Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Пространственная дезориентация авиатора - это неспособность определять угол, высоту или скорость. Это особенно важно ночью или в плохую погоду, когда нет видимого горизонта, поскольку зрение является доминирующим чувством ориентации. Слуховая система , вестибулярная система ( в пределах внутреннего уха ) и проприоцептивная система (сенсорные рецепторы , расположенные в коже, мышцах, сухожилиях и суставах) коллективной работу с целью координации движения с балансом, а также может создавать иллюзорные невизуальные ощущения, в результате чего пространственная дезориентация при отсутствии сильных визуальных подсказок.

Безопасность полетов, история и статистика [ править ]

Предполагаемый пилот проводит тест на равновесие через кресло Барани.

Пространственная ориентация в полете труднодостижима, поскольку многочисленные сенсорные стимулы (зрительные, вестибулярные и проприоцептивные) различаются по величине, направлению и частоте. Любые различия или несоответствия между визуальными, вестибулярными и проприоцептивными сенсорными входами приводят к сенсорному несоответствию, которое может создавать иллюзии и приводить к пространственной дезориентации. Считается, что зрительное восприятие вносит наибольший вклад в ориентацию. [1] : 4

Испытывая ранний индикатор поворота и скольжения, разработанный его другом Элмером Сперри в 1918 году, пилот армейского авиакорпуса США Уильям Окер вошел в спираль кладбища, пролетая сквозь облака без визуальных ориентиров; указатель поворота показал, что он находится в развороте, но его чувства подсказали ему, что он летит по горизонтали. Выйдя из облаков, Окер смог оправиться от пикирования. [2] В 1926 году доктор Дэвид А. Майерс провел в Крисси Филд испытание на равновесие стула Барани ; полученное в результате дублирование соматогиральной иллюзии, которую он испытал, и последующий повторный тест, который он прошел с помощью указателя поворота,[3] привел его к разработке и продвижению инструментальных полетов. [4] Сперри продолжил изобретать гирокомпас и индикатор ориентации , оба из которых тестировались к 1930 году. [5] : 8 Вместе с лейтенантом Карлом Крейном Окер опубликовал учебный текст « Слепой полет в теории и практике» в 1932 году [5]. 4] Среди влиятельных сторонников инструментальной летной подготовки были Альберт Хегенбергер и Джимми Дулиттл . [5] : 8

В 1965 году Федеральное авиационное агентство США выпустило консультативный циркуляр AC 60-4, предупреждающий пилотов об опасности пространственной дезориентации, которая может возникнуть в результате выполнения правил визуального полета в условиях ограниченной видимости. [6] Новая версия рекомендации была выпущена в 1983 году как AC 60-4A, в которой пространственная дезориентация определяется как «неспособность определить, какой путь« вверх » » [7].

Статистика показывает, что от 5% до 10% всех авиационных происшествий общего назначения могут быть связаны с пространственной дезориентацией, 90% из которых заканчиваются смертельным исходом. [8] Потеря сознания, вызванная пространственным D и G-силой (g-LOC), - две из наиболее распространенных причин смерти от человеческого фактора в военной авиации. [9] Исследование распространенности инцидентов пространственной дезориентации пришло к выводу, что «если пилот летит достаточно долго ... нет шансов, что он / она избежит хотя бы одного эпизода [пространственной дезориентации]. пилотов можно отнести к одной из двух групп: тех, кто дезориентирован, и тех, кто будет дезориентирован ». [1] : 2

Физиология [ править ]

Есть четыре физиологических системы, которые взаимодействуют, чтобы позволить людям ориентироваться в пространстве. Зрение является доминирующим чувством ориентации, но вестибулярная система, проприоцептивная система и слуховая система также играют роль.

Пространственная ориентация (обратное - пространственная дезориентация, также известная как пространственная D ) - это способность сохранять ориентацию тела и позу по отношению к окружающей среде (физическому пространству) в состоянии покоя и во время движения. Люди эволюционировали, чтобы сохранять пространственную ориентацию на земле. Хорошая пространственная ориентация на земле основана на использовании визуальной, слуховой, вестибулярной и проприоцептивной сенсорной информации. Изменения линейного ускорения, углового ускорения и силы тяжести обнаруживаются вестибулярной системой и проприоцептивными рецепторами, а затем сравниваются в мозге с визуальной информацией.

