из 2 человек

Предисловие: Мы (Дельмар Фадден и Питер Мортон, Ричард У. Тейлор и Том Линдберг) работали в Boeing, когда впервые заговорили об идее электронной кабины для двух человек для коммерческого транспорта. Индивидуально и коллективно мы принимали непосредственное участие в ранних дискуссиях, ведущих к проекту, и на различных стадиях проектирования, разработки и тестирования проекта. Ниже приведены наши воспоминания о том, как возникла эта важная разработка в истории авиации, и о том пути, по которому мы шли, чтобы воплотить в жизнь инновационную электронную кабину для 2 человек.

Ранняя история — 1920 г. благодаря внедрению реактивных транспортных средств:

Численность экипажа первых транспортных самолетов во многом определялась предназначением самолета и функциональностью установленного на нем оборудования. В то время как двух пилотов могло быть достаточно для небольших самолетов с одним или двумя двигателями, выполняющих короткие миссии над землей; более длительные миссии обычно включали больше двигателей, астрономическую навигацию и неустойчивую радиосвязь. Для этих самолетов нормой был экипаж из пяти человек: два пилота, бортинженер, штурман и радист.

Оборудование на этих самолетах часто проектировалось для конкретной задачи самолета и в целом отражало конкретные потребности и предпочтения первоначального покупателя самолета. Было разработано множество различных схем и механизмов размещения экипажа. Опыт авиакомпаний и пилотов одного типа самолетов сыграл важную роль в формировании требований и ожиданий в отношении следующего типа самолетов. Стабильность типов операций, на которых специализировалась каждая авиакомпания, и стабильность занятости авиакомпаний, как правило, делали эти требования специфичными для каждой авиакомпании. Однако бизнес по проектированию и производству самолетов был далеко не стабильным; достижения в области аэродинамики и двигателей происходили быстрыми темпами.

Системы и приборы в этот период были реализованы с использованием аналоговых электромеханических или чисто механических конструкций. Каждому счетчику, манометру, индикатору и отсчету требовалось свое место. Большинство электрических элементов управления в ту эпоху были построены на переключателях и реле. В целом функции оставались довольно простыми, поскольку каждое дополнительное реле или переключатель снижало надежность системы. Быстрое развитие коммерческого радио привело к значительному улучшению радиосвязи для авиации как на земле, так и в воздухе. Настолько, что радисты стали ненужными, по крайней мере, для полетов над населенными пунктами.

Инженерная панель Clipper на Боинге 314 (любезно предоставлено компанией Boeing)

Кабина экипажа Boeing 314 (любезно предоставлена ​​компанией Boeing)

Инженерная панель Boeing Stratocruiser (любезно предоставлена ​​компанией Boeing)

После Второй мировой войны новое понимание автоматического управления, разработанное во время войны, было применено к коммерческим самолетам. Технология миниатюрных электронных ламп позволила автоматизировать множество рутинных функций; хотя соображения надежности ограничивают такие приложения теми, которые имеют наибольшую ценность. Сразу после появления первых коммерческих реактивных транспортных средств в середине 1950-х годов в твердотельной электронике началась тенденция к миниатюризации и повышению надежности. Но реальный прирост возможностей, производительности и надежности должен был отложиться до разработки сложных интегральных схем, в частности микропроцессора, в середине 1970-х годов.

До войны радионавигация ограничивалась радиодиапазонами, а затем и оборудованием для автоматического пеленгования (ADF). Эти системы упрощали навигацию по суше, но имели значительные ограничения. Развертывание системы всенаправленного УКВ-радиомаяка (VOR) в 1950-х годах устранило необходимость в навигаторах для полетов над землей. Во время и после войны система дальней помощи в навигации (LORAN) улучшила навигацию над водой, но рабочие процедуры для LORAN были сложными и отнимали много времени. Требование к штурману на межконтинентальных рейсах сохранялось до появления бортовой инерциальной навигационной системы (ИНС) в конце 1960-х годов.

Коммерческие поршневые двигатели в послевоенный период были значительно мощнее своих довоенных предшественников. Для достижения более высокой мощности они включили турбонагнетатели и более требовательные системы охлаждения с еще большей потребностью в регулировке в полете. Для облегчения поиска и устранения неисправностей были добавлены новые приборы, в том числе анализаторы зажигания. Оказалось, что бортинженер будет очень занят. Но реактивный двигатель все изменил. Эти двигатели не требовали какой-либо регулировки в полете, а возможности устранения неполадок ограничивались подсистемами, а не самим двигателем.

