способ установления факта потери сознания летчиком в результате воздействия перегрузок

Формула изобретения

Способ установления факта потери сознания летчиком в результате воздействия перегрузки путем регистрации и анализа электромиограммы, отличающийся тем, что дополнительно с анализом степени снижения амплитуды электромиограммы регистрируют усилия захвата летчиком рукояток органов управления самолетом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к авиационной медицине, а именно к средствам спасения экипажа летательного аппарата (ЛА) при потере летчиком сознания в результате воздействия перегрузки путем своевременного формирования сигнала, который автоматически управляет системами либо задающими благоприятный режим полета ЛА без перегрузок, либо производящими катапультирование кресла пилота или отделение кабины ЛА.

Известен способ установления перегрузочной потери сознания (ППС), основанный на индикации состояния летчика путем регистрации комплекса его физиологических показателей, в частности регистрации и анализа электромиограммы через чувствительные датчики, укрепленные на теле летчика (1).

При потере сознания срабатывают световой и звуковой сигналы и через реле задержки времени включается сигнальная линия, которая управляет различными системами самолета. Если в ответ на световой и звуковой сигналы летчик не взял управления в свои руки, то включенная сигнальная линия передает управление самолетом автопилоту, который переводит самолет на безопасную высоту полета по кругу. В дальнейшем автопилотом может быть дана команда на катапультирование кресла или отделение кабины, а через соответствующие устройства, управляющие тягой двигателя, произведена посадка самолета на определенный аэродром.

Основными недостатками этого способа индексации ППС является то, что большинство датчиков, необходимых для регистрации показателей, или довольно громоздки и неудобны, а тем самым неприемлемы для летчиков, или их показания нуждаются в подтверждении со стороны других. При этом получение информативных биоэлектрических сигналов в лабораторных условиях существенно более легко решаемая задача, чем получение таких сигналов в кабине самолета.

К недостаткам применения большого комплекса параметров следует отнести и возникающее в этом случае своего рода противоречие: с одной стороны, увеличение числа показателей увеличивает достоверность индикации ППС, а другой же стороны, как во всякой многозвеньевой системе, с увеличением количества звеньев падает надежность системы и, что немаловажно, появляются дополнительные удобства и ограничения, с которыми летчики не склонны соглашаться в своей повседневной профессиональной деятельности. Кроме того, тщательность установки многочисленных датчиков и время, требуемое для этой процедуры, могут оказаться несовместимыми с реальной обстановкой.

Технической задачей изобретения является повышение достоверности индикации ППС и эффективности мероприятий, направленных на спасение экипажа ЛА в случае потери летчиком сознания в результате воздействия перегрузки.

Задача решается тем, что для установления факта потери сознания летчиком в результате воздействия перегрузки кроме регистрации электромиограммы (ЭМГ), дополнительно с ЭМГ регистрируют усилия захвата летчиком рукояток органов управления самолетом.

Приоритетным параметром, регистрируемым системой является электромиограмма (ЭМГ) крупных мышечных групп, например, четырехглавой мышцы бедра, передней большеберцовой мышцы или наружных косых мышц живота. Биоэлектрическая активность данных мышечных групп регистрируется в масштабе текущего времени постоянно пока действует перегрузка. Это обусловлено тем, что при потери сознания вследствие действия перегрузки одним из обязательных симптомов является резкое снижение биоэлектрической активности скелетной мускулатуры на фоне ее обязательного повышения в предыдущий период в процессе действия перегрузки.

В качестве дополнительных показателей используют оценку взаимодействия рук летчика с органами управления снижение усилия захвата ручек управления самолетом и двигателем (РУС и РУД) ниже заданного уровня.

Таким образом, в изобретении для функционирования системы индикации перегрузочной потери сознания (ИППС) предусматривается использование четырех информационных каналов:

уровень электромиографического сигнала.

усилие захвата РУС,

усилие захвата РУД,

перегрузка по оси Y самолета.

Этот набор показателей выбран на основе анализа экспериментальных данных, полученных в многолетних физиологических исследованиях на центрифуге.

На фиг. 1 4 показаны алгоритмы работы системы ИППС при наиболее вероятных вариантах развития событий в процессе возникновения ППС и при восстановлении сознания. При возрастании перегрузки выше установленного значения 4 ед. происходит автоматическое включение ИППС, т.е. система переходит в режим анализа сигналов электромиограммы и усилий захвата ручных органов управления момент времени Т.

