proatom.ru - сайт агентства ПРоАтом
Журналы Атомная стратегия 2022 год
  Агентство  ПРоАтом. 25 лет с атомной отраслью!              
Навигация
· Главная
· Все темы сайта
· Каталог поставщиков
· Контакты
· Наш архив
· Обратная связь
· Опросы
· Поиск по сайту
· Продукты и расценки
· Самое популярное
· Ссылки
· Форум
Журнал
Журнал Атомная стратегия
Подписка на электронную версию
Журнал Атомная стратегия
Атомные Блоги





Подписка
Подписку остановить невозможно! Подробнее...
Задать вопрос
Наши партнеры
PRo-движение
АНОНС
Вышло в свет второе издание двухтомника Б.И.Нигматулина. Подробнее
PRo Погоду

Сотрудничество
Редакция приглашает региональных представителей журнала «Атомная стратегия» и сайта proatom.ru. E-mail: pr@proatom.ru Савичев Владимир.
Время и Судьбы

[24/06/2013]     Тренажеры ледового плавания: «за» и «против»

Н.Н. Григорьев, проф. каф. Технических средств навигации Гос. университет морского и речного флота им. адм. С.О.Макарова, М.М. Наконечный, капитан дальнего плавания, советник ген. директора ООО «СКФ Арктика»; А.М. Железняков капитан дальнего плавания, к.э.н.

В 1991 г. Северный морской путь (СМП) был открыт для международного судоходства с последующим включением в  транспортно-логистический  список международного судоходства, и  позиционируется сейчас как наиболее перспективная трасса.


В качестве основного преимущества декларируется сокращение расстояния на стандартном рейсе Роттердам – Иокогама. Главным препятствием для реализации плавания по сокращенному варианту были и продолжают оставаться льды Арктики. Вопросы плавания по СМП, отнюдь, не однозначные. Уповая на сокращение расстояния, не лишним будет вспомнить пословицу: «Умный в гору не пойдет; умный гору обойдет». 
 
Тем не менее, всестороннее «наступление» на Арктику началось. Не вникая в правовые, экологические и другие значимые вопросы по осуществлению ледового плавания, затронем лишь один – вопрос подготовки кадров. Нельзя отрицать факт снижения качества морского образования во всем мире. Во многом, безопасность судоходства обеспечивают современные средства навигации, но это только до тех пор, пока не случится нестандартная ситуация. Прав американский капитан Ричард А. Кейхилл, считавший, что: «Незаурядный  моряк использует свою незаурядную рассудительность, чтобы избегать ситуаций, требующих его незаурядного мастерства». При всем желании, избежать незаурядных ситуаций в условиях ледового плавания невозможно, а, вот минимизировать  возникновение незаурядных ситуаций можно благодаря искусству судоводителей и, прежде всего, искусству капитана. Однако опыт ледового плавания накапливается даже не годами,  а десятилетиями. Сегодня же капитаном судна можно стать через четыре-пять лет, то есть через 36 месяцев реального плавания. И только на ледоколах сроки остались прежними – 12-15 лет. 

Желание извлечь прибыль из столь заманчивой перспективы как сокращение расстояния коснулось многих сторон судоходного бизнеса. Для обеспечения безопасности мореплавания на трассах СМП и замерзающих акваториях морских портов в зимний период, а также для удовлетворения требований судоходных компаний по дополнительной подготовке судоводителей, осуществляющих плавание в ледовых условиях, морские учебно-тренажерные центры разработали программы тренажерной подготовки судоводителей. На тренажерах установлены математические модели ледовой обстановки, позволяющие отрабатывать элементы управления и маневрирования судном. Программы включают также теоретическую подготовку по льдам: их виды, сплоченность, характеристики.

Объективность обучения на ледовых тренажерах

Тема ледового плавания после многих лет забвения вновь «входит в моду», чему поспособствовала череда аварий, связанных  с плаванием во льдах. Из всех аварий, происшедших в 2010 г., 23% приходится на плавание во льдах. По разным оценкам, от 80 до 95% аварий связано с влиянием человеческого фактора. За последние два десятилетия утеряно мастерство ледового плавания в связи со значительным сокращением плавания по СМП в период летних навигаций. Приводимые оценки повышения интенсивности плавания на трассах СМП за счет роста тоннажа судов не вполне корректны. Опыта набираются не суда, а люди, которые совершают ледовые плавания.