На протяжении большей части этого периода проектирование человеческого интерфейса в значительной степени основывалось на пробах и ошибках, а также на использовании идей, которые хорошо работали на прошлых самолетах. Корпоративная память о том, что сработало хорошо, принадлежала многим различным проектным группам, пилотам-испытателям программы и часто твердым взглядам главных пилотов запускающих авиакомпаний. Досадным побочным эффектом этого квази-независимого подхода к проектированию была непоследовательность в том, как работали различные системы и функции. Хотя отделы обучения и линейные пилоты знали об этой проблеме, было мало инструментов для ее исправления в процессе проектирования.

В 1950-х годах университетские исследователи Пол Фиттс, Стэн Роско и другие начали разрабатывать более научное понимание рабочей нагрузки и производительности пилотов. Эти знания обеспечили прочную основу для оценки альтернативных конструкций и компоновок элементов управления и дисплеев. Это, в свою очередь, стимулировало новую эффективность в практике проектирования кабины экипажа.

Инженер Boeing в кабине экипажа на пенсии Джеффри Олсон (Jeffrey Ohlson) приводит подробную историю, восходящую к предшественникам транспортных самолетов с поршневым двигателем, ссылка [1].

737 Численность экипажа

Когда Boeing инициировал первоначальный проект самолета 737, FAA только что опубликовало часть 25 Федеральных авиационных правил (FAR) для сертификации новых транспортных самолетов, которые требовали рационального анализа и демонстрации рабочей нагрузки экипажа. Это требование формализовало гораздо большее внимание к системам самолета, управлению полетом и конструкции системы управления и изменило фундаментальный характер конструкции кабины экипажа.

В начале предварительного проектирования компания Boeing внимательно изучила эксплуатационные характеристики и историю аварий предыдущих моделей самолетов. Выводы были интересны:

• Устранение неполадок в полете иногда приводило к более серьезным проблемам, иногда ставя под угрозу безопасность полета.
• Интенсивное внимание бортинженера к системным проблемам часто отвлекало одного или обоих пилотов, что иногда приводило к тому, что никто не «управлял самолетом».
• Надежность реактивных двигателей была намного выше, чем у поршневых двигателей, и они практически не требовали устранения неполадок или регулировки в полете.
• Определенные периоды высокой рабочей нагрузки во время отправления и прибытия оставляли мало времени для внешнего дежурства и много времени для обработки нештатных ситуаций.

В поддержку отраслевой работы по установлению рациональных требований к внешнему зрению для транспортных самолетов компания Boeing разработала компьютерную модель, которая определяла относительную величину угрозы столкновения в визуальном пространстве вокруг самолета. Поскольку самолеты находятся в движении и под положительным углом атаки, компьютерная модель показала, что угроза столкновения обычно сосредоточена вперед и ниже продольной оси самолета.

В ответ на эти выводы команда дизайнеров по-другому подошла к кабине экипажа 737:

• Будут предприняты согласованные усилия по упрощению конструкции систем для повышения надежности и устранения или значительного сокращения необходимости устранения неполадок в полете.
• Группа разработчиков кабины экипажа будет участвовать во всех решениях по проектированию кабины экипажа и будет иметь значительные полномочия в разработке органов управления, индикаторов и операционных концепций для всех систем самолета.
• Оценка рабочей нагрузки будет использоваться как неотъемлемый элемент проекта для корректировки функциональности и расположения оборудования и средств управления.
• Рабочие процедуры будут упрощены и сокращены, чтобы уменьшить количество отвлекающих факторов и предоставить достаточно времени для внешнего дежурства.
• Автопилот будет улучшен, чтобы лучше поддерживать операции в районе терминала, а не только в крейсерском режиме.
• Позиции пилота будут спроектированы так, чтобы максимизировать внешний обзор в основной зоне угрозы столкновения.

