Как работает автопилот на самолетах

Сейчас машины могут ездить без участия человека, это говорит о том, что мы живем в ногу со временем, так? Если системы автопилота в авто только начинают развиваться, то авиация уже далеко ушла вперед.

Машина и автопилот
Машина и автопилот

Давайте разберемся, что из себя представляет автопилот и как он работает. Но сначала нужно узнать для чего он был изобретен.

Когда самолёты только появились им нужно было пристальное внимание пилотов. По этому летчик воздушного судна все время держал штурвал. Когда самолеты стали больше и смогли летать на огромные расстояния, то пилотам становилось все труднее управлять ими, ведь люди это не машины. Людям нужен отдых и перерыв между рабочим временем. Эта причина натолкнула инженеров на идею создать систему, которая снимет часть задач и будет делать определенную работу за них.

В 1912 году Американская компания SPERRY CORPORATION изобрела первый автопилот. Он мог обеспечить удержание курса и стабилизацию крена автоматически без прямого участия пилота.

Sperry Corporation - изобрела первый в мире автопилот
Sperry Corporation - изобрела первый в мире автопилот

Вскоре Королевское Авиаинженерное Предприятие разработало автопилот, который мог самостоятельно двигать органами управления. Это был большой шаг вперед.

Королевское Авиаинженерное предприятие
Королевское Авиаинженерное предприятие

Но всё-таки те системы были не такими совершенными, как сейчас. Раньше самолеты летали только днём и при солнечной погоде.

Но с развитием технологий и расширением географии полета авиаперевозок автопилот стал гораздо сложнее. Его оборудовали радионавигационными средствами, которые позволяли ему летать в плохую погоду и даже ночью.

Это покажется вам смешным, но даже сейчас не все частные самолёты оборудованы автопилотом и до сих пор управляются только вручную.

Бывает, что и у реактивных самолётов тоже нет автопилота. Вместо этого им управляют два пилота.

Обычно у таких самолётов менее двадцати посадочных мест.

Если сидений больше, то по правилам международной авиации наличие автопилота на борту обязательно.

Что всё-таки такое "автопилот"?

Автопилот называют Программно Аппаратный Комплекс. Он играет большую роль в управлении самолетом. Но чем объяснять, как он работает, лучше рассказать основы управления самолетом и тогда вам всё станет ясно.

Если говорить другими словами, как судно изменяет высоту и направление

Управление самолетом происходит с помощью связанной системы координат: Рыскания, Тангажа и Крена.

Наверное нужно объяснить подробно

Вам нужно вытянуть руку перед собой, пальцы вместе, ладонь смотрит вниз. Держите руку прямо, но поворачивайте ладонь вправо и влево - это Рыскание или вертикальная ось.

Рыскание или вертикальная ось
Рыскание или вертикальная ось

Теперь согните руку в запястье и опустите пальцы вниз к полу, а потом вверх к потолку - это движение поперечная ось или Тангаж.

Тангаж
Тангаж

А слово Крен скорей всего знакомо многим. Тут нужно поворачивать всю руку целиком. Переверните ладонь наверх. Вы только что сделали Крен по продольной оси.

Продольная ось
Продольная ось

За осуществление этих движений отвечают различные части самолета. Руль направления или вертикальная часть хвоста управляет рысканием. Его поворот приводит к тому, что нос самолета поворачивается вправо или влево.

Руль управления или вертикальная часть хвоста
Руль управления или вертикальная часть хвоста

Также есть Элевоны горизонтальные части хвоста, которые меняют Тангаж. Если Элевоны двигаются вниз или вверх, то нос самолета делает то же самое.

Элевоны
Элевоны

Наконец есть Элероны - это внешние части крыльев. Они тоже двигаются вверх или вниз, чтобы поднять одно из крыльев или накренить самолет влево или вправо.

Элероны
Элероны

Ладно, теперь вернемся к автопилоту

Существует несколько типов автопилотов, которые управляют одной или всеми частями самолета упомянутыми ранее.

Например один из типов - это одноосный автопилот. Он может управлять эленорами, которые отвечают за угол крена самолета. Такой автопилот придерживает крылья самолета в ровном положении.

Одноосный автопилот управляет элеронами
Одноосный автопилот управляет элеронами

Скудеющим будет двуосный автопилот. Он может управлять элеронами и элевонами. С помощью него самолет может сохранять ровное положение относительно продольной и поперечной оси.

Двуосный автопилот управляет элеронами и элевонами
Двуосный автопилот управляет элеронами и элевонами

Есть мысль, как называется третий автопилот? Это трёхосный автопилот. Он управляет рулём управления, элевонами и элеронами.