Трехмерная среда полета незнакома человеческому телу, что создает сенсорные конфликты и иллюзии, затрудняющие пространственную ориентацию, а иногда и невозможную. Результатом этих различных визуальных и невизуальных иллюзий является пространственная дезориентация. [10] [9] [11] Различные модели были разработаны для количественного прогнозирования дезориентации, связанной с известными ускорениями самолета. [12]

Вестибулярный аппарат и сенсорные иллюзии [ править ]

Внутреннее ухо

Вестибулярная система определяет линейное и угловое (вращательное) ускорение с помощью специализированных органов внутреннего уха. Линейные ускорения регистрируются отолитовыми органами , а угловые - полукружными каналами .

Вводящие в заблуждение ощущения [ править ]

Без визуальных ориентиров или подсказок, таких как видимый горизонт, люди будут полагаться на невизуальные чувства, чтобы установить свое чувство движения и равновесия. Во время аномального ускорения полета вестибулярная и проприоцептивная системы могут быть сбиты с толку, что приводит к пространственной дезориентации. Когда самолет маневрирует, силы инерции могут создаваться изменениями скорости транспортного средства (линейное ускорение) и / или изменениями направления (ускорение вращения и центробежная сила ), что приводит к неверному восприятию вертикали, так как объединенные силы тяжести и инерции не совпадают с тем, что предполагает вестибулярная система, - это вертикальное направление силы тяжести (к центру Земли).

В идеальных условиях визуальные подсказки предоставят достаточно информации, чтобы преодолеть иллюзорные вестибулярные сигналы, но ночью или в плохую погоду визуальные сигналы могут быть подавлены этими иллюзорными невизуальными ощущениями, что приведет к пространственной дезориентации. Низкая видимость условие полета включает ночь, [6] над водой или другим однообразно / невыразительные местностей , что смеси в небо, [6] выбеленная погоды , [6] или непреднамеренный вход в приборные метеорологические условия после полета в туман или облако.

Подъемная (L) и весовая / гравитационная (w) силы, действующие на самолет, совершающий крен или скоординированный разворот

Например, в самолете, который делает скоординированный (наклонный) разворот , независимо от того, насколько крутым, пассажиры будут практически не ощущать наклона в воздухе, если не виден горизонт, поскольку ощущаются объединенные силы подъемной силы и силы тяжести. как прижимание пассажира к сиденью без боковой силы, сдвигающей его в любую сторону. [13] Точно так же можно постепенно подниматься или спускаться без заметного изменения давления на сиденье. В некоторых самолетах можно выполнить петлю, не создавая отрицательных перегрузок, так что без визуального контроля пилот может перевернуться вверх ногами, не осознавая этого. [ необходима цитата ] Постепенное изменение любого направления движения может быть недостаточно сильным, чтобы активировать вестибулярную систему, поэтому пилот может не осознавать, что самолет ускоряется, замедляется или кренится.

Стандартный набор пилотажных приборов , включая авиагоризонт (вверху в центре) и индикатор поворота и скольжения (внизу слева)

Гироскопические летные приборы, такие как указатель ориентации (искусственный горизонт) и указатель поворота и скольжения , предназначены для предоставления информации для противодействия вводящим в заблуждение ощущениям от невизуальных органов чувств.

Отолиты и соматогравийные иллюзии [ править ]

В каждом ухе расположены два отолитовых органа - мешочек и маточка, расположенные под прямым углом друг к другу. Мешочек обнаруживает изменения линейного ускорения в горизонтальной плоскости, а мешочек определяет линейные ускорения в вертикальной плоскости; люди эволюционировали, чтобы предположить, что вертикальное ускорение вызвано силой тяжести. Однако мешочек и матка могут вызывать ошибочное сенсорное восприятие, когда сила тяжести не ограничена вертикальной плоскостью или когда скорости и ускорения транспортного средства приводят к появлению сил инерции, сравнимых с силой тяжести, поскольку отолиты только обнаруживают ускорение и не могут различать силы инерции. от силы тяжести. [8]Некоторые примеры этого включают инерционные силы, возникающие во время вертикального взлета вертолета или после внезапного раскрытия парашюта после свободного падения.