Создание и интенсивное использование ледовых тренажеров в сложившихся условиях весьма своевременно. Однако следует объективно оценивать возможности ледовых тренажеров в процессе подготовки моряков. Было бы ошибочно полагать, что тренажер может научить плаванию во льдах. Лед – особая стихия, поведение которой при воздействии на нее судна вряд ли можно предсказать с достаточной точностью. На ледообразование влияют множество факторов (соленость, ветровое воздействие и др.).  Эти же факторы воздействуют и на поведение судна, входящего в лед.

В соответствие с моделью поведения льда на ледовом тренажере, битый лед исчезает, в то время как в реальных условиях льдины попадают под корпус, образуются «ледовые подушки», существенно влияющие на эффективность работы судна.

Поэтому говорить о том, что ледовый тренажер способен научить плаванию во льдах, надо с осторожностью. Другое дело, что на тренажере можно и нужно отрабатывать первичные навыки плавания во льдах, особенно, взаимодействие ледокола и проводимых им судов, что имеет существенное значение для обеспечения безопасности мореплавания. Первичные навыки плавания в ледовых условиях полезны, но дальнейшее совершенствование ледовых тренажеров скорее скажется на их стоимости, а не на качестве подготовки моряков. Математика - наука «упрямая»: что на входе, то и на выходе. Сегодня же на входе слишком мало достоверных данных и, следовательно, на нестандартный маневр тренажер отреагирует стандартно. В итоге «злоупотребление» тренажерной подготовкой плавания в ледовых условиях может привести к проявлению интерференции навыков в реальных условиях ледового плавания.

Конкуренция среди морских учебно-тренажерных центров вынуждает покупать всё более современные тренажеры, в том числе, и по ледовому плаванию. И не случайно, что по окончании обучения слушатели отмечают «высокий профессиональный уровень подготовки, необходимость подобной тренажерной подготовки для предотвращения возможных аварийных происшествий, связанных с плаванием во льду». Но возникнет вопрос:  как люди, не имеющие опыта ледового плавания, могут давать высокие оценки тому, с чем они не сталкивались в реальных условиях?

Зависимость от тренажерной подготовки

Анализируя современные виды подготовки в различных отраслях, можно отметить тенденцию попадания в зависимость от тренажерной подготовки. Ряд специалистов призывают заменить реальную практику тренажерной подготовкой, считая ее полноценным эквивалентом практическим навыкам.

Реклама сайтов различных тренажерных центров, занятых подготовкой специалистов для авиации, морского флота и других видов деятельности, утверждает, что современные тренажеры в полной мере позволяют отрабатывать все элементы эксплуатации самой современной техники с высокой степенью достоверности. Хотя высокая степень достоверности динамического поведения моделируемого объекта вряд ли возможна в принципе. Дело в том, что реальное поведение любого, даже самого предсказуемого динамического объекта нельзя строго описать линейными уравнениями. Неизбежные допущения и упрощения при управлении реальными динамическими объектами могут вызвать последствия, неадекватные прогнозируемому ожиданию. В некоторых реальных ситуациях эти последствия могут быть незначительными, но иногда они могут привести к катастрофе.

Авария аэробуса А300

12 ноября  2001 г. самолет А300 авиакомпании " American Airlines ", выполнявший рейс по маршруту Нью-Йорк - Доминиканская Республика, через считанные минуты рухнул после взлета из международного аэропорта имени Джона Кеннеди. Причиной гибели аэробуса А300 явился человеческий фактор. К такому выводу пришли специалисты Национального управления США по безопасности на транспорте, объявившие о результатах своего расследования.

«О том, что происходило в это время на борту самолета, можно только догадываться, основываясь на расшифровках записей «черных ящиков», — сообщил один из сотрудников Национального бюро контроля за безопасностью на транспорте. - Через минуту после взлета второй пилот, в то время управлявший лайнером, сообщил, что самолет попал в зону турбулентности (курсив авторов), созданную другим самолетом. Еще через 47 секунд запись зафиксировала странный дребезжащий звук, который постоянно усиливался. Через две минуты этот звук стал еще сильнее, второй пилот приказал увеличить тягу двигателей до максимума из-за того, что он, похоже, терял контроль над самолетом. Через 17 секунд после этого запись оборвалась».

Серьезные последствия попадания самолета в турбулентный поток редки, но известны. Именно так погиб под Питтсбургом в сентябре 1994 г. Боинг 737 авиакомпании «US Airways». Тогда самолет просто развалился в воздухе, попав в зону турбулентности, созданную другим самолетом. В пользу этой версии свидетельствуют и очевидцы, говорившие, что перед падением самолет трясся и что до самого момента падения не было ни дыма, ни взрывов. Версия о турбулентном потоке была признана наиболее правдоподобной, так как объясняла все особенности случившегося, а также действия экипажа перед катастрофой. Зона турбулентности, в которую мог попасть аэробус, возможно, была создана взлетевшим за 2 минуты 20 секунд до него самолетом японской авиакомпании JAL.