Решительные инициативы профсоюзов в отношении минимального экипажа из трех человек в будущих конструкциях снизили бы экономические показатели 737 по сравнению с его конкурентами (подробнее см. ссылку [1]. Тот факт, что некоторые известные американские авиакомпании согласились эксплуатировать Боинг 737 с третьим членом экипажа, создал оживленную маркетинговую среду против конкурирующих (экипаж из 2 человек) DC-9 и BAC-111.

По мере того, как проектные работы для достижения этих целей продвигались вперед, команда Boeing пришла к убеждению, что конструкция Боинга 737 из двух человек будет значительно лучше, чем традиционная конструкция экипажа из трех человек. На самом деле, настолько лучше, что компания решила придерживаться конструкции с двумя экипажами, несмотря на более строгие сертификационные требования и открытое сопротивление профсоюзов пилотов и бортинженеров.

Сертификация рабочей нагрузки экипажа самолета включала анализ и тщательное управление нагрузкой на руки, глаза и когнитивные функции во всех условиях полета. В конце ноября 1967 года в условиях высокой плотности движения на восточном побережье США была проведена демонстрационная программа сертификационных полетов, во время которой моделировались отказы систем самолета и потеря работоспособности экипажа. Пилоты Boeing и FAA без труда управляли самолетом. Был снят фильм, в котором задокументирован один пилот (правое сиденье было пустым), справляющийся с возгоранием двигателя при взлете, отказом автопилота, неуправляемой триммером стабилизатора и отказом гидравлики, требующим ручного выпуска шасси и попеременного выпуска закрылков. Эта программа привела к утверждению FAA двух пилотов в качестве минимального размера экипажа для Боинг-737. Иностранные регулирующие органы также повсеместно приняли вывод FAA.

Крупнейший эксплуатант самолетов 737 в США, United Air Lines, заключил контракты, по которым остались 3 члена экипажа, но было предусмотрено обучение в полете. Позиция профсоюза о том, что «третья пара глаз» улучшает возможность обнаружения угрозы столкновения, привлекла внимание публики настолько, что в первые годы эксплуатации 737 пилотами United Air Lines было собрано большое количество данных, управлявших самолетом как с двумя, так и с двумя экипажи из трех человек. Судя по данным, третий человек действительно видел больше самолетов.

Кабина пилотов Boeing 737-200 (любезно предоставлена ​​компанией Boeing)

Более глубокий анализ дал совсем другую точку зрения. Действительно, экипажи самолетов с тремя пилотами видели больше самолетов. Интересно, что экипажи из 2 человек видели значительно больше самолетов, чем два пилота на самолетах из 3 человек. Но поскольку 3-й пилот сидит намного дальше назад и ниже, чем пилоты, сидящие на двух передних постах пилота, самолет-мишень, который может видеть 3-й человек, находится в положении, при котором столкновение маловероятно. В этой ситуации, если два передних пилота ослабят свои внешние часы, вероятность незамеченного столкновения фактически возрастет.

Результаты этих исследований и текущие сравнения с мировыми данными об авариях/инцидентах убедили Boeing в том, что третья пара глаз не является положительным фактором в предотвращении столкновений в воздухе.

Один американский авиаперевозчик достиг договоренности с профсоюзом пилотов, добавив электронное средство, помогающее обнаруживать другие находящиеся поблизости самолеты.

Забастовка пилотов авиакомпании Wein/Consolidated Airline на Аляске в 1977 году была урегулирована в пользу двух пилотов, но только после обширных слушаний коллегией из трех судей. Эта тенденция сохранилась, поскольку другие американские авиакомпании заключили контракты на два пилота, и отрасль постепенно перешла к использованию двух пилотов для Боинга 737.

757/767 Численность экипажа

Во время разработки 767 ряд крупных авиакомпаний существенно уступили требованиям профсоюзов о том, что «все будущие транспортные самолеты будут рассчитаны на трех членов экипажа». Интересно, что методы проектирования систем самолета для простоты эксплуатации были значительно улучшены, системные контроллеры на основе микропроцессоров расширили функциональные возможности и сделали резервирование более «дружественным», микропроцессоры также сделали возможной автоматизацию функций, ранее считавшихся слишком сложными для применения в коммерческих самолетах. дисплеи с электронно-лучевой трубкой теперь предлагали новые возможности для улучшения ситуационной осведомленности летного экипажа. Эти изменения обещали значительно повысить эффективность эксплуатации и надежность самолета. Они также дополнительно сократили небольшую часть полезной рабочей нагрузки, которую можно было поручить третьему члену экипажа. В сплоченной среде кабины экипажа занятие места экипажа с членом, у которого мало полезной работы, было бы поводом для отвлечения внимания и, вопреки намерениям профсоюзов, фактически могло бы привести к снижению безопасности полетов.

