dr inż. Sławomir Stępień dr inż. Stanisław Szajnar Wojskowa Akademia Techniczna dr inż. Michał Jasztal

Transkrypt

1 dr inż. Sławomir Sępień Wojskowa Akademia Technicna l. gen. S. Kaliskiego Warsawa Polska el dr inż. Sanisław Sajnar Wojskowa Akademia Technicna l. gen. S. Kaliskiego Warsawa Polska ssajnar@wa.ed.pl el dr inż. Michał Jasal Wojskowa Akademia Technicna l. gen. S. Kaliskiego Warsawa Polska mjasal@wa.ed.pl el Problems of miliary aircraf crew s safey in condiion of enemy coneracion Problemy bepieceńswa ałogi wojskowego sak powiernego w warnkach preciwdiałania preciwnika Keywords: miliary aircraf crew safey ejecion sea drabiliy probabiliy. Absrac: The presened paper consiss oline of he probabilisic mehod of evalaion of miliary aircraf crew s safey which ook ino consideraion enemy coneracion. The specific aenion was focsed on esimaion of drabiliy of ejecion sea which is a means of pilo s emergency escape from aircraf. The basis of he presened model is probabiliy of pilo s danger o life for single sorie cased by enemy. Formlaed differeniaion eqaion characerises process of incremen of sccessfl sorie nmber. The eqaion afer ransformaion ino parial differenial eqaion served for esablishing of sccessfl sorie disribion fncion and sbseqenly for calclaion of crew safey indicaors. Słowa klcowe: ałoga wojskowego sak powiernego bepieceńswo foel kaaplowy rwałość prawdopodobieńswo. Srescenie: W arykle predsawiono arys probabilisycnej meody oceny bepieceńswa ałogi wojskowego sak powiernego wględniającej niscące diałanie preciwnika. Najwięksą wagę skpiono na sacowani rwałości foela kaaplowego jako środka do awaryjnego opscania samolo pre piloa. Podsawą preenowanego model jes prawdopodobieńswo powsania agrożenia dla życia piloa w pojedyncym locie sak powiernego spowodowane preciwdiałaniem preciwnika. Sformłowano równanie różnicowe charakeryjące w jęci probabilisycnym proces pryros licby danych loów bojowych sak powiernego. Równanie o po preksałceni w równanie różnickowe cąskowe posłżyło do wynacenia fnkcji rokład danych loów bojowych a nasępnie wskaźników bepieceńswa ałogi.

2 . Wprowadenie Bepieceńswo ałogi (piloa) sak powiernego jes problemem łożonym. Złożoność problem wynika poreby raowania życia ałogi w warnkach dynamicnych wiąanych powsaniem syacji awaryjnych gdy cas na podjęcie decyji może być bardo króki [8-96-7]. Nie do pominięcia są więc również elemeny cynnika ldkiego [34]. Świaowe piśmiennicwo doycące ej problemayki ma charaker inerdyscyplinarny i odnosi się do ych agadnień w sposób ogólny i cęso wyłącnie opisowy. W lonicwie dla raowania życia piloa w syacjach awaryjnych sosowane są specjalne rądenia wane foelami kaaplowymi (wyrcanymi). Monowane są one ylko na wojskowych sakach powiernych co cęso może ogranicać dosęp do informacji na ema ich wykorysania. Specjalisycna lierara ego akres nie jes więc by obserna. W Polsce prace o charakere prakycnym i aplikacyjnym ego akres prowadone były głównie w Insycie Technicnym Wojsk Lonicych a pred lay również w Insycie Lonicwa naomias badania o charakere analiycnym w Wojskowej Akademii Technicnej w Wojskowym Insycie Medycyny Lonicej i na Poliechnice Warsawskiej ora w innych ośrodkach ajmjących się echniką lonicą jak np. Poliechnika Resowska. W lierare świaowej można naleźć pblikacje odnosące się do różnych obsarów problemayki kaaplowania. W sereg nich porsa się kwesie anropomerycne wiąane kaaplowaniem [4] kwesie medycne ora warnkowania jakie mogą wysąpić podcas kaaplowania [ ]. Wysępją również pblikacje odnosące się do ebranych doświadceń pola walki [3]. Jednym kiernków badań jes akże komperowe modelowanie proces kaaplowania [569556] kóre możliwia symlowanie różnorodnych scenarisy ego proces analię warnków bepiecnego opscania samolo ora badanie cynników oddiałjących na organim piloa w różnych syacjach wiąanych kaaplowaniem. Ogromna różnorodność powsałych opracowań powierda inerdyscyplinarność emayki. W lierare krajowej preważająca cęść pblikacji doycy problemayki medycnej proces kaaplowania i osała opblikowana pre pracowników nakowych Wojskowego Insy Medycyny Lonicej [34]. Dosępne są również insrkcje eksploaacyjne dla poscególnych ypów foeli kaaplowych. Jednakże niewykle radko pblikowane są opracowania na ema ilościowej oceny bepieceńswa ałogi w aspekcie życia foela kaaplowego [8] kóra jes emaem niniejsego arykł.

