6. 4. Устойчивость в смысле предсказуемости поведе

6.4. Ўстойлівасць у сэнсе прадказальнасці паводзін.

Як было сказана раней, аб'ектыўнай асновай кіравання з'яўляецца суб'ектыўная здольнасць кіраўніка прадбачыць паводзіны аб'екта кіравання пад уздзеяннем: навакольнага асяроддзя, уласных змяненняў аб'екта, кіравання. Гэта прыводзіць да паняцця - устойлівасць у сэнсе прадказальнасці паводзін аб'екта(працэсу) у пэўнай меры пад уздзеяннем: знешняга асяроддзя, уласных змяненняў аб'екта(працэсу), кіравання.
Як аб'ектыўнае з'ява - гэта ўласцівасць аб'екта кіравання (рэальнага або патэнцыйнага) ў успрыманні суб'ектам-кіраванцам (або прэтэндэнтам у кіраванцы) самОга аб'екта і яго ўзаемаадносін з асяроддзем.
Г.зн. у з'яве "устойлівасць у сэнсе прадказальнасці" зліваюцца разам аб'ектыўнасць быцця аб'екта кіравання (альбо аб'ектыўная магчымасць ажыццяўлення праекта) і
суб'ектывізм яго ўспрымання канкрэтным індывідам. Як паняцце гэта - ключавое паняцце тэорыі і практыкі кіравання.
Аднак перш, чым абмяркоўваць гэтую спецыфічную разнавіднасць ўстойлівасці, неабходна разгледзець якое склалася разуменне ўстойлівасці як аб'ектыўнай з'явы. У большасці выпадкаў у навуцы ўстойлівасць вызначаецца як здольнасць аб'екта(працэсу), на які аказваецца абуральнае ўздзеянне, якое выводзіць яго з нейкага рэжыму, у якім кантрольныя параметры аб'екта (працэсу) нязменныя, — пасля зняцця гэтага уздзеяння - ён вяртацца да таго рэжыму, у якім ён знаходзіўся да аказання на яго абуральнага ўздзеяння. Ўстойлівасць ў такім разуменні можа ахопліваць поўны пералік кантрольных параметраў, якімі характарызуецца паводзіны
аб'екта, але можа ахопліваць толькі пэўную выбарку з поўнага пераліку. Гэта вызначэнне распаўсюджваецца практычна на ўсе з'явы безадносна да прыроды саміх з'яў.
Дадзеным вызначэнні з'явы ўстойлівасці спадарожнічае паняцце "запас ўстойлівасці". Яно грунтуецца на тым, што пры перавышэнні абуральнага уздзеяння некаторай велічыні, аб'ект(працэс), ўстойлівы ў паказаным сэнсе пры меншых значэннях абуральнага ўздзеяння, можа страчваць гэта ўласцівасць. Але запас ўстойлівасці ў кожным канкрэтным выпадку выяўляецца своеасабліва, і ў кожным канкрэтным выпадку параметр, вызначаны тэрмінам "запас устойлівасці", павінен быць метралагічна дакладным.
Прыклад:
- Устойлівасць-няўстойлівасць: Складзены з ліста паперы самалёцік-страла — аэрадынамічна ўстойлівы (т.е. сам вяртаецца да кутоў сваёй арыентацыі адносна вектара хуткасці набяга патоку паветра), дзякуючы чаму ляціць, увогуле-то, па прадказальнай гладкай траекторыі: пры некаторай спрыце ім можна трапіць у загадзя намечанае месца; лісце дрэў маюць іншую форму і, ападаючы восенню з галін, інакш абцякаюцца патокам паветра, ляцяць па крывалінейнай ламана-перарывістай траекторыі і падаюць у абмежавана непрадказальнае месца (гэта добра відаць у зацішнае час).
- Запас ўстойлівасці: Папяровы самалёцік-страла, калі яго проста выпусціць, —
па — за залежнасці ад сваёй арыентацыі ў адносінах да вертыкалі-пад уздзеяннем сіл якія ўзнікаюць на яго паверхні аэрадынамічных спыняе падзенне, падобнае
падзення ліста, і пачынае планаваць - галоўнае, каб хапіла пачатковай вышыні. Г.зн. ён аэрадынамічна ўстойлівы ва ўсім дыяпазоне магчымых адхіленняў ад рэжыму
ўстойлівага планавання, і, з агаворкай аб пачатковым запасе вышыні, яго запас аэрадынамічнай устойлівасці неабмежаваны.
У адрозненне ад папяровага самалёціка-стрэлы, гісторыя авіяцыі ведае прыклады рэальных самалётаў, аэрадынамічныя кампаноўкі якіх апыняліся такія, што, калі ў палёце кут нападу*(або нахілу) перавысіць некаторы крытычнае значэнне, то самалёт пачне падаць амаль так, як падае восеньскі ліст (гэта з'ява называецца ў авіяцыі «плоскі штопар»**).