Доктор Франк Руджеро из группы Boeing Flight Deck Technology сопоставил обширную психологическую литературу о диадах и триадах с действиями летного экипажа. Эта обширная область исследования предоставила убедительные доказательства гораздо большей сложности команды в группах из 3 человек по сравнению с группами из 2 человек. Было показано, что проблемы, связанные с формированием коалиций, отвлечением внимания и необходимостью более широкой речевой координации в бригадах из 3 человек, уходят корнями в нормальное человеческое поведение, которое начинается с детства и продолжается, с гораздо большей сложностью, во взрослой жизни. С точки зрения психологов, наилучший размер бригады — это абсолютно минимальное количество людей, необходимое для выполнения работы.

Первые заказчики самолета 757 (Eastern Airlines и British Airways), после выпуска 767 всего на несколько месяцев, указали конструкцию с двумя членами экипажа. В ответ Ассоциация пилотов авиакомпаний обошла среду коллективных переговоров и обратилась напрямую к президенту Рейгану с просьбой потребовать трех членов экипажа для всех будущих транспортных проектов. Министр транспорта Дрю Льюис назначил специальную целевую группу во главе с бывшим администратором FAA Джоном Маклукасом для расследования и принятия окончательного решения об относительной безопасности кабины экипажа с двумя и тремя членами экипажа. Помимо доктора МакЛукаса, в оперативную группу входили Фред Дринкуотер из НАСА и генерал ВВС США Говард Лиф. Доктор Джон Лаубер возглавил группу поддержки экспертов НАСА, которые помогали Целевой группе.

Целевая группа проделала тщательную работу по сбору информации и заданию вопросов профсоюзам, авиакомпаниям, как иностранным, так и отечественным, и производителям. Окончательные показания были представлены на публичных слушаниях в Вашингтоне, округ Колумбия, но им предшествовали посещения нескольких мест в США.

Учитывая большое количество эксплуатируемых самолетов с тремя (707, 727, 747 и т. д.) членами экипажа и с двумя (DC-9, BAC-111, 737 и т. д.) членами экипажа, было достаточно данных по безопасности для изучения. А теперь появилась независимая техническая группа, которая проанализировала исследования «третьей пары глаз» и пришла к такому же выводу, как и Боинг и комиссия из трех судей Вейна. Целевая группа пришла к выводу, что «три члена экипажа не безопаснее, чем два», в то время как 767 и 757 все еще проходили сертификационные испытания; первый примерно на пять месяцев раньше второго. Это открытие положило конец всем спорам о составе экипажа будущих реактивных транспортных средств.

По просьбе своих клиентов Boeing переоборудовал последний испытательный самолет 767 в конфигурацию, аналогичную 757, и завершил сертификацию экипажа с той же тщательностью, что и в 737. Самолеты 767 на заводе были укомплектованы тремя- Полетная кабина конструкции экипажа и перед поставкой модифицирована до конфигурации с двумя членами экипажа. № 767 был поставлен в исходной конфигурации с тремя членами экипажа, и только один заказчик (Ansett Australia) эксплуатировал свой 767 с гибридной конфигурацией экипажа из трех человек, полученной путем перемещения панелей с верхней части самолета на боковую. Более подробную информацию об этой эволюции можно найти в ссылке [2].

Интересно, что Boeing смог поставить все ранние 767 практически в срок, что является важным достижением в области проектирования, производства и модификации. Первые 30 или около того самолетов, для которых компоненты кабины экипажа с тремя членами экипажа находились в процессе поставки, были собраны на заводе в конфигурации с тремя членами экипажа, чтобы можно было завершить функциональные испытания самолета. Затем их отвезли в специальный центр модификации, где кабины экипажа были выпотрошены и перестроены в конфигурацию с двумя экипажами. Этот проект получил широкое признание и стал примером для изучения в Гарвардской школе бизнеса, который в течение многих лет использовался для иллюстрации того, как креативность, промышленная инженерия и высокомотивированные корпорации могут реагировать на быстрое изменение направления рынка.