3 Obecnie na świecie sosje się różne ypy foeli kaaplowych na różnych rodajach wojskowych saków powiernych. Foele kaaplowe różnią się rowiąaniami konsrkcyjnymi gabaryami (wielkością masą) pryjęym sysemem sabiliacji wyposażeniem raownicym ora wyposażeniem dodakowym [79]. Bepośrednią inspiracją do prowadenia badań w akresie rowoj foeli kaaplowych jes poreba niesannej moderniacji samoloów wojskowych w cel poprawy ich osiągów i efekywności diałania co pociąga a sobą koniecność doskonalenia podsysemów awaryjnego ich opscania []. W rakcie moderniacji pojawia się pyanie: W jaki sposób można określić bepieceńswo piloa wojskowego sak powiernego wyposażonego w dany sysem raownicy? Akalnie o ym jaki yp foela jes ainsalowany na danym sak powiernym decydją najcęściej: rodaj sak powiernego (ko jes jego prodcenem) i możliwości akycno-echnicne ora warnkowania ekonomicne. Zdara się również że na ym samym rodaj sak powiernego insalowane są różne ypy foeli kóre są wywarane pre różnych prodcenów. Ponado każdy prodcenów ma w swojej ofercie od kilk do kilknas ypów foeli co powodje nacną różnorodność możliwych rowiąań echnicnych [9]. Prysępjąc do analiy bepieceńswa ałogi samolo wojskowego należy również wględnić odmienność adań realiowanych w casie pokoj ora w casie wojny. Naswają się więc kolejne pyania: W jaki sposób oceniać bepieceńswo ałogi sak powiernego? Jakie narędie do akiej oceny asosować? Sąd eż aory niniejsego opracowania prysąpili do opracowania meody (sposob) powalającej na aką ocenę kóra byłaby pomocna w planowani wykorysania ora w procesie moderniacji saków powiernych i ich sysemów raownicych. Preenowana meoda opiera się na rachnk probabilisycnym w kórym wględniono nieawodność sak powiernego ora nieawodność foela kaaplowego. Orymane rowiąania nie wycerpją w pełni podjęego problem jednakże sanowią pewien posęp w skani odpowiedi na posawione pyania i są inspiracją do sawiania (formłowania) kolejnych kwesii do rosrygnięcia wiąanych życiem foeli kaaplowych do raowania życia ałogi sak powiernego. Foele kaaplowe są łożonymi obiekami echnicnymi kóre sanowią isony elemen wyposażenia samolo i powalają piloowi w krókim casie opścić saek powierny w syacjach agrożenia jego życia. Tak więc pryjęo że o bepieceńswie piloa w casie lo decydją: ) nieawodność sak powiernego;