Трёхосный автопилот - управляет рулём управления, элевонами и элеронами
Трёхосный автопилот - управляет рулём управления, элевонами и элеронами

Все эти органы управления самолетом имеют внутри сенсоры и эти сенсоры соединены с высокоскоростными процессорами. От которых они получают информацию для управления воздушным судном. Эти процессоры тоже очень умные. Они собирают данные со всех систем самолета, а потом самостоятельно принимают решение и выполняют соответствующие действия.

Процессоры внутри самолета
Процессоры внутри самолета

Они также сравнивают имеющиеся данные, полученными от пилотов, и проводят собственные вычисления.

Когда пилоты поднимаются на борт воздушного судна, они настраивают систему управления самолетом, иначе говоря нужную высоту и направление.

Потом сверх умные, и сверх скоростные процессоры занимаются вычислением для того, чтобы узнать слушается ли воздушное судно команды пилота.

В общем автопилот - это посредник задача которого состоит в том, чтобы убедится, что все органы управления самолета слушаются пилотов.

Это еще не все

Когда процессоры считывают всю информацию с сенсоров, они отправляют сигнал различным блокам следящей системы.

Это устройство, которое механически управляет рулем управления, элевонами и элеронами.

В автопилоте есть по одному блоку следящей системы для каждого органа управления. Эти блоки получают команды от компьютера и с помощью гидравлики, и моторов двигают органами управления, чтобы самолет придерживался правильных высот и направления.

Еще один наглядный пример

Представьте, что сейчас разгар лета и вам ужасно жарко.

По этому вы решаете выставить термостат на 18 градусов.

Термостат измеряет температуру воздуха и сравнивает ее с цифрой, которую вы установили. Если температура воздуха выше вашего запроса, тогда термостат посылает сигнал кондиционеру приступить к охлаждению помещения, который в свою очередь опускает температуру воздуха до 18 градусов.

После того, как задание будет выполнено, термостат проверит воздух и если нужная температура была достигнута, то он отправит другой сигнал, чтобы выключить кондиционер.

Этот процесс называется Цикл Негативной Обратной Связи, то есть система ждет негативную информацию перед тем, как отправить обратную связь процессору и скорректировать ее.

Цикл состоит из приёмника например термостат, центр управления процессор и исполнитель ваш кондиционер. Именно так и работает автопилот.

Кто бы мог подумать, что у него так много общего с системой кондиционирования.

Давайте на примере разберем самую простую систему - одноосный автопилот.

Как он сохраняет крылья в ровном положении?

Сначала пилоты устанавливают настройки, чтобы крылья сохраняли ровное положение, но даже при малейшей турбулентности крылья могут изменить своё положение.

Гироскопы, которые находятся на крыльях, выявляют своё движение и автоматически направляют все данные компьютеру автопилота. Потом автопилот занимается обработкой информации и после того, как завершит обработку он понимает, что крылья больше не находятся в ровном положении. По этой причине он начинает принимать меры. Автопилот отправляет блокам следящей системы, которые занимаются управлением элеронами и говорит им, что они должны исправить положение крыльев.

У каждого блока есть электрический мотор с муфтой скольжения, которая захватывает кабель элерона и двигает им, чтобы совершить необходимые изменения.

Электрический мотор с муфтой
Электрический мотор с муфтой

Затем сенсор определяет, что крылья находятся в ровном положении и отменяет команду автопилота. После этого блок следящей системы перестает двигать кабель элерона.

Теперь самолет летит ровно!

Самое интересное заключается в том, что у современных автопилотов есть GPS. C помощью которого они вычисляют положение самолета в воздухе. С этой технологией самолет может выполнять весь план полета.

И хотя автопилот может посадить самолет при нулевой видимости, большинство посадок осуществляется вручную. Также 100% взлетов тоже производятся вручную.

Вот, что еще интересно. Автопилот не управляет самолетом: самолетом управляют пилоты посредством автопилота.

Что произойдет если автопилот сломается?

Тогда в игру вступят пилоты. Дело в том, что автопилот имеет систему защиты. То есть, если он сломается, это никак не повредит органам управления самолета. В этом случае пилоты отключат автопилот и возьмут управления на себя.

Во время профессиональной подготовки пилоты учатся, как вручную управлять всеми приборами в кабине и полетом без автопилота. Кроме того все самолеты проходят тщательную проверку перед полетом, чтобы техники могли убедиться в том, что сенсоры и блоки следящей системы работают идеально.

Но если они сломаются, пилоты исправят ситуацию!

Теперь вы знаете, как работает автопилот.

Если вы узнали что-то новое, то поставьте лайк!