На фиг. 1 показано, как в момент времени Т₂ амплитуда ЭМГ резко снижается на фоне ее предшествующего возрастания, причем амплитуда огибающий уменьшается ниже установленного критического уровня. Этот факт является приоритетным признаком потери сознания летчиком при действии перегрузок маневрирования. Через 1 с в момент времени Т₃ включаются светозвуковые раздражатели пилота (СЗРП) мигающее табло в поле зрения пилота и прерывистый звуковой сигнал в наушниках шлемофона. Если в течение 2 с после этого пилот мышечным напряжением не отключит ЗРП (точка Т₄ на фиг. 2), то после 2 с система ИПП выдаст сигнал о потери сознания пилотом. Одновременно изменится тон звукового раздражителя и загорится табло, извещающее пилота о факте установления его недееспособности момент времени Т₇. Сигнал ИППС, сформированный в этот момент, предназначен для использования бортовой ЭВМ с целью перевода самолета в безопасный режим полета, обеспечивающий при первой возможности снижение действующей перегрузки.

После срабатывания системы автопилота и снижения перегрузки до величины меньше 4 ед. (момент времени Т₉) анализ сигналов ЭМГ и силы захвата РУС и РУД прекращается, однако сигнал ИППС продолжает присутствовать на выходе системы до того момента, пока пилот осознанным действием вручную не отключит его (момент времени Т₁₀). До этого же момента будут включены светозвуковые раздражители.

Период от Т₇ до T₁₀ может продолжаться до 40 с это время восстановления относительной работоспособности летчика при переводе самолета в горизонтальный полет сразу же после обнаружения факта потери сознания.

Время необходимое для установления факта потери сознания (пеpиод от Т₂ до Т₇)составляет около 3 с.

На фиг. 2 представлена ситуация, когда летчик кратковременно (менее 3 с) снизил мышечное напряжение, но затем после включения СЗРП восстановил его - период от Т₂ до Т₄. Далее события развиваются также, как и на фиг. 1.

На фиг. 3 показана логика работы ИППС в ситуации, когда потеря сознания протекает не типично, а именно на фоне относительно высокого уровня электромиографического сигнала. Если пилот во время действия перегрузки ослабил захват РУД (Т₆), через 2 с включается СЗРП (Т₃), сигнализируя об этом факте. При восстановлении силы захвата РУД светозвуковые раздражители отключаются (Т₄). В момент времени Т₅ пилот ослабил силу захвата РУС, через 2 с включились СЗРП (Т₃), но летчик на это не реагирует и спустя несколько секунд отпускает РУД (Т₇). Немедленно (Т₇) появляется сигнал ИППС, изменяется тон звукового раздражителя, загорается табло сигнализирующие о факте потери сознания.

В момент Т₉ перегрузка снижается до критического значения - заканчивается анализ уровня сигналов ЭМГ и силы захвата РУС и РУД. В момент времени Т₁₀ пилот вручную осознанным действием отключает СЗРП и сигнал с выхода системы ИППС.

На фиг. 4 показана ситуация, когда пилот ослабил захват РУС (T₅), через 2 с включается СЗРП (Т₃), но пилот на это не реагирует, а затем снижается ниже критического значения и уровень сигнала ЭМГ (Т₂). Сразу же (T₂) появляется сигнал системы ИППС, изменяется тон звукового раздражителя и загорается табло сигнализирующие о наступлении потери сознания. В момент времени Т₈ появляется сигнал о конвульсивном сокращении мышц в процессе возвращения сознания, увеличивается уровень сигнала ЭМГ и сила захвата ручных органов управления, но сигнал системы ИППС при этом не пропадает. Не пропадает он и при снижении перегрузки ниже критического уровня. И только при полном восстановлении работоспособности пилот осознанным действием может отключить сигнал системы ИППС и светозвуковые раздражители (Т₁₀).

Испытатель (летчик) в полетном снаряжении располагается в кабине центрифуги (летательного аппарата). В нательное белье вмонтированы датчики ЭМГ, регистрирующие амплитуду ЭМГ с крупных мышечных групп нижних конечностей или живота (2-4 канала) в масштабе реального времени. При появлении перегрузки "голова-таз" величиной 3-4 ед. система индикации ППС включается в режим готовности.

В случае падения по любому из регистрируемых каналов амплитуды ЭМГ ниже критического уровня срабатывают аварийные светозвуковые раздражители, предупреждающие испытатели (летчика) об угрозе ППС (фиг. 1, 2). При потере сознания и отсутствии ответной реакции испытателя (летчика) на аварийные раздражители включается через реле задержки времени управляющий сигнал, дающий команду на включение автоматического управления, которое прекращает воздействие перегрузки (останавливает центрифугу, выводит самолет из маневра в горизонтальный полет, катапультирует летчика или отделяет кабину ЛА). Реле задержки времени устанавливается для того, чтобы предупредить ложное срабатывание автоматического управления, если после светозвукового аварийного предупреждения испытатель (летчик) берет управление в свои руки.

Вновь система приводится в исходное состояние готовности осознанным действием испытателя (летчика) после возвращения сознания и восстановления работоспособности.