4 ) nieawodność foela kaaplowego; 3) ora san drowia piloa i opanowanie w syacjach awaryjnych []. Dodakowo w prypadk preciwdiałania preciwnika na bepieceńswo piloa mają wpływ: ) wrażliwość sak powiernego na niscenie pre preciwnika; ) dolność do samoobrony; 3) efekywność oddiaływania preciwnika na saek powierny w cel jego niscenia w casie diałań bojowych; 4) jakość organiacji rch lonicego (dynamika diałania) i miejęności ałóg [8]. Będiemy roparywali bepieceńswo piloa gdy będą spełnione nasępjące ałożenia: ) na lonisk (miejsc baowania) możliwość niscenia sak powiernego (jak również foela kaaplowego) jes pomijalna; ) saek powierny jes niscony pre preciwnika w casie wykonywania adania bojowego; 3) prawdopodobieńswo niscenia sak powiernego w casie jednego lo bojowego wynosi Q pry cym achowana jes sprawność foela kaaplowego (isnieje możliwość jego wykorysania); 4) foel kaaplowy jes rądeniem jednoraowego żyk (po kaaplowani lega nisceni); 5) rwałość foela jes również deerminowana rwałością sak powiernego. Wiodącą rolę w ocenie bepieceńswa piloa odgrywa rwałość sak powiernego kórą określa się jako licbę loów lb nalo do chwili niscenia sak w warnkach diałań bojowych. Cas życia foela kaaplowego można mieryć licbą danych loów sak powiernego do chwili jego niscenia. Zadaniem niniejsego arykł będie określenie rwałości foela w wyżej określonym akresie i wynacenie wskaźników bepieceńswa ałogi.. Meoda oceny rwałości wykorysaniem równania różnicowego W ym miejsc predsawiono sposób wynacenia rokład licby danych loów sak powiernego w pryjęym prediale cas lb dla całego okres rwałości sak powiernego w warnkach diałań bojowych. Mając określony rokład licby danych loów mierano do wynacenia ineresjących nas wskaźników. Proces narasania licby danych loów roparywano w fnkcji cas lb licby loów sak powiernego na adanie.

5 Należy ałożyć że wyloy na adanie bojowe odbywać się będą losowo pewną inensywnością onacmy ją jako. Zakładamy że w pewnym prediale cas spełniony jes warnek: gdie: może być rakowany jako cas jednego lo na adania bojowe powyżsy aś warnek onaca że saek powierny nie wykonje loów w rybie ciągłym ale wysępją losowe prerwy pomiędy kolejnymi wyloami. Dodakowo pryjmjemy że prawdopodobieńswo niscenia sak w jednym locie ma warość Q. Niech U onaca prawdopodobieńswo że w chwili licba danych loów wynosi. Pryjmjąc aki opis można łożyć nasępjące równanie różnicowe opisjące w sensie probabilisycnym proces narasania licby loów: U QU U. () Powyżse równanie ma nasępjący sens: prawdopodobieńswo ego że w casie + licba danych loów wynosi jes równe smie prawdopodobieńsw nasępjących dareń: - w casie nie odbył się lo a do chwili saek powierny jż wykonał danych loów - w casie odbył się dany lo nie nasąpiło niscenie samolo a do chwili saek powierny jż wykonał - danych loów. Po prejści do apis fnkcyjnego mamy: Q () gdie: onaca fnkcję gęsości licby danych loów w chwili. Rołóżmy wyray równania w sereg Taylora. 3 4! 3! ! 3! 4! 3 4! Dla wględniamy dwa wyray rowinięcia naomias dla - ry. Po preksałceni i porądkowani równania () orymamy: Q Q Q. (3) Zasosjmy nasępjące onacenia: c Q: b Q: a Q. Współcynnik c onaca inensywność niscenia sak powiernego pre preciwnika. Z kolei współcynniki b ora a choć są opisywane ym samym wyrażeniem mają nieco inny sens b jes średnim pryrosem licby danych loów w prediale cas

6 o dłgości naomias a jes średnim kwadraem pryros licby danych loów w prediale cas o dłgości. Zbieżność wyrażeń na a i b wynika ego że w prediale cas może wysąpić pryros ylko o jeden lo więc sam pryros i jego kwadra są sobie równe. Wedy: a b c. (4) Dla predsawienia rowiąania równania (4) skorysamy rowiąania równania Fokkera - Plancka nasępjącej posaci []: a b. (5) Skamy rowiąania scególnego równania (5) akiego kóre pry 0 jes bieżne do w. fnkcji Diraca j. 0 dla 0 i 0 ale w en sposób że całka fnkcji jes równa jedności dla > 0. Dla wyżej podanego warnk rowiąanie równania (5) pryjmje nasępjącą posać []: a b e a. (6) Uwględniając powyżse można predsawić rowiąanie scególne równania (4) w posaci: ce c. (7) W cel sprawdenia poprawności pryjęego rowiąania pryocmy nasępjące preksałcenia: a b a b b c ce e c c c a b ce c a b a ce c. Po podsawieni do (4) yskamy: a b a a a b b c a b a b b c.

