Автопилот

редактировать

Панель управления автопилотом Боинг 747-200 самолет

Автопилот представляет собой систему, используемую для управления траекторией самолета, морского или космического корабля, не требуя постоянного ручного управления со стороны человека-оператора. Автопилот не заменяет людей-операторов. Вместо этого автопилот помогает оператору управлять транспортным средством, позволяя оператору сосредоточиться на более широких аспектах работы (например, отслеживании траектории, погоды и бортовых систем).

Когда он присутствует, часто используется автопилот. в сочетании с автоматическим дросселем , системой для управления мощностью, выдаваемой двигателями.

Система автопилота иногда в разговорной речи упоминается как «Джордж» (например, «мы позволим Джорджу летать на некоторое время»). этимология прозвища неясна: одни утверждают, что это отсылка к изобретателю Джорджу Де Бисону, который запатентовал автопилот в 1930-х годах, в то время как другие утверждают, что пилоты Королевских ВВС придумали термин во время Второй мировой войны для обозначения того, что их самолет технически принадлежал Королю Георгу VI.

Содержание

  • 1 Первые автопилоты
  • 2 Современные автопилоты
    • 2.1 Управление рулевым колесом
    • 2.2 Детали компьютерной системы
  • 3 Системы повышения устойчивости
  • 4 Автопилот для посадки по ILS
  • 5 Радиоуправляемые модели
  • 6 См. Также
  • 7 Ссылки
  • 8 Внешние ссылки

Первые автопилоты

Эпоха Второй Мировой войны Honeywell Панель управления автопилотом C-1

На заре авиации самолет требовал постоянного внимания пилота, чтобы летать безопасно. По мере того как дальность полета самолетов увеличивалась, позволяя выполнять многочасовые полеты, постоянное внимание приводило к серьезной усталости. Автопилот предназначен для выполнения некоторых задач пилота.

Первый автопилот для самолета был разработан Sperry Corporation в 1912 году. Автопилот соединил гироскопический указатель курса и указатель ориентации к гидроцилиндрам руля высоты и руля направления. (Элероны не были подключены, поскольку крыло двугранное было рассчитано для обеспечения необходимой устойчивости крена.) Это позволило самолету лететь прямо и горизонтально по компасному курсу без внимания пилота, в значительной степени снижение загруженности пилота.

Лоуренс Сперри (сын известного изобретателя Элмера Сперри ) продемонстрировал его в 1914 году на конкурсе по авиационной безопасности, проходившем в Париже. Сперри продемонстрировал надежность изобретения, управляя самолетом, держа руки подальше от управления и видимыми для посторонних. Элмер Сперри-младший, сын Лоуренса Сперри, и капитан Ширас продолжили работу над тем же автопилотом после войны, и в 1930 году они испытали более компактный и надежный автопилот, который удерживал самолет армейской авиации США на истинном курсе и высоте на три часа.

В 1930 году Royal Aircraft Establishment в Соединенном Королевстве разработал автопилот, названный помощником пилотов, который использовал пневматический -скрученный гироскоп для перемещения органов управления полетом.

Автопилот получил дальнейшее развитие, например, улучшены алгоритмы управления и гидроусилители. Добавление большего количества инструментов, таких как средства радионавигации, позволило летать ночью и в плохую погоду. В 1947 году самолет ВВС США C-53 совершил трансатлантический перелет, включая взлет и посадку, полностью под управлением автопилота. Билл Лир разработал свой автопилот F-5 и автомат. Система управления заходом на посадку и была награждена Collier Trophy за 1949 год.

В начале 1920-х танкер Standard Oil JA Моффет стал первым кораблем, который использовал автопилот.

Piasecki HUP-2 Retriever был первым серийным вертолетом с автопилотом.

лунный модуль цифровой автопилот программы Apollo был ранним примером полностью цифровой системы автопилота в космических кораблях.

Современные автопилоты

Современный блок управления полетом Airbus A340

Не все пассажирские самолеты, летающие сегодня, имеют система автопилота. Старые и меньшие по размеру самолеты авиации общего назначения по-прежнему управляются вручную, и даже небольшие авиалайнеры с менее чем двадцатью местами могут также не иметь автопилота, поскольку они используются на краткосрочных рейсах с два пилота. Установка автопилотов на самолетах с более чем двадцати сидячими местами обычно является обязательной в соответствии с международными авиационными правилами. В автопилотах для небольших самолетов есть три уровня управления. Одноосный автопилот управляет самолетом только по оси крен ; такие автопилоты также известны в просторечии как «выравниватели крыла», что отражает их единственную способность. Двухосный автопилот управляет самолетом по оси тангажа, а также креном, и может быть немного больше, чем выравниватель крыла с ограниченной способностью корректировать колебания тангажа; или он может получать входные данные от бортовых радионавигационных систем для обеспечения истинного автоматического наведения полета после взлета самолета незадолго до посадки; или его возможности могут находиться где-то между этими двумя крайностями. Трехосный автопилот добавляет управление по оси рыскания и не требуется для многих небольших самолетов.

