Психология труда, инженерная психология, эргономика | Мир педагогики и психологии №01 (66) Январь 2022

Теоретический анализ проблемы влияния внешних эксплуатационных факторов на физиологическое состояние лётного состава

Алфимов Валерий Иванович
кандидат технических наук, доцент, старший преподаватель кафедры КЭАТ, Краснодарское высшее военное авиационное училище летчиков, РФ, г. Краснодар, valerij.alfimov@list.ru
Ганичев Владислав Александрович
курсант, Краснодарское высшее военное авиационное училище летчиков, РФ, г. Краснодар, vlad.ganichev.00@mail.ru

Аннотация: В статье рассматриваются основные эксплуатационные факторы полета, оказывающие влияние на психофизиологическое состояние лётчика. Отмечается, что при выполнении полетов происходит снижение профессиональной работоспособности летного состава под влиянием посторонних шумов, вибраций, пилотажных перегрузок, вестибулярных раздражителей, перепадов барометрического давления и других эксплуатационных факторов. В исследовании выявлено, что воздействие перегрузок приводит к нарушениям психических функций: нарушаются и ухудшаются двигательная координация, процессы восприятия, внимания, памяти и мышления, заметно возрастает процент ошибочных решений, снижается качество распознания показаний приборов, увеличивается среднее время речевой реакции. Также обращается внимание на то, что наибольшее значение для обеспечения высокого качества деятельности летного состава имеют особенности влияния вибрации на функции зрительного и вестибулярного анализаторов, на речь, а также на пространственно-временные характеристики сложнокоординированных управляющих движений. Авторами предложены профилактические мероприятия, направленные на снижение неблагоприятного воздействия эксплуатационных факторов полета на специалистов авиационного профиля.
Ключевые слова: лётчик, эксплуатационные факторы, перегрузка, шумы, вибрации, психофизиологическое состояние, профилактические мероприятия.

Alfimov Valery Ivanovich
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Senior Lecturer of the Department of design and operation of aviation equipment, Krasnodar Higher Military Aviation School of Pilots, Russian Federation, Krasnodar
Ganichev Vladislav Alexandrovich
cadet, Krasnodar Higher Military Aviation School of Pilots, Russian Federation, Krasnodar

Abstract: The article discusses the main operational flight factors that affect the psycho-physiological state of the pilot. It is noted that during the performance of flights there is a decrease in the professional performance of the flight crew under the influence of extraneous noise, vibrations, piloting overloads, vestibular stimuli, barometric pressure drops and other operational factors. The study revealed that the impact of overloads leads to disorders of mental functions: motor coordination, processes of perception, attention, memory and thinking are disturbed and worsened, the percentage of erroneous decisions noticeably increases, the quality of recognition of instrument readings decreases, and the average time of speech reaction increases. Attention is also drawn to the fact that the impact of vibration on the functions of the visual and vestibular analyzers, on speech, as well as on the spatial and temporal characteristics of complexly coordinated control movements, are of the greatest importance for ensuring the high quality of the flight personnel's activity. The authors propose preventive measures aimed at reducing the adverse impact of flight operational factors on aviation specialists.
Keywords: operational factors, overload, noise, vibration, psycho physiological condition, pilot, preventive measures.

Развитие современных летательных аппаратов, повышение маневренных характеристик, а также увеличение сложности и количества вариантов применения новейших самолетов значительно ужесточают требования к психофизиологической подготовке военного лётчика. В маневренном полете деятельность пилота носит более сложный, совмещенный характер и протекает в условиях значительного дефицита времени, быстрого изменения высот и скоростей полета. В этих условиях происходит снижение профессиональной работоспособности летного состава под влиянием посторонних шумов, вибраций, пилотажных перегрузок, вестибулярных раздражителей, перепадов барометрического давления и других эксплуатационных факторов.

В проводимом исследовании рассмотрим основные эксплуатационные факторы, влияющие на психофизиологическое состояние летчика, а именно перегрузку, шумы и вибрацию.