Стоимость этого преобразования не была тривиальной. Однако Boeing считал, что в интересах отрасли не наказывать своих клиентов за конверсию. Рассказывают, что Текс Буллиун, в то время президент Boeing Commercial, вошел в свой конференц-зал в начале этого процесса и нашел группу, активно обсуждавшую эту тему. Он спросил, что происходит, и ему сказали, что это заседание Совета по ценам, чтобы определить цену преобразования в кабину экипажа 767 с двумя членами экипажа. Рассказывают, что, выходя из конференц-зала, он сказал: «Если ответ не равен нулю, пришлите кого-нибудь, чтобы увидеть меня в моем кабинете».

Дополнительную справочную информацию можно найти в ссылках [3] и [4].

Технологии и кабина пилотов коммерческих самолетов

Переход к цифровым вычислениям радикально изменил то, что и как информация отображалась в коммерческих кабинах экипажа. В оригинальной конструкции 737 использовалась транзисторная технология для реализации автоматизированных и резервных контроллеров для многих систем самолета, а также для координации предупредительной и предупреждающей информации.

Кабина экипажа Boeing 767 (любезно предоставлено компанией Boeing)

Композитная кабина экипажа Boeing 747-200 и 400 (любезно предоставлено компанией Boeing)

Самолеты 757 и 767 пошли гораздо дальше, представив дисплеи с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) в качестве основных пилотажных приборов и создав цифровую компьютерную систему управления полетом, объединяющую планирование полета, навигацию, управление характеристиками и управление. Обработка предостерегающей, предупреждающей и консультативной информации была значительно улучшена. Впервые информация о работе и состоянии двигателя управлялась и выборочно отображалась, чтобы облегчить своевременную и точную реакцию экипажа.

В одном поколении самолетов работа конструкторов кабины экипажа сместилась с определения того, как добиться максимальной производительности пилота от наименьшего количества отображаемой информации, к выбору наиболее подходящей информации для отображения в поддержку каждой полетной задачи. Это была новая почва. Мы все понимали, что постоянно отображать все подряд — неправильный ответ, но придумать новые правила отображения информации было непросто и не чисто научно.

Результаты этой работы хорошо задокументированы, но истории, которые привели к окончательным проектам, не менее интересны. Хорошим примером является процесс, который привел к появлению цветных ЭЛТ.

Когда в конце 1960-х годов велась работа по разработке Boeing SST, было признано, что обычные индикаторы пространственного положения не будут адекватными для поддержки ручного полета в большом диапазоне скоростей этого самолета, а обычные приборы для измерения аэродинамических данных не будут поддерживать ручное замедление от крейсерской скорости (2,7 Маха). ) до дозвукового диапазона. Лабораторные эксперименты и эксперименты на тренажерах, изучающие эти проблемы, использовали черно-белые ЭЛТ, чтобы облегчить быструю реконфигурацию дисплея и сделать возможным одновременное отображение параметров полета и ограничений, зависящих от условий полета.

Используя эти инструменты, наша группа Display Technology быстро пришла к расширенному набору полетной информации и требований к чувствительности, которые сделали ручное управление самолетом вполне доступным для «среднего» пилота авиакомпании. (Мы знали, что это необходимое условие, поскольку все пилоты авиалиний считают себя выше среднего.) Это был важный вывод, поскольку ранее предполагалось, что потребуется полностью автоматическое управление.

SST по-прежнему требовал бы увеличения стабильности внутреннего контура, но это увеличение можно было бы оставить очень простым и, следовательно, очень надежным, пока пилот мог удовлетворительно выполнять все маневры полета.

Требования новых дисплеев значительно превышали возможности доступных электромеханических устройств отображения. Очень быстро ЭЛТ превратились из экспериментального лабораторного устройства в пилотный дисплей-кандидат. Теперь такие вопросы, как яркость, частота обновления, частота обновления, пропускная способность видео и внеосевой угол обзора, стали чрезвычайно важными. Работы, опубликованные военными и университетскими исследователями, были полезными, но недостаточными.