7 Z kolei po porądkowani mamy: c b b b a a c b b b a a. Jak widać lewa srona równania jes równa prawej co dowodi poprawności pryjęego rowiąania. Osaecnie yskano nasępjący rokład licby danych loów sak powiernego: b c a ce e a Fnkcja (8) posiada cechy fnkcji gęsości gdyż: 0 dd.. (8) Mając określony rokład licby danych loów sak powiernego (fnkcję gęsości (8)) można wynacyć: ) warość średnią licby danych loów sak powiernego: a) w całym jego okresie rwałości; b) w skońconym prediale cas; ) dla salonej licby danych loów o warości określić: a) prawdopodobieńswo że licba danych loów będie mniejsa lb równa ; b) prawdopodobieńswo że licba danych loów będie więksa od w fnkcji cas. Warość ocekiwana licby danych loów sak powiernego do cas będie: E dd c c Q e b Q Q e. (9) c Q 0 Jeżeli wględnimy dosaecnie dłgi cas cyli orymamy nane wyrażenie opisjące warość średnią licby loów sak powiernego w całym okresie jego rwałości: E T Q. (0) Q Naomias licbę danych loów w skońconym prediale cas opisje ależność (9). Prawdopodobieńswo że licba danych loów będie mniejsa lb równa w casie równym możliwością niscenia sak wyraża się ależnością: P dd. () 0 Prawdopodobieńswo że licba danych loów będie więksa od w casie równym możliwością niscenia sak wyraża się ależnością:

8 posać: P dd. () 0 Prawdopodobieńswo że w prediale cas (0 ) saek nie będie niscony ma P 3 P P c c c e e e c ce d 0 (3) 0 Można wykaać że określone prawdopodobieńswa smją się do jedności: P 3 P P. Zależność (3) można napisać również w nasępjącej posaci: P 3 k e Qk gdie: k - licba loów sak powiernego do cas. (4) Prawdopodobieńswo że w prediale licby loów sak (0 k) saek będie niscony ma posać: Q k k Qk e. (5) 3. Zarys oceny bepieceńswa piloa W prypadk powsania agrożenia ray sak powiernego pilo msony jes dla raowania własnego życia do rchomienia foela kaaplowego. O powodeni kaaplowania w prypadk życia foela decydje głównie [8]: ) cas na podjęcie decyji o kaaplowani; ) prebieg kaaplowania (w ym prebieg lądowania piloa po kaaplowani); 3) warnki w jakich nasąpiło kaaplowanie; 4) yp samolo i yp foela; 5) achowanie i miejęność diałania piloa podcas kaaplowania. W realnych syacjach cas na podjęcie decyji o kaaplowani jes preważnie bardo króki. Dodakowo w ej syacji pilo cęso podejmje próbę ażegnania agrożenia sak powiernego. Dży wpływ na podjęcie właściwej decyji o kaaplowani ależy od cynnika ldkiego i innych wskaźników określających san psychicny piloa. W prypadk podjęcia decyji o kaaplowani achodi poreba wykonania sereg cynności wpływających na prebieg kaaplowania. Cynności e są bardiej lb mniej