В авиационной и космической медицине перегрузкой считается показатель величины ускорения, воздействующего на человека при его перемещении. Он представляет собой отношение равнодействующей перемещающих сил к массе тела человека [1]. Перегрузка – безразмерная величина, однако часто единица перегрузки обозначается так же, как ускорение свободного падения, g. Перегрузка в одну единицу (или 1g) означает прямолинейный полет, 0g – свободное падение или невесомость. Допустимое значение перегрузок для самолетов гражданской авиации составляет 2,5g.

Рассмотрим более подробно влияние перегрузки на психофизиологическое состояние летчика. Воздействие перегрузок является значительным психологическим фактором, который проявляется и при выполнении полетов в зону, и при выполнении других полетов, сопровождающихся энергичным маневрированием.

Большое значение имеет центростремительное ускорение, возникающее при маневрировании и пилотаже и действующее на летчика в большинстве случаев в направлении таз-голова (перегрузка действует наоборот).

От устойчивости организма к воздействию этого ускорения в значительной мере зависит полнота использования скоростных и маневренных возможностей самолетов, а, следовательно, и боеспособность летчика [2].

Переносимость центростремительных ускорений, при которых перегрузка действует на летчика в направлении голова-таз, колеблется в широком диапазоне. Она зависит от величины, длительности и повторяемости воздействия ускорения, а также от функционального состояния организма летчика.

Зависимость предельно переносимой перегрузки от времени ее действия является достаточно простой: чем больше величина перегрузки, тем меньше время ее переносимости. По этой причине перегрузки пикообразного типа, возникающие при выполнении вертикальных фигур, переносятся легче по сравнению с перегрузками типа «площадок», имеющих место при выполнении горизонтальных фигур. Считается, что без особых расстройств организмом могут переноситься перегрузки до 8 g продолжительностью в среднем до 3 с и до 5 g продолжительностью в среднем 12-15 с. При мгновенном действии (0,1 с и меньше) так называемых ударных перегрузок, например, при катапультировании, летчик переносит двадцатикратные (и больше) перегрузки.

Исследования влияния повторных перегрузок на устойчивость к их воздействию, проводимые Д.В. Гандером [3] показали, что после одного-двух воздействий пикообразной перегрузки наступает период привыкания организма к их воздействию. Однако при высокой интенсивности маневрирования в некоторых случаях состояние адаптации организма может смениться фазой относительного снижения устойчивости, которая является следствием кумуляции (накопления) неблагоприятных эффектов действия перегрузки. Кумуляция эффектов перегрузки отмечается и при повторных вылетах, связанных с воздействием больших перегрузок. Хорошо подготовленный летчик способен выполнить без снижения устойчивости 3-4 полета на сложный пилотаж и воздушный бой в одну летную смену. При ухудшении функционального состояния организма понижение устойчивости, особенно у недостаточно подготовленного летчика, может наступить уже на втором полете.

Неблагоприятными факторами, снижающими переносимость перегрузок, являются утомление, перегревание организма в жаркое время года, невключение летчиком противоперегрузочного костюма (ППК), недостаточный уровень физической и летной подготовленности [4].

В развитии возникающих под влиянием перегрузок функциональных расстройств, таких, как снижение работоспособности, зрительные нарушения и обморочные состояния, ведущее значение имеют изменения кровообращения, обусловливающие временное гипоксическое состояние головного мозга (кислородное голодание). Определенную роль играют также и необычные по силе и сочетанию импульсы, поступающие в центральную нервную систему от смещаемых внутренних органов, вестибулярного аппарата и барорецепторов сосудистой системы [5].

Воздействие перегрузок приводит и к нарушениям психических функций: нарушаются и ухудшаются двигательная координация, процессы восприятия, внимания, памяти и мышления, заметно возрастает процент ошибочных решений, снижается качество распознания показаний приборов, увеличивается среднее время речевой реакции и др. [6, 7].