Дисплеи для Boeing SST (любезно предоставлено компанией Boeing)

Наша экспериментальная работа и большая часть исследовательской работы в то время проводились с использованием черно-белых ЭЛТ, поскольку ни один цветной ЭЛТ не приближался к адекватной яркости при солнечном свете, не говоря уже о экстремальной яркости кабины экипажа в условиях большой высоты. Электромеханические дисплеи в предыдущих самолетах использовали цвет для улучшения визуального распознавания различных информационных элементов. Это сделало цвет очень желательным. ЭЛТ, использующая технологию «проникновения луча», предлагала узкий диапазон цветов с яркостью примерно в два раза меньше, чем у черно-белой трубки. Отсутствие белого и синего расценивалось нашими пилотами и командой инженеров как серьезный недостаток. Усилия были сосредоточены на черно-белом изображении с двумя или тремя уровнями серого и краями символов с высоким разрешением, чтобы соответствовать требованиям разделения и распознавания информации.

Когда программа SST была отменена, усовершенствованная авионика, автопилот и дисплейное оборудование были переданы в программу НАСА-ФАУ «Конфигурированное транспортное средство» (TCV) (ссылка [5]). Вычислительное оборудование было установлено в гибких рабочих станциях на борту специально модифицированного 737. Аппаратура индикации и управления была установлена ​​во второй действующей кабине экипажа в кабине. Самолет TCV оказался универсальным испытательным транспортным средством для исследований, показывающих, что трехмерная и четырехмерная точная навигация и наведение могут стать практической целью для будущего управления воздушным движением. Это также подтвердило в полете, что многие усовершенствования дисплея, разработанные для SST, будут полезны и для пилотов, управляющих дозвуковыми самолетами.

Команда Boeing (включая одного из авторов), работавшая по контракту с НАСА в Исследовательском центре Лэнгли в Вирджинии, несколько лет поддерживала программу TCV. Личный опыт с преимуществами и ограничениями технологии оказался очень полезным при разработке самолетов 767 и 757 в середине-конце 1970-х годов. В частности, использование графики для изображения траектории плана полета в горизонтальной плоскости оказалось очень интуитивным и значительно повысило ситуационную осведомленность пилота. Оба этих преимущества потребуются пилоту для успешного прохождения сложных маршрутов, предусмотренных для системы управления полетом.

Первая крупная презентация концепций кабины экипажа для стартовых клиентов 767 вызвала прохладный отклик. Отсутствие цвета было всеобщей проблемой, а несходство между этими дисплеями и теми, которые используются в настоящее время, вызывало серьезные опасения по поводу обучения. В ответ мы создали альтернативную конфигурацию, используя обычные дисплеи и больше полагаясь на высокопроизводительные режимы автопилота. Инженерам авиакомпании такая конфигурация была более удобна, но они хотели получить поддержку от пилотов, которые будут на ней летать.

Было созвано совещание с соответствующими комитетами Ассоциации линейных пилотов. Единодушие их выводов удивило всех. Обычные дисплеи считались неадекватными для этого передового самолета, поэтому ЭЛТ были необходимы, и, кстати, ЭЛТ должны быть полноцветными!

Последующие встречи авиакомпаний подтвердили эту точку зрения, и нам пришлось искать новые дисплеи. Это означало, что нужно начинать внутри ЭЛТ. Требовались новые, более яркие люминофоры. Потребовалась бы более жесткая теневая маска, чтобы справиться с вибрацией в полете. Потребуются новые методы создания символов, чтобы преодолеть ограниченное разрешение экрана, налагаемое теневой маской.

Между командой разработчиков авионики в Boeing и группой разработчиков оборудования в Collins проблемы с оборудованием решались в течение интенсивного, но на удивление короткого периода времени. Новый фильтр значительно уменьшил количество солнечного света, отражаемого обратно к пилоту, и увеличил коэффициент цветовой контрастности. При ярком солнечном свете доступное цветовое пространство было бы очень маленьким, но улучшения оказалось достаточно, чтобы продолжить тестирование с использованием линейных пилотов.

Поскольку цветовое зрение является обязательным требованием для поддержания актуальной медицинской справки, большинство пилотов по понятным причинам не хотели, чтобы мы измеряли их цветовое зрение напрямую. Что еще хуже, цветовое зрение сильно различается у разных людей, даже если они могут пройти стандартные медицинские тесты.