Иллюзии, вызванные отолитовыми органами, называются соматогравическими иллюзиями и включают в себя иллюзии инверсии, движения головой вверх и вниз. Иллюзия инверсии возникает в результате крутого подъема, за которым следует внезапное возвращение к горизонтальному полету; в результате относительное увеличение скорости движения создает иллюзию переворачивания самолета. [8] Иллюзии Head-Up и Head-Down похожи, включая внезапное линейное ускорение (Head-Up) или замедление (Head-Down), что приводит к неправильному представлению о том, что нос самолета поднимается вверх (Head-Up) или вниз (головой вниз); авиатора можно было обмануть, заставив в ответ наклонить нос вниз (головой вверх) или вверх (головой вниз), что привело бы к аварии или сваливанию, соответственно. [8]

Обычно иллюзия Head-Up возникает во время взлета, поскольку сильное линейное ускорение используется для создания подъемной силы над крылом и закрылками. Без визуального ориентира пилот может по вестибулярной системе предположить, что нос поднялся вверх, и дать команду на погружение; если это происходит во время взлета, самолет может не набрать достаточную высоту для восстановления перед врезанием в землю. [1] : 7

Полукружные каналы и соматогиральные иллюзии [ править ]

Показано внутреннее ухо с полукружными каналами, что уподобляет их оси крена, тангажа и рыскания самолета.

Кроме того, внутреннее ухо содержит акселерометры вращения , известные как полукружные каналы, которые предоставляют информацию нижнему мозгу об ускорении вращения по осям тангажа, крена и рыскания . Изменения угловой скорости обнаруживаются по относительному движению между жидкостью в каналах и самим каналом, который прикреплен к головке; из-за инерции жидкость в каналах имеет тенденцию отставать при движении головы, сигнализируя об ускорении вращения. Однако выход полукружного канала прекращается после продолжительной ротации (сверх15–20 с ), так как жидкость теперь приводится в движение за счет трения, что соответствует движению головы. Если вращение затем останавливается, воспринимаемый сигнал движения от внутреннего уха указывает, что летчик теперь поворачивается в направлении, противоположном фактическому движению, поскольку жидкость продолжает движение, пока канал остановился. [8] Кроме того, инерция жидкости означает, что порог обнаружения ускорения вращения ограничен приблизительно 2 ° / сек 2 ; угловые ускорения ниже этого значения не могут быть обнаружены. [1] : 5 Специфические распространенные соматогиральные иллюзии, вызываемые полукружными каналами, - это наклон, кладбищенское вращение, кладбищенская спираль и кориолисовая спираль.

Если самолет постепенно входит в незаметный, продолжительный разворот, а затем внезапно возвращается в горизонтальный полет, это может привести к крену . Постепенный поворот приводит в движение жидкость в полукружных каналах, и вращательное ускорение в два градуса в секунду (или меньше) не может быть обнаружено. Как только летательный аппарат внезапно возвращается к горизонтальному полету, продолжающееся плавное движение создает ощущение, что летательный аппарат кренится в направлении, противоположном только что закончившемуся развороту; авиатор может попытаться исправить неправильное восприятие вертикали, отклонившись от первоначального поворота. [8] Наклон считается наиболее распространенной формой пространственной дезориентации. [1] : 9

Кладбищенская спираль и кладбищенское вращение

И кладбищенская спираль, и кладбищенское вращение вызваны акклиматизацией полукружных каналов к продолжительному вращению; после поворота (в случае кладбищенской спирали) или вращения (для кладбищенского вращения) примерно 20 секунд жидкость в полукружных каналах приводится в движение за счет трения, и вестибулярная система больше не воспринимает вращательное ускорение . Если летчик затем завершает поворот или вращение и возвращается к горизонтальному полету, продолжающееся движение жидкости вызовет ощущение, что летательный аппарат поворачивается или вращается в противоположном направлении, и пилот может повторно войти в исходный поворот или непреднамеренно вращаться; летчик может не распознать иллюзию до того, как самолет потеряет слишком большую высоту, что приведет к столкновению с землей[8], или перегрузки в самолете могут превысить конструктивную прочность планера , что приведет к катастрофическому отказу. Одна из самых известных неудач в истории авиации, связанных с кладбищенской спиралью, - это авиакатастрофа с участием Джона Ф. Кеннеди-младшего в 1999 году [14].

Как только самолет попадает в условия, при которых пилот не может видеть отчетливый визуальный горизонт, дрейф во внутреннем ухе продолжается без коррекции. Ошибки воспринимаемой скорости поворота вокруг любой оси могут увеличиваться со скоростью от 0,2 до 0,3 градуса в секунду. [ необходимая цитата ] Если пилот не владеет гироскопическими полетными приборами, эти ошибки будут увеличиваться до такой степени, что управление самолетом будет потеряно, обычно в крутом пикировании, известном как кладбищенская спираль . В течение всего времени до начала маневра пилот не замечает разворота, полагая, что самолет сохраняет прямой полет. [15] : 125

В исследовании 1954 года (эксперимент с поворотом на 180 градусов) Институт авиации Университета Иллинойса обнаружил, что 19 из 20 испытуемых, не прошедших квалификацию по приборам, попали в спираль кладбища вскоре после того, как попали в смоделированные инструментальные условия. 20-й пилот также потерял управление своим самолетом, но в другом маневре. Среднее время между началом работы прибора и потерей контроля составляло 178 секунд. [16]