Так, например, исследования, проводимые К.К. Платоновым выявили, что у 34% исследованных летчиков на пилотаже отмечается серый туман, белая муть, серая сетка, пожелтение, темно-желто-фиолетовые тона с неясным видением окружающего; у 24% – серые шарики, зеленые искры, белые кружки, синие звездочки, пылинки, коричневые пятнышки, разноцветное мигание;  у 26% – ощущение темноты, белесого тумана, всепокрывающего серого фона, сквозь который ничего не было видно; у 1% – ощущение темноты только в одном глазу; у 15% – никаких подобных ощущений не было. Эти явления объясняются нарушениями кровообращения в сетчатке и коре головного мозга [8, с. 203].

Количество ошибок при решении простейших арифметических задач в полете до действия перегрузок, равное 6%, сразу после действия становится равным 33%. Это говорит о влиянии ускорения на процесс мышления [8, с. 206]. Летчики, многократно испытавшие воздействие значительной перегрузки (6 g и более), свидетельствуют о психических нарушениях не только во время действия перегрузки, но и в течение некоторого времени после ее прекращения. Феномен «последействия» или остаточного действия перегрузки проявляется в том, что в первые несколько секунд после перегрузки реакция летчика замедлена, координация остается плохой, возникают трудности в установлении режима горизонтального полета, мыслительные действия выполняются с ошибками.

Главная психологическая особенность выполнения маневров, сопровождающихся перегрузкой, заключается в том, что летчик своими управляющими движениями сам создает ту или иную перегрузку, а ее параметры (по типу обратной связи) в свою очередь имеют важное информационное значение для оценки летчиком режима полета. Кроме того, данная особенность позволяет пилоту предупреждать в полете выраженные зрительные расстройства и более опасные последствия, которые могут возникнуть при действии перегрузок большой величины [3].

Повышение безопасности маневренных полетов основывается на двух направлениях:

– профилактические мероприятия, связанные с медицинским обеспечением полетов с перегрузками;

– психофизиологическая подготовка летного состава к полетам с большими перегрузками [9, с. 30, 10].

По первому направлению разработана система динамического врачебного наблюдения, врачебно-летной экспертизы и восстановления летчиков высокоманевренных самолетов, которая должна осуществляться медицинской службой.

Психофизиологическая подготовка летчика к полетам с большими перегрузками включает различные элементы и осуществляется медицинской службой при активном участии летчиков, командиров и начальника физической подготовки части.

Теоретическая подготовка способствует повышению устойчивости и проводится со всем летным составом по следующим вопросам:

– особенности влияния больших перегрузок на летную работоспособность;

– методика выполнения защитных противоперегрузочных приемов;

 – устройство и особенности эксплуатации противоперегрузочного костюма;

– меры безопасности при полетах с большими перегрузками.

Обучение и тренировка в выполнении защитных противоперегрузочных приемов повышают устойчивость к перегрузкам в 2-2,5 раза. Они включают напряжение мышц живота и ног, задержку дыхания и выдох через суженную голосовую щель; проводятся они на статоэргометре со всем летным составом с противоперегрузочным снаряжением ППК-3 и установкой для создания избыточного давления до 0,3 кгс/см² типа КУ-8 или КПТ. В процессе такой тренировки летчики обучаются особенностям эксплуатации и подгонки нового противоперегрузочного снаряжения [9, с. 30].

Специальная физическая тренировка повышает устойчивость летного состава к перегрузкам. Проводится она с летчиками, имеющими недостаточный уровень устойчивости к перегрузкам на комплексе силовых тренажеров (статоэргометры «Рычаг», «Вертикаль» и др.). Кроме того, тренировка мышц шеи позволяет предупредить неблагоприятные для летчика последствия поворотов головы при осмотре задней полусферы в момент действия перегрузок.

Устойчивость организма к воздействию перегрузок определяется дееспособностью сердечно-сосудистой системы, а также способностью противостоять нейродинамическим факторам перегрузки. В этой связи уровень устойчивости пилота к перегрузкам в значительной степени будет зависеть от тренированности организма в беге на дистанции 200-400 м как наиболее эффективном средстве воздействия на сердечно-сосудистую и дыхательную системы и от состояния мышц туловища и нижних конечностей, препятствующих проявлению нейродинамических факторов.