Поскольку мы хотели использовать красный и какой-то желтый цвет для оповещения, было важно, чтобы пилот распознавал эти цвета самостоятельно, без каких-либо других цветов на дисплее. После долгих дебатов мы пришли к выводу, что, пока эти два цвета правильно идентифицированы, мы можем жить с требованием, чтобы все остальные цвета распознавались как отличные друг от друга, но не обязательно идентифицировались по имени. Это означало, что цветовое кодирование (кроме красного и желтого) должно было поддерживаться кодированием формы или положения для каждого символа.

Когда программа испытаний была завершена, мы подтвердили пригодность цветовой палитры, состоящей из семи цветов: красного, янтарного, зеленого, синего, голубого, пурпурного и белого. В янтаре требовалось значительно больше красного, чем в чистом желтом, чтобы оставаться желтоватым при добавлении желтого оттенка солнечного света. Точно так же окончательный выбор для белого цвета имел небольшой пурпурный оттенок, чтобы он не вторгался в «янтарное» пространство при добавлении солнечного света. Восьмой цвет, «коричневый», оказался удовлетворительным при использовании только в качестве цвета заливки области.

Крупный наземный «взлет» произошел во время памятной встречи заказчиков запуска самолетов 767 и 757 в 1976 году. Каждому из поставщиков кандидатов на цветные ЭЛТ было разрешено установить дисплеи в соседних конференц-залах, и был проведен неофициальный опрос клиентов. реакции. Новая теневая маска CRT безоговорочно выиграла «конкурс».

Точные цветовые координаты были переданы Коллинзу вовремя, чтобы их можно было включить в лабораторные испытания, предшествовавшие летному оборудованию. Эти блоки были быстро установлены в инженерном симуляторе и начаты пилотные испытания сценариев миссии. В то время как пилотные характеристики оправдали или превзошли ожидания, мы начали слышать от пилотов комментарии о красных вспышках.

Интенсивное изучение дисплеев и повторная проверка на соответствие проектным спецификациям не выявили неисправностей. Тем не менее, комментарии сохранились. Наконец, было отмечено, что красная вспышка происходила только для определенных символов и только тогда, когда символ или глаза пилота быстро двигались.

Обсуждения с участием всей группы разработчиков показали, что разработчики оборудования контролировали относительное время включения и выключения для трех основных цветов, чтобы получить промежуточные цвета: янтарный, пурпурный, голубой и белый. Это обеспечивало максимальный ток луча для стимуляции люминофора. Это также означало, что красный луч будет немного длиннее зеленого или синего луча. Глядя прямо на неподвижный символ, зритель увидит нужный цвет. Но если бы символ или глаз пилота двигались, период, когда горел только красный луч, воспринимался бы как красная вспышка, слегка смещенная от правильно окрашенного символа. Проблему решила модернизация схем драйвера тока пучка.

Следующим шагом стало применение этих ЭЛТ для мониторинга двигателей и систем самолетов. Ввиду вышеупомянутой изменчивости дебатов о составе экипажа мы сочли целесообразным улучшить отображение параметров двигателя 737, используя преимущества программируемых графических дисплеев для адаптации информации о двигателе к потребностям текущей задачи пилота. Функции, которые сейчас кажутся очевидными, в то время были новыми и новаторскими. Простым примером было перемещение маркера «красной линии» на шкале температуры выхлопных газов (EGT) во время запуска. Предыдущие датчики EGT имели отдельные красные линии для запуска и использования в полете. Пилот должен был решить, что использовать, исходя из текущей задачи, и (что может быть важнее) должен был игнорировать одну из красных линий.

Эти концепции были расширены для управления общим отображением параметров двигателя. Было достаточно доказательств того, что люди не особенно хороши в долгосрочном мониторинге статических или медленно меняющихся параметров. Большинство индикаторов состояния двигателя статичны или медленно изменяются. Мы воспользовались бортовой электроникой для контроля этих параметров и подачи сигнала при обнаружении проблемы. Это позволило отключить отображение большинства второстепенных параметров двигателя, за исключением: 1) во время запуска двигателя, 2) при обнаружении аномалии или 3) когда пилот хотел посмотреть данные.