* Калі не ўдавацца ў разгляд профіля крыла, яго характарыстычных кропак і ліній, то кут нападу гэта — кут у падоўжнай плоскасці сіметрыі самалёта паміж праекцыяй на яе вектара хуткасці набягае патоку і следам на ёй «плоскасці» крыла; альбо яшчэ прымітыўней — кут нахілу «плоскасці» крыла ў адносінах да вектару хуткасці набягае патоку. Пад'ёмная сіла.
** Прычым з рэжыму падзення ў плоскім штопары далёка не ўсякі самалёт здольны выйсці за кошт сродкаў нармальнага кіравання. Дзеля таго, каб такі самалёт можна было вывесці з плоскага штопара, на ім неабходна ўсталёўваць адмысловыя прылады — напрыклад спецыяльныя парашуты, якія падтармажваючы хвост, пераводзяць самалёт з плоскага штопара ў рэжым пікіравання, у якім аднаўляецца нармальная кіравальнасць самалёта, пасля чаго антiштопарный парашут скідваецца.
Звальванне ў плоскі штопар з прычыны памылак пілатавання — прычына гібелі некалькіх авіялайнераў Ту-154 з усімі хто знаходзіліся на іх борце (апошні выпадак — гібель рэйса «Пулковских авіяліній» 22 жніўня 2006 г. пад Данецкам). Гэтая асаблівасць Ту-154 была вядомая яшчэ на стадыі праектавання, па якой прычыне дасведчаныя асобнікі, якія праходзілі выпрабаванні, былі забяспечаныя антiштопарнымi парашутамі. Аднак з мэтай павелічэння вагавой аддачы і эканамічнасці лайнера іх афiцыйна не сталі ўсталёўваць на серыйныя Самалёты,
мяркуючы, што кваліфікаваныя лётчыкі не будуць дапускаць палётаў на кутах атакі, блізкіх да крытычных.
*** Калі кіраванне не патрабуецца, то рэальны самалёт па сваіх аэрадынамічных характарыстыках аналагічны папяроваму самалёціку-стрэле. Так савецкі знішчальнік Як-3 (часоў Вялікай Айчыннай вайны), калі зрываўся ў пікіравання з-за перавышэння крытычнага кута нападу, набраўшы ў пікіравання хуткасць, сам выходзіў з яго.

Крытычны кут нападу, па перавышэнні якога самалёт звальваецца ў плоскі штопар альбо ў пікіравання, для выхаду з якіх патрабуецца кіраванне***,- адна з магчымых мер запасу ўстойлівасці рэжыму нармальнага палёту.
Пры перакульванні прадмета, які стаяў на цвёрдай паверхні (напрыклад, табурэткі), ён губляе ўстойлівасць, калі момант сіл (цяжару і раўнадзейнай рэакцый апоры) змяняе свой знак, пасля чаго момант названых сіл пачынае спрыяць далейшаму перакульванню прадмета нават у выпадку знікнення нахілілу прадмет з
сілай. Адна з магчымых мер запасу ўстойлівасці ў гэтым выпадку - механічная праца, якую неабходна здзейсніць для таго, каб прывесці прадмет у становішча, у
якім момант сіл цяжару і раўнадзейнай рэакцый апоры змяняе свой знак.
Аднак у тэорыі і практыцы кіравання дастасавальнасць прыведзенага вышэй вызначэння ўстойлівасці носіць абмежаваны характар. Справа ў тым, што ў жыцці сустракаюцца аб'екты і працэсы, якія самі па сабе уласцівасцю ўстойлівасці не валодаюць (т.е. валодаюць нулявым запасам ўстойлівасці); альбо іх запас
ўстойлівасці настолькі блізкі да нуля, што ў практычных задачах яго можна лічыць нулявым, а самі аб'екты (працэсы) — няўстойлівымі, але пры гэтым: арганізацыя адпаведнага кіравання можа надаць ўстойлівасць плыні працэсаў, якія без кіравання (або пры неадпаведным кіраванні) аказваюцца заўжды няўстойлівымі.
Найбольш шырока вядомым прыкладам такога роду арганізацыі адпаведнага кіравання, які надае ўстойлівасць загадзя няўстойліваму працэсу, з'яўляецца ўся гісторыя канструявання і будаўніцтва верталётаў аднавінтавой схемы*. Хаця практычна ўсе бачылі такія Верталёты хоць бы ў кіно, але большасць не задумваецца і не ведае, што забяспечвае магчымасць палёту такога верталёта.