На занятиях по легкой атлетике особое внимание необходимо уделять формированию высоких адаптационных возможностей сердечно-сосудистой системы, ее дееспособности. Это достигается многократным пробеганием отрезков 100-400 м на высокой скорости.

На занятиях гимнастикой особое внимание необходимо уделять укреплению мышц брюшного пресса. Для этого нужно выполнять такие упражнения как подъем переворотом, поднимание прямых ног к перекладине, держание угла в упоре на брусьях и т.п.

Занятия по формированию устойчивости организма к перегрузкам должны проводиться комплексно. При этом следует сначала проводить тренировку в беге, а затем на снарядах и лопинге.

Таким образом, с помощью средств физической подготовки формируется высокая работоспособность сердечно-сосудистой и дыхательной систем организма, в результате чего выравнивается изменение кровяного давления под воздействием ускорений, а высокая кислородная емкость крови обеспечивает устойчивость к воздействию различного рода перегрузок. Хорошо развитые мышцы брюшного пресса обеспечивают фиксацию внутренних органов, а сокращение мышц нижних конечностей препятствует смещению крови, что также имеет важное значение для переносимости перегрузок.

С помощью указанных средств и методов физической подготовки можно на 30-40% повысить устойчивость организма к перегрузкам [11, с. 264-265].

Тренировка на центрифуге также повышает устойчивость к перегрузкам и проводится в течение двух-трех рабочих дней перед началом освоения летчиком больших перегрузок. Состоит она из режимов воздействия ступенчато нарастающих перегрузок величиной от 5g до 9g, со скоростью нарастания 1 g/с и длительностью до 15 с.

Специальная подготовка в полетах на сложный пилотаж и воздушный бой в процессе их систематического выполнения повышает устойчивость к перегрузкам в 2-2,5 раза и состоит из различных этапов в зависимости от уровня подготовленности летчика и целей подготовки.

На начальном этапе полеты на сложный пилотаж выполняются с перегрузками до 6-7 g, длительностью до 15 с. Основное назначение – выработка прочных навыков пилотирования самолета, выполнения защитных противоперегрузочных приемов и контроля своего состояния [9, с. 31].

Не менее важными эксплуатационными факторами, влияющими на психологическое состояние летчика в полете, являются шумы и вибрация. Данные факторы в условиях полета оказывают влияние, близкое к тому, с которым человек встречается и на земле. Шумы снижают все виды чувствительности, но особенно слуховую, физическую и умственную работоспособность, а также ускоряют появление усталости. Продолжительные шумы нарушают внимание и приводят к нарушениям сна [12, с. 134-135].

Одним из наиболее мощных источников шума являются вертолеты и самолеты, особенно сверхзвуковые. Основные причины шума лежат в области аэродинамики рабочего тела двигателя. Из-за огромной скорости реактивная струя турбулизирует окружающий её воздух, вследствие чего возникает шум. Кроме того, шумят механические детали: компрессор и турбина, лопатки которых тоже создают значительную турбулентность. Шум турбины имеет специфические особенности, главная из которых связана с высокой крупно- и мелкомасштабной неравномерностью и флуктуациями потока, выходящего из камеры сгорания. Это значительно усиливает все широкополосные и дискретные составляющие шума турбины. В результате турбина создает широкополосный шум как в области низких, так и высоких частот [7].

Также в полёте источником шума различной частоты и интенсивности могут быть колебания и вибрации различных отдельных частей двигателя и самолета, трение вращающихся поверхностей, трение потока воздуха, поступающего через воздухозаборник, турбулентность струи газов реактивного сопла, движение воздуха в вентиляционных трубах, аэродинамический шум, работа бортовой аппаратуры. Обычно авиационный шум по частоте характеризуется как широкополосный и включает весь спектр слышимых звуков [9, с. 48].

На больших высотах в результате разрежения воздуха шум уменьшается. В целом аэродинамический шум составляет до 95% всего шума, возникающего при полёте самолёта. На больших скоростях аэродинамический шум достигает 180 дБ, что значительно превышает порог болевой чувствительности. В среднем, в горизонтальном полёте на высотах до 900 метров шум в кабине самолёта колеблется от 80 до 85 дБ.

