ПРОЕКТ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ПИЛОТА ИСТРЕБИТЕЛЯ ПО ФИЗИОЛОГИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ

© В.С.Пичулин, Г.А.Смирнова
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Авиация и воздухоплавание"
2013 г.

Одной из важнейших задач на сегодняшний день является обеспечение комфортного теплового состояния лётчика в изменяющихся условиях окружающей среды и при постоянно меняющемся уровне физической и эмоциональной нагрузки.

В существующих в настоящее время системах вентиляции защитного снаряжения пилоту приходится по собственным теплоощущениям вручную регулировать температуру воздуха, подаваемого в вентиляционный костюм.

Актуальной задачей является разработка автоматической системы управления тепловым состоянием пилота по физиологическим показателям.

В данной работе предлагается автоматическая система регулирования теплового состояния пилота по физиологическим показателям, включающая регулятор избыточного давления, регулятор наддува костюмов, кран-эжектор, а также дополнительно турборасходомер, вычислительное устройство, электромеханизм, терморегулятор и переключатель. Показаны схемы работы агрегатов системы, алгоритм и математическая модель автоматического регулирования температуры системой.

Величина энерготрат пилота, которая является входным параметром в разработанной математической модели, определяется по легочной вентиляции. На клапан выдоха кислородной маски устанавливается турборасходомер. Сигнал от расходомера поступает в вычислительное устройство, где в соответствии с построенной моделью производится расчет температуры воздуха, подаваемого в вентиляционный костюм в данных условиях полета.

Математическая модель теплового состояния пилота в защитном снаряжении описывает тепловые процессы в организме человека и в вентиляционном костюме и учитывает влияние внешних факторов на тепловое состояние лётчика. Проведено исследование различных условий полёта: сверхзвуковой и дозвуковой полёт, различные погодные условия. Также рассмотрен случай отказа системы кондиционирования кабины при сверхзвуковом полёте. Поскольку в зависимости от высоты и продолжительности полёта применяются различные виды защитного снаряжения, были рассмотрены случаи, когда применяется ВМСК (высотный скафандр) либо отдельно вентиляционный костюм. На основе разработанной модели составлена система уравнений теплового баланса. Для решения полученной системы дифференциальных уравнений была разработана программа в системе Matlab. Система дифференциальных уравнений решается методом численного интегрирования Рунге-Кутта 4-го и 5-го порядка.

Разработанная математическая модель с предложенным программным обеспечением позволяют в зависимости от уровня энерготрат пилота и условий полёта определить температуру воздуха, который необходимо подавать в вентиляционный костюм для обеспечения комфортного состояния пилота в каждый момент времени.

С вычислительного устройства сигнал передается на электромеханизм. Вал электромеханизма поворачивает крышку терморегулятора, задавая тем самым температуру подаваемого в вентиляционный костюм воздуха, рассчитанную в соответствии с разработанной математической моделью. Терморегулятор обеспечивает необходимую температуру воздуха за счет термочувствительной пружины, установленной в камере смешения.

Автоматическая система управления тепловым состоянием пилота позволит обеспечивать комфортный тепловой режим лётчика в течение всего полёта. Это поможет летчику сосредоточиться на выполнении своего полётного задания, что существенно повысит безопасность полета.