Уровень надежности самолетов типа A300 производители оценивают в 99%. Катастрофы самолета этого типа относительно редки, и до сих пор их причинами становились не технические неполадки, а ошибки пилотов или иные обстоятельства, обычно объясняемые человеческим фактором.

Специалисты пришли к выводу, что причиной гибели лайнера явились «ненужные лихорадочные действия» второго пилота корабля Стена Молина, пытавшегося при взлете стабилизировать положение самолета с помощью руля поворота. Действия пилота привели к резкому усилению давления на хвостовую часть лайнера, что в итоге привело к ее отделению. Специалисты Национального управления по безопасности на транспорте также выявили серьезные пробелы в подготовке авиакомпанией "American Airlines" своего летного персонала. Как считают эксперты, эта ошибка стала возможной из-за чрезмерно чувствительной системы управления Airbus A300-600 и неадекватной программы тренировок авиакомпании «American Airlines». Согласно докладу NTSB, фактическая причина инцидента состояла в «отделении вертикального стабилизатора во время полета в результате перегрузок, которые были созданы ненужным и чрезмерным давлением второго пилота на педаль управления».

На деле, как пояснил председатель комиссии по расследованию, все происходило следующим образом. Набирающий высоту Airbus A300-600 неожиданно для пилотов попал в зону турбулентности, вызванную самолетом Boeing 747, взлетевшим незадолго до рейса 587. Второй пилот попытался стабилизировать воздушное судно, используя при этом педали, которые управляют рулем направления на хвосте самолета. Когда его действия не принесли ожидаемого результата, он попробовал повторить их еще и еще раз. Однако хвост самолета не выдержал перегрузок и за несколько секунд буквально отвалился от фюзеляжа.

Как пояснил журналистам эксперт NTSB Дэвид Иви, пилот не должен был этого делать: использовать педали управления рулем направления необходимо, только когда самолет идет на посадку или при сильном встречном ветре. «Во всех остальных случаях ноги пилота должны быть на полу», – отметил он. В связи с этим комиссия посчитала, что Стив Молин действовал «без необходимости и агрессивно». Других вероятных физических причин авиакатастрофы эксперты NTSB не нашли.

В то же время авиакомпании «American Airlines» и Федеральному управлению авиации США NTSB посоветовало модернизировать стандарты учебно-тренировочной базы, так как «агрессия» пилота могла быть результатом «чрезмерного тренажа на симуляторах в ходе обучения» (курсив авторов). По мнению экспертов, Молин, возможно, имел «нереалистичное и преувеличенное представление об эффектах турбулентности и ошибочно связал вход самолета в зону турбулентности с необходимостью в агрессивных методах восстановления баланса».

Заключение комиссии по расследованию катастрофы вызвало бурную реакцию как у самолетостроителей, так и у авиакомпании, которая обучала пилота. «American Airlines» принялись винить «Airbus Industry» в том, что компания скрыла особенную чувствительность системы управления. Представители авиакомпании заявили, что за время использования Airbus A300 произошло не менее трех случаев, когда у аэробуса практически отваливался хвост при аналогичных перегрузках, однако эта информация никогда не раскрывалась производителем, тем более, не предпринимались какие-либо действия по устранению этого недостатка.

В ответ «Airbus Industry» заявила, что еще в 1997 г. после одного из случаев со своим самолетом она предупреждала «American Airlines», что «резкое движение руля в некоторых обстоятельствах может привести к быстрой потере высоты» и далее отрыву хвостовой части. В официальном заявлении компания фактически заявила, что удивлена выводами NTSB, потому что чувствительность руля не имела к трагедии никакого отношения, так как второй пилот просто слишком сильно давил на педали. «Пилот действовал так, как его обучили» (курсив авторов), – намекнул представитель самолетостроителей».

Вывод отсюда очевиден: математическая модель симулятора, возможно, предусматривала минимизацию влияния турбулентности при резких перекладках руля на поведение математической модели, но  не учитывала физические последствия для реального самолета.