9 aomayowane. Nieawodne ich wykonanie ma isony wpływ na wyniki kaaplowania. Jak jż wspomniano we wsępie nieawodność kaaplowania ależy od yp sak powiernego i yp foela kaaplowego. Kaaplowanie nie awse końcy się powodeniem w dżej miere jego wynik ależy od warnków w jakich nasąpiło. Probabilisycne osacowanie bepieceńswa piloa może być w ależności od pryjęych ałożeń i prosceń mniej lb bardiej dokładne. W niniejsym arykle ogranicono się do apis wględniającego nieawodność sak powiernego i nieawodność foela kaaplowego. Nieawodność sak i foela na mocy pryjęych ałożeń można ważać jako oddielne biory dareń j.: Q RS S (6) F Q R (7) gdie: R S - nieawodność sak powiernego w prediale cas (0 ); F Q S - awodność cyli prawdopodobieńswo niscenia sak powiernego F w prediale cas (0 ); R - nieawodność foela kaaplowego w casie jego życia; F Q - awodność foela kaaplowego w casie jego życia. Zależność (6) odnosi się do sak powiernego a ależność (7) do foela kaaplowego. Pry wykorysani ależności (6) i (7) prawdopodobieńswo preżycia piloa w prediale cas (0 ) można określić w nasępjącej posaci: S Q R R R (8) gdie: R - prawdopodobieńswo że w prediale cas (0 ) saek powierny nie osanie S niscony lb dojdie do niscenia sak i jednoceśnie pilo raje się dięki wykorysani sprawnego foela kaaplowego. Prawdopodobieńswo ray życia piloa w casie wykonywania loów w casie (0 ) będie: S Q F F gdie: Q - prawdopodobieńswo ray życia piloa w casie (0 ). Q Q (9) Z ależności (8) widać że na bepieceńswo piloa ma wpływ nieawodność sak i nieawodność foela. Zależności (8) i (9) jak ławo sprawdić smją się do jedności co dowodi poprawności powyżsych ależności dla pryjęych ałożeń. Wór (8) dla rokład wykładnicego w fnkcji licby loów ma posać: gdie k licba loów sak powiernego. R Qk e R Qk k e F (0)

10 4. Ilsracja preprowadonych obliceń Z wagi na brak dosępnych i wiarygodnych danych doycących bojowego życia saków powiernych niebędnych do osacowania wymaganych wielkości poniżej wykorysano dane hipoeycne. Dane dla jakich preprowadono oblicenia i wykreślono wyniki: - inensywność wyloów na adanie bojowe = [ / doba ]; - prawdopodobieńswo niscenia sak powiernego w jednym locie Q = 005 [-]. Pryjęe dane ilsrją syację w kórej wyloy na adanie bojowe odbywają się średnio dwa ray na dobę naomias prawdopodobieńswo niscenia sak powiernego w jednym locie jes równe 005. Rys.. Warości ocekiwane licby danych loów Na rys. predsawiono mianę w casie warości ocekiwanej licby danych loów E[] (obliconą godnie ależnością (9)) ora linią prerywaną warość sacjonarną E T [] do kórej dąży E[] (obliconą godnie ależnością (0)). E T [] = 9.

11 Rys.. Wykresy obliconych prawdopodobieńsw: P - prawdopodobieńswo że licba danych loów będie mniejsa lb równa =9 w casie P - prawdopodobieńswo że licba danych loów będie więksa od =9 w casie P 3 - prawdopodobieńswo że w prediale cas (0 ) saek nie będie niscony 3 Z kolei na rys. wykreślono mianę w casie prawdopodobieńsw P wynaconych godnie ależnościami () () i (3). P P 5. Podsmowanie W akresie echniki lonicej wymogi współcesnego pola walki msają do skania wiarygodnych (nie ylko inicyjnych) odpowiedi na ważne pyania: jakich skków (efeków) należy ocekiwać na pol walki w wynik diałania określonych ypów saków powiernych własnych i preciwnika ora jak ksałować srkrę echniki lonicej aby ałożonym prawdopodobieńswem i w określonych warnkach osiągnąć amierone cele. Ponado bardo ważnym aspekem oceny efekywności wykorysania wojskowych saków powiernych jes ocena ich rwałości ora bepieceńswa ałogi podcas diałań bojowych [0]. Wydaje się że apreenowana w niniejsym arykle