Как правило, все, что является новым или новаторским, привлекает интерес FAA во время сертификации. Дисплеи двигателя ничем не отличались. Существующие FAR и консультативные циркуляры были написаны до того, как выборочное представление данных стало практическим соображением. Мы должны были показать, что предлагаемая конструкция обеспечивает эквивалентную безопасность. Пилоты FAA были довольны реальными дисплеями, но инженеры FAA опасались, что отказ одного из дисплеев может быть интерпретирован как нормальное состояние, в то время как на самом деле информация должна отображаться на обоих дисплеях. Подробные обзоры программного обеспечения облегчили, но не удовлетворили опасений. Когда мы добавили синие стрелки, шутливо называемые командой летного экипажа «голубой травой», на одном дисплее, указывающие на другой дисплей, когда информация должна быть видна, проблема была решена.

Система индикации двигателя и оповещения экипажа (EICAS) подверглась значительной разработке с учетом человеческого фактора для оптимизации функций отображения и мониторинга систем. Были созданы строгие определения категорий неисправностей: предупреждения, предостережения, рекомендации, состояние и техническое обслуживание. Были установлены протоколы действий экипажа в отношении каждого из них, и произошла беспрецедентная интеграция процедур летного экипажа в конструкцию кабины экипажа. Эта эволюция продолжилась в самолетах последних моделей: на 777 появились электронные контрольные списки, которые разветвляются с действиями в полете по мере устранения неисправности.

Сегодня во всем мире практически каждый самолет, созданный от самого большого транспортного самолета до новой категории легких спортивных самолетов авиации общего назначения, воплощает в себе некоторые или все концепции, заложенные в самолетах 767 и 757. Студенты университетов, стремящиеся к карьере профессионального пилота, проходят обучение на самолетах со «стеклянной» кабиной, а навыки управления старомодными самолетами с «паровым датчиком» проходят путь механической коробки передач в автомобилях… им можно научиться, но это требует дополнительное обучение.

Недавний прогресс и ближайшее будущее

Кабина пилотов нового поколения для Boeing 737 (любезно предоставлена ​​компанией Boeing)

Авиация часто обсуждается между пилотами и их инструкторами с указанием расставить приоритеты в своих действиях следующим образом: «Летать, ориентироваться и общаться». Это основные задачи пилота и второго пилота. В лучшем случае это плавная хореография действий экипажа, взаимодействующих с внешним миром, чтобы оптимизировать безопасность и эффективность полета. С момента появления самолетов 767 и 757 каждая из этих функций значительно продвинулась вперед на стороне самолета, и теперь промышленность готова внедрить технологии управления воздушным движением следующего поколения на наземной стороне. Обратите внимание, что в приведенном выше предупреждении не говорится об управлении системами самолета, в современных самолетах системы в основном управляются сами собой; разработан с мантрой «простой, избыточный и автоматический», необходимый для отдельных функций.

Кабина экипажа Boeing 777 (любезно предоставлена ​​компанией Boeing)

Неисправности доводятся до сведения экипажа в иерархии необходимого внимания, для решения проблем представляются автоматические контрольные списки, а информация о необходимых сменных компонентах отправляется заранее для технического обслуживания, чтобы учесть ее при планировании возвращения в эксплуатацию. 

То, что было раньше, на самом деле только пролог; Искусство и очарование дизайна кабины экипажа живы и здоровы, постоянно совершенствуются во всех классах самолетов и создают богатый гобелен карьерных возможностей для будущих специалистов.

Использованная литература:

1. «Эволюция истории с двумя экипажами», Джеффри Олсон, 15 августа 20052 г. «История комплектования экипажа Boeing 767», Питер Мортон, 03.08.053. «History Of The 767 Two Crew Flight Deck», автор не указан, Boeing, 18.08.054. «Определяя будущий полет», Майкл Ломбарди и Джей Спенсер, Boeing, 11 ноября 20065 г. Бортовой первопроходец, NASA SP-4216, Лейн Э. Уоллес, Управление истории НАСА, Вашингтон, округ Колумбия, 1994 г.

Благодарности:

Успех разработки экипажа из двух человек стал результатом работы многих исключительно талантливых людей в Boeing, NASA, FAA и авиационной отрасли, с которыми нам выпала честь работать. Мы благодарим г-жу Сэнди Фадден за помощь в редакционном рассмотрении и завершении этой статьи.

Авторы: Делмар М. Фадден, Питер М. Мортон, Ричард В. Тейлор и Томас Линдберг