* Аднавінтаво верталёт схемы мае:  адзін апорны шруба, які круціцца вакол вертыкальнай восі, — ён стварае пад'ёмную сілу і сілу цягі ў напрамку палёту; адзін рулявы шруба, размешчаны на хваставой бэльцы, які круціцца вакол гарызантальнай восі, перпендыкулярнай восі кручэння які нясе шрубы, - ён прызначаны для кампенсацыі рэактыўнага моманту ад кручэння апорнага шрубы і тым самым - для прадухілення кручэння фюзеляжа верталёта ў кірунку, процілеглым кірунку кручэння апорнай шрубы, а таксама — для змены арыентацыі верталёта па курсе.

Справа ў тым, што, калі верціцца шруба перамяшчае нешта ў кірунку, перпендыкулярным восі свайго кручэння, то паветраны паток па розныя бакі ад восі кручэння з рознымі хуткасцямі набягае на лопасці шрубы. З прычыны гэтага на лопасцях шрубы (калі куты атакі лопасцяў аднолькавыя) узнікаюць розныя па велічыні аэрадынамічныя сілы, якія спараджаюць хісткі момант. Па гэтай прычыне верталёт з такім апорным шрубай падчас палёту асуджаны заваліцца на адзін з бартоў і пасля гэтага, страціўшы пад'ёмную сілу "зваліцца каменем"; практычна ж ён наогул апынуўся б не здольны ўзляцець. У тэрмінах тэорыі кіравання гэта азначае, што пажаданы рэжым функцыянавання аб'екта кіравання аб'ектыўна няўстойлівы.
Для таго каб верталёт аднавiнтавой схемы мог лётаць, патрабуецца абнуліць кренящий момант. Найбольш эфектыўны спосаб дасягнуць гэтага — змяняць кут атакі лопасцяў апорнай шрубы ў працэсе яго кручэння так, каб лопасць, якая перамяшчаецца у напрамку палёту, мела меншы кут нападу, чым лопасць, якая перамяшчаецца ў кірунку, зваротным кірунку палёту: у гэтым выпадку там, дзе хуткасць набягае на лопасць патоку вышэй, — кут атакі лопасці менш і ўзнікае пад'ёмная сіла меншай велічыні; а там, дзе хуткасць набягае на лопасць патоку ніжэй — кут нападу лопасці больш і ўзнікае пад'ёмная сіла большай велічыні; з прычыны гэтага пры пэўным суадносінах кутоў атакі пры праходжанні лопасцямі
які нясе шрубы розных сектараў ометаемого імі круга - можна кіраваць велічынёй крутнага моманту і яго дзеянні (Апошняе дазваляе верталёту ляцець наперад або бокам, завісаць на месцы і г.п.).
Задача кіравання кутамі атакі пры кручэнні лопасцяў якія нясе шрубы верталёта была вырашана інжынерам Барысам Мікалаевічам Юр'евым (1889—1957). У 1911 г. ён апублікаваў артыкул, у якой апісаў схему аднавiнтавога верталёта з рулявым шрубай і аўтаматам перакосу лопасцяў апорнай шрубы. Вынаходка i яе тлумачэнне ім "аўтамата перакосу" - прылады, які забяспечвае кіраванне змяненнем кута нападу лопасцяў апорнага шрубы пры яго кручэнні, (на малюнку) - адкрыла шляху да таго, што верталёт аднавiнтавой схемы з кіраўніком шрубай на хваставой бэльцы стаў рэальнасцю. І цяпер менавіта гэтая схема верталёта атрымала найбольш шырокае распаўсюджванне дзякуючы сваёй прастаце, надзейнасці і перавазе па вагавой аддачы* ў супастаўленні яе з іншымі схемамі.

Вагавая аддача - стаўленне масы карыснай нагрузкі к поўнай масе лятальнага апарата (тэрмін успадкаваны ад часоў раней ўвядзення ў дзеянне сістэмы адзінак СІ, калі вагавыя адзінкі былі больш ужывальныя або лічыліся эквівалентнымі адзінкам вымярэння весу).