12 meoda oceny bepieceńswa ałogi w warnkach preciwdiałania preciwnika może słżyć do wsępnej oceny bepieceńswa piloa asosowanym na danym samolocie sysemem raownicym ora do wspomagania podejmowania racjonalnych decyji podcas prowadenia diałań bojowych jak również yskania wymaganych wskaźników w akresie bepieceńswa i nieawodności dla bojowego życia saków powiernych. Wykorysjąc yskany w ramach niniejsej pracy rokład licby danych loów sak powiernego możemy określić warość średnią licby danych loów (jak apreenowano na rysnk ) jak również prawdopodobieńswa yskania określonej licby danych loów ora prawdopodobieńswo preżycia sak powiernego w określonym casie (rysnek ). Zapreenowany prykład licbowy pokaje możliwe yliarne aspeky wykorysania predsawionej w pracy meody. Lierara. Borgoń J. Nieawodność i bepieceńswo sysem pilo saek powierny. Informaor Insy Technicnego Wojsk Lonicych 987; 69/87.. Chio W Y Ho B L Kellogg D L. Haard poenial of ejecion wih canopy fragmenaion. Aviaion Space and Environmenal Medicine 993; 64(): Davis J R Johnson R Sepanek J Fogary J A (Ediors). Fndamenals of Aerospace Medicine. 4rd Ediion. Lippinco Philadelphia: Williams & Wilkins Edwards M. Anhropomeric measremens and ejecion injries. Aviaion Space and Environmenal Medicine 996; 67(): Głowiński S Kryżyński T. Modelling of he ejecion process in a symmerical fligh. Jornal of Theoreical and Applied Mechanics 03; 5(3): Gresik N Capla R. Aircraf crew escape sysem assisan. Safey and Reliabiliy: Mehodology and Applicaions. CRC Press 04: Hearon B F Thomas H A Raddin J H. Mechanism of verebral fracre in he F/FB- ejecion experience. Aviaion Space and Environmenal Medicine 98; 53(5): Lewis M E. Srvivabiliy and injries from se of rocke-assised ejecion seas: analysis of 3 cases. Aviaion Space and Environmenal Medicine 006; 77(9): Maryniak J Maryniak A Ładyżyńska-Kodraś E Fole U. Kaaplowanie możliwości problemy i modelowanie. Naka Innowacje Technika 004; 5 (7): McBraney C M Rsh S Kharod C U. Pilo ejecion parache and helicoper crash injries. Jornal of special operaions medicine 04; 4(4): 9-94.

13 . Moiseev I B Srakhov A I Chrilov I K Vovkodav V S Radchenko S N. Medical ocomes of emergency ejecions from Rssian aircrafs in Aviaion Space and Environmenal Medicine 04; 48(): Newman D G. Srvival ocomes in low-level ejecions from high performance aircraf. Aviaion Space and Environmenal Medicine 03; 84(0): Osborne RG Cook AA. Verebral fracre afer aircraf ejecion dring Operaion Deser Sorm. Aviaion Space and Environmenal Medicine 997; 68(4): Rainford D J Gradwell D P (Ediors). Ernsing s Aviaion and Space Medicine. 5h Ediion. CRC Press Ramm A G Kaleps I. Modeling of he ejecion process. Mahemaical and Comper Modelling 994; 0: Sajnar S W. Diagnoowanie w podsysemie opscania sak powiernego. Informaor Insy Technicnego Wojsk Lonicych 995; 330/95: Sajnar S W. Ocena bepieceńswa i modelowanie w sysemach awaryjnego opscania samolo wojskowego. Warsawa: Wojskowa Akademia Technicna Sajnar S W Tomasek H. Problemy wynacania wskaźników rwałości foela kaaplowego i bepieceńswa ałogi wojskowego sak powiernego w warnkach diałań bojowych. Zagadnienia Eksploaacji Masyn 00; 3(7): Sajnar S W Wojkowiak M. Problemy bepieceńswa ałogi sak powiernego w syacjach awaryjnych". Warsawa: BIL-GRAF Tomasek H Wróblewski M. Podsawy oceny efekywności eksploaacji sysemów brojenia lonicego. Warsawa: Dom Wydawnicy Bellona 00.. Tomasek H Żrek J Jasal M. Prognoowanie skodeń agrażających bepieceńsw loów sak powiernego. Radom: Wydawnicwo Nakowe Insy Technologii Eksploaacji Williams C S. F-6 pilo experience wih comba ejecions dring he Persian Glf War. Aviaion Space and Environmenal Medicine 993; 64(9): Wojkowiak M. Adapacja sroj do diałania pryspieseń w kaaplowani recywisym i poorowanym. Lekar Wojskowy 97; : Wojkowiak M. Wpływ poycji piloa na ray kręgosłpa podcas kaaplowania. Medycyna Lonica973; 4: Y J Lin G WU M. Nmerical Simlaion of Deceleraion Performance of Ejecion Sea. Aca Aeronaica e Asronaica Sinica 006; 7(6):

14 6. Y J; Lin G Mao X. Nmerical Simlaion of Ejecion Sea and Analysis of Performance Under Adverse Aides. Aca Aeronaica e Asronaica Sinica 00; 3(0):