Пространственная дезориентация также может влиять на пилотов с оценкой по приборам в определенных условиях. Если пилот слишком сильно поворачивает голову во время полета по приборам, может возникнуть сильное ощущение кувырка ( головокружение ). Это называется иллюзией Кориолиса . Поскольку полукружные каналы установлены на трех разных осях вращения, если летчик внезапно поворачивает голову во время ускорения вращения, один канал может внезапно начать обнаруживать угловое ускорение, в то время как другой канал прекращается, что приводит к ощущению кувырка. [1] : 9

Визуальные иллюзии [ править ]

Даже при хорошей видимости вводящие в заблуждение визуальные данные, такие как наклонная облачная палуба, незнакомый уклон взлетно-посадочной полосы или ложный горизонт, также могут формировать оптические иллюзии , в результате чего пилот неверно оценивает вертикальную ориентацию, скорость или высоту самолета и / или восприятие расстояния и глубины ; они могут даже сочетаться с невизуальными иллюзиями вестибулярной и проприоцептивной систем, чтобы создать еще более сильную иллюзию. [17]

Примеры [ править ]

См. Также [ править ]

  • Нарушение равновесия  - физиологическое нарушение восприятия.
  • Стул Барани  - устройство, используемое для обучения аэрокосмической физиологии.
  • Явление сломанного эскалатора  - ощущение потери равновесия или головокружения при входе на неработающий эскалатор.
  • Потеря зрения (аэронавтика)  - нарушение зрения пилотов в полете.
  • Головокружение  - неврологическое состояние, вызывающее нарушение пространственного восприятия и устойчивости.
  • Эквилибриоцепция  - физиологическое чутье, позволяющее животным динамически поддерживать нестабильную позу.
  • Идеомоторный феномен  - концепция гипноза и психологических исследований
  • Иллюзии самодвижения  - неправильное восприятие своего местоположения или движения.
  • Укачивание  - тошнота, вызванная движением или кажущимся движением.
  • Ошибка пилота  - решение, действие или бездействие пилота воздушного судна.
  • Проприоцепция  - ощущение относительного положения частей собственного тела и силы усилия, прилагаемого к движению.
  • Чувство направления
  • Сенсорные иллюзии в авиации  - неправильное суждение пилотов об истинной ориентации
  • Осведомленность о ситуации  - Адекватное восприятие элементов окружающей среды и внешних событий
  • Пространственная способность
  • Топографическая дезориентация