Автопилоты в современных сложных самолетах являются трехосными и обычно делят полет на руление, взлет, набор высоты, крейсерский полет (горизонтальный полет), снижение, заход на посадку и посадку. Существуют автопилоты, которые автоматизируют все эти этапы полета, кроме руления и взлета. Управляемая автопилотом посадка на взлетно-посадочная полоса и управление самолетом при развертывании (т.е. удержание его в центре взлетно-посадочной полосы) известна как посадка CAT IIIb или Autoland, доступная сегодня на взлетно-посадочных полосах многих крупных аэропортов. особенно в аэропортах, подверженных неблагоприятным погодным явлениям, таким как туман. Посадка, выкатывание и управление рулежкой к месту стоянки самолета известны как CAT IIIc. На сегодняшний день это не используется, но может быть использовано в будущем. Автопилот часто является неотъемлемым компонентом системы управления полетом.

. Современные автопилоты используют компьютер программное обеспечение для управления самолетом. Программное обеспечение считывает текущее положение самолета, а затем управляет системой управления полетом , чтобы направлять самолет. В такой системе, помимо классического управления полетом, многие автопилоты включают возможности управления тягой, которые могут управлять дросселями для оптимизации воздушной скорости.

Автопилот в современном большом летательном аппарате обычно считывает свое местоположение и положение самолета с инерциальной системы наведения. В инерционных системах наведения со временем накапливаются ошибки. Они будут включать системы уменьшения ошибок, такие как карусельная система, которая вращается раз в минуту, так что любые ошибки рассеиваются в разных направлениях и имеют общий эффект обнуления. Погрешность гироскопов называется дрейфом. Это происходит из-за физических свойств системы, будь то механическая или управляемая лазером, которые искажают данные о местоположении. Разногласия между ними разрешаются с помощью цифровой обработки сигналов, чаще всего с помощью шестимерного фильтра Калмана. Шесть измерений обычно - это крен, тангаж, рыскание, высота, широта и долгота. Самолеты могут летать по маршрутам, которые имеют требуемый коэффициент летно-технических характеристик, поэтому для выполнения полета по этим конкретным маршрутам необходимо контролировать количество ошибок или фактический коэффициент производительности. Чем дольше полет, тем больше ошибок накапливается в системе. Радиопомощи, такие как DME, обновления DME и GPS, могут использоваться для корректировки местоположения воздушного судна.

Управляемое рулевое управление

Серводвигатель для приложений автопилота

На полпути между полностью автоматическим полетом и ручным полетом является Управляемое рулевое управление (CWS). Несмотря на то, что в современных авиалайнерах он все реже используется в качестве автономной опции, CWS по-прежнему используется на многих самолетах. Как правило, автопилот, оснащенный CWS, имеет три положения: выключено, CWS и CMD. В режиме CMD (командный) автопилот полностью контролирует самолет и получает данные от установки курса / высоты, радио и навигационных средств или от FMS (системы управления полетом). В режиме CWS пилот управляет автопилотом через входы на вилке или ручке. Эти входные данные преобразуются в определенный курс и положение, которые автопилот будет удерживать до тех пор, пока не поступит иное указание. Это обеспечивает стабильность по тангажу и крену. Некоторые самолеты используют форму CWS даже в ручном режиме, например MD-11, который использует постоянный CWS в крене. Во многих отношениях современный электронный самолет Airbus в нормальном праве всегда находится в режиме CWS. Основное отличие состоит в том, что в этой системе ограничения самолета охраняются бортовым компьютером, и пилот не может направить самолет за эти пределы.

Детали компьютерной системы

Аппаратное обеспечение автопилота варьируется от реализации к реализации, но, как правило, при проектировании в первую очередь учитываются избыточность и надежность. Например, система управления полетом автопилота Rockwell Collins AFDS-770, используемая на Boeing 777, использует микропроцессоры FCP-2002 с тройным дублированием, которые прошли формальную проверку и изготовлены с использованием радиационно-стойкого процесса.>Программное и аппаратное обеспечение автопилота строго контролируется, и проводятся обширные процедуры тестирования.

Некоторые автопилоты также используют разнообразие дизайна. В этой функции безопасности критически важные программные процессы будут выполняться не только на отдельных компьютерах и, возможно, даже с использованием разных архитектур, но на каждом компьютере будет выполняться программное обеспечение, созданное разными группами инженеров, часто запрограммированное на разных языках программирования. Обычно считается маловероятным, что разные инженерные команды совершат одни и те же ошибки. По мере того, как программное обеспечение становится более дорогим и сложным, разнообразие дизайнов становится менее распространенным, поскольку меньшее количество инженерных компаний может себе это позволить. Компьютеры управления полетом на Space Shuttle использовали эту конструкцию: было пять компьютеров, четыре из которых с дублированием запускали идентичное программное обеспечение, а пятый резервный запускал программное обеспечение, которое было разработано независимо. Программное обеспечение пятой системы обеспечивало только основные функции, необходимые для управления шаттлом, что еще больше уменьшало любую возможную общность с программным обеспечением, работающим на четырех основных системах.