Ёсць і іншыя прыклады, калі арганізацыя адпаведнага кіравання надае ўстойлівасць працэсу, аб'ектыўна няўстойліваму ў адсутнасці кіравання або няўстойліваму  пры неадпаведным кіраванні.
Прыведзеные прыклады паказваюць, што з'ява "ўстойлівасць" у традыцыйным разуменні гэтага тэрміна — прыватны выпадак больш агульнага з'явы: ўстойлівасці ў сэнсе прадказальнасці ПВОДЗіН АБ'ЕКТА ў ПЭўНАЙ МЕРЫ* пад уздзеяннем навакольнага асяроддзя, уласных змяненняў аб'екта, кіравання, - паколькі ў аснове арганізацыі такога роду адпаведнага кіравання няўстойлівымі працэсамі (аб'ектамі) ляжыць менавіта рашэнне задачы аб прадказальнасці паводзін аб'екта ў паказаным сэнсе.

* Зноска перакладчыка. Практыка вывучэння ДАТК паказала, што ступень устойлівасці гэтай тэорыі праз Інтэрнэт насіць адназначна адмоўнае значэння. А менавіта - спецыяльна падмяняюцца адназначныя паняцці замежнымі сінонімамі.

Тэрмін напечатаны заглаўнымi лiтарамi i растлумачаные зноскай, якая вызначае з'яву "ўстойлівасць...меры", шматслоўны, аднак у ім няма "лішніх слова» i косак.
Прыклады да разумення розных аспектаў гэтай з'явы ва мностве дае Авіяцыя.
- Так пасадка самалёта на аэрадром з паласой даўжынёй 2 кіламетры і шырынёй 100 метраў у бязветрыя пры яснай бачнасці — гэта адны патрабаванні да кваліфікацыі лётчыка; а пасадка таго ж самалёта пры моцным бакавым парывістым ветры, на той жа аэрадром ноччу ў лівень або ў снегапад - патрабаванні да кваліфікацыі лётчыка зусім іншага парадку.
Гэта прыклад суб'ектыўнай абумоўленасці з'явы ўстойлівасці па прадказальнасці кваліфікацыяй лётчыкаў.
Але ён жа - прыклад абумоўленасці з'явы ўстойлівасці па прадказальнасці самім аб'ектам, паколькі розныя тыпы самалётаў па-рознаму адчувальныя да пагодных умоў пры выкананні ўзлёту і пасадкі валодаюць рознымі характарыстыкамі кіравальнасці, па якой прычыне кожны тып самалёта патрабуе перападрыхтоўкі ў агульным-то кваліфікаваных лётчыкаў.
Палёты на рэкордную далёкасць у 1920-1930-я гг. - прыклад абумоўленасці ўстойлівасці па прадказальнасці знешняга асяроддзя. Іх вынікі шмат у чым былі абумоўленыя менавinf надвор'ем, паколькі, калі вецер Спадарожны, то эканомія паліва - можна паляцець далей. Але калі замест чаканых па прагнозам спрыяльных для ўстанаўлення рэкорду пагодных умоў узнікае сустрэчнае шторм (а хуткасць ветру ў ім таго ж парадку, што і хуткасці самалётаў тых гадоў) і плюс да яго абледзяненне, то павышаны расход паліва непазбежны, - можа не адбыцца не толькі рэкорд, але магчыма, што прыйдзецца саджаць самалёт «на пуза» у поле, на лес або ў мора.
Аднак калі палёт - звычайны палёт у сістэме функцыянавання паветранага транспарту, то дакладнасць разнастайных прагнозаў надвор'я можа быць істотна ніжэй, паколькі далёкасць пералёту задаецца гарантавана ў межах запасу
паліва з улікам магчымасцяў павышанага расходу паліва пры сустрэчным ветры, неабходнасці сыходу на запасны аэрадром, чакання ў паветры чэргі на пасадку і т.п.
Але гэта - прыклад не толькі абумоўленасці ўстойлівасці па прадказальнасці знешнiм асяроддзем, але і абумоўленасці пэўнай мерай дакладнасці прагнозу самай задачай: палёт на рэкордную далёкасць альбо звычайны палёт у межах развітой
Аэрадромнай сеткі патрабуюць рознай дакладнасці прагнозаў надвор'я.
Самалёт кіруем на аснове таго, што яго паводзіны прадказальна для лётчыка. Узімку 1941 г. у перыяд бітвы за Маскву стаялі вельмі моцныя маразы. У гэты час мела месца серыя катастроф савецкіх бамбавікоў СБ. Усе гэтыя катастрофы адбыліся па адным сцэнары: самалёты з поўнай бомбавай нагрузкай (бяспека ўздыму якой была
Устаноўлена і на выпрабаваннях, і ў ходзе эксплуатацыі на працягу 7 гадоў) рана раніцай сыходзілі на старт, разбягаліся, адрываліся ад зямлі і, набраўшы не больш за 50 метраў вышыні, падалі каменем. Праз некалькі гадзін, днём такія ж самалёты з аналагічнай бомбавай нагрузкай шчасна ўзляталі і сыходзілі на заданні сапраўды гэтак жа, як і самалёты, якія выляталі раніцай, але з іншых аэрадромаў.
Аналіз абставінаў катастроф паказаў, што ўсе загінулыя Самалёты i пiлоты грунтаваліся на палявых аэрадромах і ў перыяд начнога паніжэння тэмпературы пакрываліся так званым ігольчастым інеем (у ім крышталікі лёду стаяць перпендыкулярна паверхні, на якой выпаў іней). Перад вылетамі іней з самалётаў ніхто не счышчаў…
Пасля высвятлення гэтай акалічнасці ў Цэнтральным аэрогiдрадiнамiчнам інстытуце былі праведзены прадзьмухi ў аэрадынамічных трубах, якія паказалі, што іголачкі
шаці настолькі пагаршалі аэрадынамічная якасць* самалёта, што па выхадзе з зоны, у якой уплыў паверхні Зямлі павялічвала пад'ёмную силу**, пад'ёмная сіла рэзка
памяншалася і аказвалася недастатковай для таго, каб самалёт мог трымацца ў паветры.