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e е Ньюман, Дэвид Г. (3 декабря 2007 г.). Обзор пространственной дезориентации как фактора авиационных происшествий и инцидентов (PDF) (Отчет). Австралийское бюро транспортной безопасности. ISBN 978-1-921165-52-8. Проверено 11 февраля 2021 года .
  2. ^ Wolverton, Марк (осень 2008). «Отец слепого полета» . Изобретения и технологии . Американский институт наследия. 23 (3) . Проверено 11 февраля 2021 года .
  3. ^ Chivalette, Уильям И. (1998). "Сержант Уильям Чарльз Окер: третий зачисленный пилот армии" (PDF) . Институт исследований наследия ВВС США . Проверено 11 февраля 2021 года .
  4. ^ a b LeCompte, Том (сентябрь 2008 г.). «Дезориентирующий экспресс» . Воздух и космос . Смитсоновский институт . Проверено 11 февраля 2021 года .
  5. ^ a b Макинтош, Дэвид М. (1988). Эволюция полетов по приборам в армии США (PDF) (Отчет). Авиационный командно-штабной колледж . Проверено 11 февраля 2021 года .
  6. ^ a b c d Мур, Джордж С. (9 февраля 1965 г.). "AC 60-4: Пространственная дезориентация пилота" . Федеральное авиационное агентство . Проверено 11 февраля 2021 года .
  7. Хант, Кеннет С. (9 февраля 1983 г.). "AC 60-4A: Пространственная дезориентация пилота" (PDF) . Федеральное управление гражданской авиации . Проверено 11 февраля 2021 года .
  8. ^ a b c d e f g Антуньяно, Мельчор Дж. «Медицинские факты для пилотов: пространственная дезориентация, брошюра по безопасности AM-400-03 / 1» (PDF) . Федеральное управление гражданской авиации . Проверено 9 февраля 2021 года .
  9. ^ a b Джедик, Рокки «Аполлон» (1 апреля 2013 г.). «Пространственная дезориентация» . Перейти к медицине полета . Проверено 30 июля 2016 года .
  10. ^ Превик, Фред Х .; Эрколайн, Уильям Р. (2004). Пространственная дезориентация в авиации . Рестон, Вирджиния: Американский институт астронавтики и воздухоплавания. DOI : 10.2514 / 4.866708 . ISBN 978-1-60086-670-8.
  11. ^ "Пространственная дезориентация - физиология" . Британника . Проверено 30 июля 2016 года .
  12. ^ Ньюман, Майкл С .; Лоусон, Бен Д .; Руперт, Ангус Х .; МакГрат, Брейден Дж. (13–16 августа 2012 г.). Роль перцептивного моделирования в понимании пространственной дезориентации во время полета и тренировки на наземном тренажере . Конференция AIAA по моделированию и имитационным технологиям. Миннеаполис, Миннесота: Американский институт аэронавтики и астронавтики. DOI : 10.2514 / 6.2012-5009 .
  13. ^ "Пилоты ANA в течение 17 секунд не знали, что самолет почти переворачивается вверх дном" . Япония сегодня . 31 августа 2012 . Проверено 11 февраля 2021 года . Самолет в какой-то момент наклонился более чем на 130 градусов влево, но темнота за окном означала, что многие из тех, кто находился на борту, не осознавали, что корабль почти перевернулся.
  14. ^ a b Джедик, Рокки 'Аполлон' (15 апреля 2014 г.). "JFK Jr Пайпер Саратога Мишап" . Перейти к медицине полета.
  15. ^ Кэмпбелл, Дуглас Э. (2018). ВПНавы! Патрульные самолеты USN, USMC, USCG и NATS, потерянные или поврежденные во время Второй мировой войны (ред. 2018 г.). Syneca Research. ISBN 978-1-387-49193-3.
  16. ^ Олс Брайан, Лесли; Stonecipher, Джесси У .; Арон, Карл (1954). Эксперимент с поворотом на 180 градусов . Университет Иллинойса. ASIN B0007EXGMI . LCCN a54009717 . OCLC 4736008 . ПР 207786М .    
  17. ^ Антуньяно, Мельчор Дж. «Медицинские факты для пилотов: пространственная дезориентация, визуальные иллюзии; брошюра по безопасности AM-400-00 / 1» (PDF) . Федеральное управление гражданской авиации . Проверено 9 февраля 2021 года .
  18. Ландсберг, Брюс (1 февраля 2009 г.). "Несчастные случаи с участием пилота безопасности: День, когда умерла музыка" . Ассоциация владельцев самолетов и пилотов . Проверено 11 февраля 2021 года .
  19. ^ Идентификация NTSB: NYC99MA178 (Отчет). Национальный совет по безопасности на транспорте . Проверено 11 февраля 2021 года .
  20. ^ Краткое описание авиационного происшествия AAB-02/02, номер происшествия CHI01MA011 (PDF) (Отчет). Национальный совет по безопасности на транспорте. 2002 . Проверено 28 февраля 2021 года .
  21. ^ "Пространственная дезориентация обречена на полет Карнахана" . Ассоциация владельцев самолетов и пилотов. 6 июня 2002 . Проверено 28 февраля 2021 года .
  22. ^ https://www.aircargonews.net/airlines/freighter-operator/ntsb-releases-atlas-air-freighter-crash-findings/
  23. ^ https://www.ntsb.gov/investigations/pages/DCA19MA086.aspx
  24. ^ "Останки японского пилота ASDF найдены через два месяца после крушения истребителя F-35A у Аомори" . The Japan Times . 7 июня 2019 . Проверено 11 февраля 2021 года .
  25. Йео, Майк (10 июня 2019 г.). «Япония обвиняет в крушении F-35 пространственную дезориентацию» . Новости обороны . Проверено 11 февраля 2021 года .
  26. ^ "Японский пилот разбился после 'пространственной дезориентации ' " . BBC News . 2019-06-10 . Проверено 10 июня 2019 .
  27. ^ Стейнбух, Ярон (2021-02-09). «У пилота вертолета Коби Брайанта была« пространственная дезориентация »перед катастрофой: NTSB» . New York Post . Проверено 9 февраля 2021 .
  28. ^ "Следователи сообщают, что пилот Коби Брайанта потерял ориентацию в облаках" . 2021-02-09 . Проверено 10 февраля 2021 .

Внешние ссылки [ править ]

  • "Лаборатория пространственной ориентации Эштона Грейбила - Университет Брандейса" . Проверено 30 июля 2016 года .