Вихревые потоки – явление распространенное, трудно поддающиеся моделированию. Одно дело, когда речь идет о дыме от сигареты, и совсем другая ситуация, когда это касается вихрей, возникающих вокруг крыла самолета или пера руля судна. Как можно предположить из результатов расследования аварии, происшедшей с самолетом А300, попытки моделировать турбулентные потоки на симуляторах предпринимались применительно к управлению (частые и резкие перекладки руля), но без учета прочностных характеристик конструкции самолета. Неизбежное упрощение очень сложной математической модели пришлось «на стык»: турбулентный поток – прочность конструкции самолета. Именно это сопряжение оказалось слабым звеном, что и стало причиной аварии. Математическая модель вихревых потоков была смоделирована американскими учеными сравнительно недавно [1,2], и в математических моделях симуляторов явно еще не использовалась. 

Плавание судов в ледовых условиях

Аналогичной проблемой тренажерной подготовки является и плавание судов в ледовых условиях. В прежние годы проблема подготовки к плаванию во льдах решалась в условиях реального плавания. В Советском Союзе практически все морские и речные пароходства были задействованы в сезонных завозах продовольствия и снабжения в арктические регионы. Кроме того, осуществлялись научные экспедиции в Антарктиду. Поскольку большая часть портов страны замерзает, можно утверждать, что подавляющее большинство судоводителей имели опыт ледового плавания. По мере карьерного роста этот опыт аккумулировался и закреплялся. Наиболее опытными в вопросах ледового плавания справедливо считают капитанов ледоколов. Именно капитанами ледоколов написаны книги по тактике ледового плавания. Но с распадом СССР практика ледового плавания перешла в разряд эпизодической.

Объективность симулятора складывается из нескольких составляющих, но, прежде всего, она зависит от качества математической модели, моделирующий процесс. Наиболее сложными из всех симуляторов являются те, которые моделируют поведение объекта управления в экстремальных условиях. Для авиации, например, это попадание в сложные метеорологические условия, попадание самолета в зону турбулентного потока, взлет и посадка самолета. На морском флоте это швартовка судна к причалу в сложных гидрометеорологических условиях, задачи расхождения судов и прочее.

Особое место занимают тренажеры, моделирующие плавание в ледовых условиях. Дело в том, что вопросами механики разрушения льда, в контексте  управления судном, не занимались. Хотя такие вопросы относятся к разряду наиболее сложных проблем механики. 
     
О проблемах построения математических моделей в статье «Содержание механики и ее задачи» пишет академик А.Ю.Ишлинский: «Строгое решение многих проблем механики чаще всего оказывается крайне сложным. Поэтому в задачах механики конкретной сплошной среды (воды, асфальта, бетона, природного газа, капрона, стали) ученому приходится обычно допускать упрощенные предположения о поведении такой среды при ее движении и деформации. Тем самым уравнения движения или равновесия фактически составляются для некоторой воображаемой среды, лишь  приближенно отображающей существенные в данном процессе свойства реальной. Такая «подмена» называется построением модели сплошной среды… Математическая сложность решения задач механики не является главным препятствием для ее развития. Затруднения часто возникают уже при постановке проблемы, то есть при ее формулировке как задачи математики или экспериментального исследования. Здесь важно выделить в изучаемом явлении действительно главное, правильно выбрав модель среды и дополнительные рабочие гипотезы. Особенно существенно составление уравнений в строжайшем соответствии с основными законами механики или их следствиями. Даже малая ошибка в постановке задачи механики зачастую приводит к неверному результату» [3].

Там же А.Ю.Ишлинский пишет: «В пределах одного и того же состояния механические свойства тел разной природы могут резко отличаться друг от друга… Воздух – классический пример газа. Тем не менее, при скорости самолета, достигающей даже трети скорости звука, воздух можно считать несжимаемой жидкостью. Теоретические расчеты, основанные на таком предположении, очень хорошо согласуются с результатами измерений при продувании самолета или их моделей в аэродинамической трубе, а также с результатами летных испытаний опытных конструкций. Медь, сталь, никак не похожи на сжимаемую жидкость, к тому же лишенную внутреннего трения. Однако расчет явлений, возникающих при действии кумулятивных зарядов, можно проводить так, как если бы жидкая струя встречалась с другой жидкостью». 

Пример некорректной постановки задачи и следствие этого приводится в   очерке А.Н.Крылова «Значение математики для кораблестроителя» [4]. Знаменитый итальянский математик Туллио Леви-Чивита по приглашению Австрийского общества инженеров сделал доклад «О динамической нагрузке упругих систем»: «Изящнейшими с математической стороны выводами он установил некоторый общий критерий, которым определяется верхний предел динамической нагрузки, то есть такое значение ее, при которых она при данных обстоятельствах превзойти уже не может.