Человеческий организм посредством физиологических механизмов адаптируется к шуму. При ежедневном воздействии в течение нескольких часов на слуховой анализатор шум не должен превышать 85 дБ. Более значительный уровень шума может вызвать снижение слуха и привести к глухоте. Наиболее опасным для слуха является звуковое давление в полосе частот 3000-4000 Гц [11, с. 77].

Устойчивость к воздействию шумов зависит от индивидуальных особенностей организма. При большой интенсивности и длительности воздействия шум вызывает общее утомление организма и особенно слухового анализатора, что значительно снижает качество профессиональной деятельности.

К функциональным сдвигам при воздействии шума можно отнести утомление слухового анализатора и центральной нервной системы. Время ответной реакции при этом увеличивается, ухудшаются функции внимания, расстраивается деятельность вестибулярного аппарата.

В полете пилот подвергается также действию вибрации. Как и шум, вибрация имеет колебательный характер, но являясь по своей природе механическим колебанием, она требует неизмеримо большего энергетического подкрепления, поскольку при этом приводится в движение не воздушная среда, а тело человека. Вибрации воспринимаются тактильными анализаторами кожи, слуховым и вестибулярным анализаторами. Действие вибрации может вызвать резонансную вибрацию внутренних органов и отдельных тканей [11, с. 77].

Основные источники вибрации в полете – работающие двигатели и аэродинамические силы, воздействующие на самолет.

Воздействие вибрации на организм зависит от ее продолжительности, амплитуды, частоты и направления. Наиболее неприятны вибрации, действующие по направлению вертикальной оси рабочей позы пилота.

Вибрация может приводит к снижению эффективности деятельности летного состава как прямым путем, непосредственно затрудняя процесс пилотирования, так и косвенным, ухудшая работоспособность за счет нарушения функционального состояния организма. Наибольшее значение для обеспечения высокого качества деятельности летного состава имеют особенности влияния вибрации на функции зрительного и вестибулярного анализаторов, на речь, а также на пространственно-временные характеристики сложнокоординированных управляющих движений [13].

Переносимость вибрации в значительной степени определяется их частотой и амплитудой, что и определяет допустимые нормы как предел толерантности к вибрациям [11]. Непереносимые вибрации приводят к временной потере работоспособности.

Особо актуальна проблема вибровоздействий для летного состава, эксплуатирующего вертолеты. Это связано с тем, что низкочастотная вибрация вертолетов (основная энергия сосредоточена в диапазоне частот от 3 до 20 Гц) передается по телу человека практически без потерь и является резонансной для внутренних органов, головы, рук и ног. В этом частотном диапазоне виброускорение достигает 2,0-4,8 м/с² (в зависимости от типа вертолета, степени его эксплуатационной изношенности, режима полета и других причин).

Вибрация самолетов на порядок ниже по уровню воздействия, а основной частотный спектр ее выше 100 Гц, что практически исключает ее передачу по телу летчика, но при этом ограничивается действием лишь в месте приложения.

Нормативные документы по допустимым уровням вибрации в салонах и кабинах экипажа ограничивают величину виброускорений до 1 м/с² в частотном диапазоне от 3 до 20 Гц включительно и 1,26-4,0 м/с² – в частотном диапазоне от 20 до 80 Гц.

К мерам профилактики неблагоприятного действия шума и вибрации можно отнести:

– обязательное использование средств индивидуальной защиты различных классов;

– учет при планировании полетных заданий вероятности снижения работоспособности летчика вследствие действия вертолетных вибраций после 1,5-2 ч общего налета за летную смену;

– использование профилированных опорных прокладок па креслах и виброгасителей, снижающих передачу вибрации на тело летчика;

– проведение целенаправленных медицинских осмотров и осуществление аудиометрических исследований летного состава, подвергающегося воздействию интенсивного уровня шумов, а также применение профилактической витаминизации (группа В и С) [9, с. 51].