* Аэрадынамічнае якасць - стаўленне пад'ёмнай сілы да сілы аэрадынамічнага супраціву руху ў напрамку палёту.
** Так званы "экранны эфект" ўяўляе сабой - павелічэнне аэрадынамічнай якасці пры руху крыла (ці іншай аэрадынамічнай кампаноўкі) паблізу паверхні ў адносінах да значэння аэрадынамічнага якасці таго ж крыла пры яго руху ўдалечыні ад паверхні. Для руху ў рэжыме дзеянні «экраннага эфекту» прызначаныя экранапланы.

Гэта - прыклад страты ўстойлівасці па прадказальнасці паводзін самім аб'ектам кіравання, хоць і выкліканай наступствамі ўздзеяння на яго навакольнага асяроддзя. Згадвальная раней гібель першага савецкага рэактыўнага самалёта БI-1 —
таксама вынік страты ўстойлівасці ў сэнсе прадказальнасці паводзін з прычыны асаблівасцяў канструкцыі бі-1, агульнага узроўню развіцця аэрадынамікі ў тыя гады і неадэкватнасці арганізацыі работ па праектаванні прынцыпова новай тэхніка.
Практыка — крытэр ісціны, і ў дадзеным выпадку: аб'екты (працэсы) кіраваныя толькі ў тым дыяпазоне параметраў, якія характарызуюць аб'ектыўнасць аб'екта і асяроддзя і суб'ектывізм кіраванца, у якім аб'екты (працэсы) ўстойлівыя ў пэўнай меры па прадказальнасці сваiх паводзін пад уздзеяннем: знешняй асяроддзя, уласных
змяненняў, кіравання.
Кіравальнасць - ўласцівасць аб'екта кіравання (замкнёнай сістэмы), яго здольнасць быць кіраваным. У практыцы кіравання кіравальнасць характарызуецца паказчыкамі рэакцыі аб'екта (замкнёнай сістэмы) на абуральныя ўздзеяння асяроддзя, на ўнутраныя змены, на кіраванне. Зразумела, што ўсе паказчыкі павінны быць метралагічна заможныя, а пералік характарыстык кіравальнасці — заўсёды канкрэтыка.
У аснове кіравальнасці ляжыць рашэнне задачы аб прадказальнасці паводзін аб'екта (працэсу) у пэўнай меры пад уздзеяннем: знешняй асяроддзя, уласных змяненняў аб'екта(працэсу), кіравання. Гэта тычыцца як прыродных, так і штучных аб'ектаў (працэсаў).
Пасля таго, як дадзена ўяўленне аб устойлівасці ў сэнсе прадказальнасці паводзін аб'екта, можна даць яшчэ адно вызначэнне поўнай функцыі кіравання: поўная функцыя кіравання ўяўляе сабой рашэнне задачы аб устойлівасці ў сэнсе прадказальнасці паводзін аб'екта пад уздзеяннем знешняй асяроддзя, унутраных змяненняў і кіравання, якое ажыццяўляецца спачатку ў псіхіцы суб'екта-кіраўніка, а потым — практычна.