В формулы Леви-Чивита входит продолжительность действия нагрузки, поэтому, например, получилось, что при проходе поезда по мосту динамическая нагрузка тем больше, чем скорость хода поезда меньше.

Как праведный математик он верит своей формуле больше, нежели глазу и здравому смыслу, и не видит наглядной несообразности. Математически его формула верна, но она дает слишком большое значение сказанного верхнего предела, не имеющее практического значения (курсив автора)».

В подтверждение своих слов  А.Н.Крылов приводит выдержку из полемики знаменитого английского натуралиста Гексли с В.Томсоном: «Математику можно сравнить с мельницей превосходного устройства, которая перемалывает что угодно до любой тонкости, тем не менее, то, что вы получаете, зависит от того, что вы засыплете, и как великолепнейшая в мире мельница не доставит нам пшеничной крупчатки  из лебеды, так и страницы формул не доставят вам определенного результата по сомнительным данным». 

В очерке «Кораблестроительный стаж на Франко-русском заводе. П.А. Титов» А.Н. Крылов рассказывает об инженере-самоучке А.П.Титове, который благодаря природному уму и практическому опыту выработал глазомер, позволяющий ему определять правильность расчетов. Сравнивая эти две ситуации, А.Н.Крылов делает оригинальный вывод: «Титова знали немногие корабельные инженеры того времени. Знаменитого Леви- Чивита за его чисто математические работы знают и почитают математики всего мира. Если бы вы готовились быть математиками, я пожелал бы вам стать Леви-Чевитами, но вы готовились быть корабельными инженерами, поэтому желаю вам стать Титовыми».

Заключение

Анализируя нынешнее состояние подготовки судоводителей к плаванию в ледовых условиях и перспективы освоения СМП, перефразируя А.Н. Крылова, можно пожелать: судоводителям становиться «Титовыми» в области ледового плавания. Касательно математического моделирования плавания в ледовых условиях, здесь  еще предстоит сказать свое веское слово «Леви-Чевитам». Однако для этого потребуется проведение серьезных исследований, вложение значительных средств, а главное поиск специалистов, способных решать такие сложные задачи.          
                   
Источники
1.     http://www.gazeta.ru/science/2013/03/06_a_5001013.shtml
2.     http://xeon.co.ua/fiziki-vpervyie-smodelirovali-vihrevoy-potok-v-zhidkosti/
3.     Ишлинский А.Ю., Механика: идеи, задачи, приложения. М.: Наука, 1985. 624 с.
4.     Собрание трудов академика  А.Н. Крылова, т.1, ч.2, Издательство Академии Наук СССР, М.-Л., 1951.,  323 с.
 

 
Связанные ссылки
· Больше про Атомный флот
· Новость от Proatom


Самая читаемая статья: Атомный флот:
Энергетические блоки атомного подводного флота

Рейтинг статьи
Средняя оценка работы автора: 5
Ответов: 1


Проголосуйте, пожалуйста, за работу автора:

Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Нормально
Плохо

опции

 Напечатать текущую страницу Напечатать текущую страницу

"Авторизация" | Создать Акаунт | 2 Комментарии | Поиск в дискуссии
Спасибо за проявленный интерес

Re: Тренажеры ледового плавания: «за» и «против» (Всего: 0)
от Гость на 25/06/2013
Спасибо, очень  интересный  материал.


[ Ответить на это ]


Re: Тренажеры ледового плавания: «за» и «против» (Всего: 0)
от Гость на 09/07/2013
Специально дожидался, когда статья подойдёт к горизонту архива. Весьма показательно, - единственный комментарий. А всего-то делов - заменить "ледового плавания" на "АЭС". Даже в документе МАГАТЭ, правда относящемся к запроектным авариям, упомянуто об "отрицательном" обучении на тренажёрах. А у нас, как у матросов, - нет вопросов. Зато под скандальными статейками сотни комментов.


[ Ответить на это ]






Информационное агентство «ПРоАтом», Санкт-Петербург. Тел.:+7(921)9589004
E-mail: info@proatom.ru, webmaster@proatom.ru. Разрешение на перепечатку.
За содержание публикуемых в журнале информационных и рекламных материалов ответственность несут авторы. Редакция предоставляет возможность высказаться по существу, однако имеет свое представление о проблемах, которое не всегда совпадает с мнением авторов Открытие страницы: 0.07 секунды
Рейтинг@Mail.ru