В качестве вывода проводимого исследования можно констатировать, что на психологическое состояние летчика большое влияние оказывают такие эксплуатационные факторы полета как перегрузка, шумы и вибрация. Поэтому для повышения безопасности маневренных полетов, а именно, для снижения влияния эксплуатационных факторов полета на летный состав, необходимо особое внимание уделить двум направлениям: профилактическим мероприятиям, связанным с медицинским обеспечением полетов с перегрузками и психофизиологической подготовке летного состава к полетам с большими перегрузками, включающей в себя теоретическую подготовку, специальные физические тренировки, тренировки на центрифуге и специальную подготовку в полетах на сложный пилотаж и воздушный бой. Также необходимо выполнять профилактические мероприятия, снижающие неблагоприятное воздействие шумов и вибраций на психофизиологическое состояние членов летного экипажа.

1. Перегрузки и их действие на человека в разных условиях [Электронный ресурс]. URL: http://ria.ru/20181011/1530453074.html. (дата обращения 22.01.2022).
2. Дмитренко А.Ю. Психолого-педагогические основы обеспечения безопасности полетов / А.Ю. Дмитренко, А.В. Шашлов // Актуальные проблемы безопасности жизнедеятельности и физической культуры : Сборник научных статей факультета физической культуры и безопасности жизнедеятельности / Под редакцией Л.В. Кашицыной. – Саратов : Издательство "Саратовский источник", 2018. – С. 45-49.
3. Гандер Д.В. Психологическая подготовка лётчика. – М.: Воениздат, 1983. – 146 с.
4. Алфимов В.И. Формирование способностей курсантов-летчиков к взаимодействию в экипаже воздушного судна / В. И. Алфимов, Ю. П. Сосновский // Проблемы и современные пути развития образования в области аэронавигации : Сборник материалов V Всероссийской педагогической научно-методической конференции, Сызрань, 24 мая 2020 года / Под редакцией А.Н. Моисеева. – Сызрань: Межрегиональный центр инновационных технологий в образовании, 2020. – С. 132-135.
5. Стресс и эмоциональное выгорание: методы профилактики : коллективная монография / А. Ю. Нагорнова, Т. Д. Азарных, О. И. Каяшева [и др.]. – Ульяновск : ИП Кеньшенская Виктория Валерьевна (издательство "Зебра"), 2019. – 79 с. – ISBN 978-5-6043667-6-9.
6. Меденков А.А, Нестерович Т.Б. Влияние функционального состояния военного лётчика на безопасность полётов // Зарубежное военное обозрение. – 2017. – № 9. – С. 57-63.
7. Царюк А.Д. Психические познавательные процессы и их учёт профессорско-преподавательским составом в ходе занятий / А.Д. Царюк, А.Ю. Дмитренко, С.Н. Усов // Межвузовский сборник научных трудов / Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования «Краснодарское высшее военное авиационное училище летчиков имени Героя Советского Союза А.К. Серова» Министерства обороны Российской Федерации. – Краснодар : Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования «Краснодарское высшее военное авиационное училище летчиков имени Героя Советского Союза А.К. Серова» Министерства обороны Российской Федерации, 2018. – С. 148-152.
8. Платонов К.К. Психология летного труда. – М.: Воениздат, 1960. – 348 с.
9. Психофизиологические возможности летчика. – М.: Воениздат, 1994. – 121 с.
10. Анищенко А.Н. Проблема обеспечения безопасности летной деятельности в современных условиях развития авиации / А.Н. Анищенко, К.П. Скориков, А.Н. Маньшин // Актуальные проблемы физической культуры и безопасности жизнедеятельности : Сборник научных трудов факультета физической культуры и безопасности жизнедеятельности / Под редакцией Л.В. Кашицыной. – Саратов : Издательство "Саратовский источник", 2019. – С. 22 26.
11. Макаров Р.Н. Основы формирования профессиональной надежности летного состава гражданской авиации: учебное пособие. – М.: Воздушный транспорт, 1990. – 384 с.
12. Платонов К.К. Основы авиационной психологии. – М.: Транспорт, 1987. – 222 с.
13. Руководство по медицинскому обеспечению полетов авиации Вооруженных сил СССР. – М.: Воениздат, 1991. – 168 с.