Системы повышения устойчивости

Система повышения устойчивости (SAS) - это еще один тип автоматической системы управления полетом; однако вместо того, чтобы поддерживать самолет в заданном положении или траектории полета, SAS будет приводить в действие органы управления полетом, чтобы гасить удары самолета независимо от положения или траектории полета. SAS может автоматически стабилизировать самолет по одной или нескольким осям. Наиболее распространенным типом SAS является амортизатор рыскания, который используется для устранения тенденции голландского крена самолетов со стреловидным крылом. Некоторые амортизаторы рыскания являются неотъемлемой частью системы автопилота, а другие - автономными системами.

Демпферы рыскания обычно состоят из датчика скорости рыскания (гироскопа или углового акселерометра), компьютера / усилителя и сервопривода. В демпфере рыскания используется датчик скорости рыскания, чтобы определять, когда самолет начинает крен по голландскому направлению. Компьютер обрабатывает сигналы от датчика скорости рыскания, чтобы определить величину поворота руля направления, которая требуется для гашения голландского крена. Затем компьютер дает сервоприводу команду переместить руль направления на эту величину. Голландский крен смягчается, и самолет становится устойчивым относительно оси рыскания. Поскольку голландский крен - это нестабильность, присущая всем самолетам со стреловидным крылом, на большинстве самолетов со стреловидным крылом установлена ​​какая-то система демпфирования рыскания.

Существует два типа демпферов рыскания: последовательные демпферы рыскания и параллельные демпферы рыскания. Сервопривод параллельного демпфера рыскания будет приводить в действие руль направления независимо от педалей руля направления, в то время как сервопривод демпфера последовательного рыскания сцеплен с квадрантом управления рулем направления, и приведет к перемещению педали, когда система дает команду рулю направления на движение.

Некоторые самолеты имеют системы повышения устойчивости, которые стабилизируют самолет более чем по одной оси. Для Boeing B-52, например, требуется SAS как по тангажу, так и по рысканью, чтобы обеспечить стабильную платформу для бомбометания. Многие вертолеты имеют системы SAS по тангажу, крену и рысканью. Системы SAS по тангажу и крену работают почти так же, как описанный выше демпфер рыскания; однако, вместо того, чтобы гасить голландский крен, они будут гасить колебания тангажа и крена или бафтинга, чтобы улучшить общую устойчивость самолета.

Автопилот для посадки по системе ILS

Посадка с использованием инструментов определяется по категориям Международной организацией гражданской авиации или ИКАО. Они зависят от требуемого уровня видимости и степени, в которой посадка может производиться автоматически без участия пилота.

CAT I - эта категория разрешает пилотам приземляться с высотой принятия решения 200 футов (61 м) и прямой видимостью или дальностью видимости на взлетно-посадочной полосе (RVR) 550 метров (1800 футов).. Автопилоты не требуются.

CAT II - Эта категория разрешает пилотам приземляться с высотой принятия решения от 200 футов (61 м) до 100 футов (30 м) и RVR 300 метров (980 футов). Автопилоты требуют пассивного отказа.

CAT IIIa - Эта категория разрешает пилотам приземляться с высотой принятия решения всего 50 футов (15 м) и RVR 200 метров (660 футов). Ему нужен отказоустойчивый автопилот. Вероятность приземления за пределами предписанной зоны должна быть только 10.

CAT IIIb - То же, что и IIIa, но с добавлением автоматического разворачивания после приземления, когда пилот берет на себя управление на некотором расстоянии вдоль взлетно-посадочной полосы. Эта категория позволяет пилотам приземляться с высотой принятия решения менее 50 футов или без высоты принятия решения и с прямой видимостью 250 футов (76 м) в Европе (76 метров, сравните это с размерами самолетов, некоторые из которых теперь превышают 70 метров ( 230 футов) в длину) или 300 футов (91 м) в США. Для помощи при посадке без принятия решения необходим аварийный автопилот. Для этой категории необходима какая-то система наведения на ВПП: по крайней мере, отказоустойчивую, но она должна быть исправной для посадки без высоты принятия решения или для RVR ниже 100 метров (330 футов).

CAT IIIc - То же, что и IIIb, но без минимальных значений высоты принятия решения или видимости, также известных как «ноль-ноль». Еще не реализовано, так как это потребовало бы от пилотов руления в условиях нулевой видимости. Самолет, способный приземлиться в CAT IIIb, оснащенный автоторможением, сможет полностью остановиться на взлетно-посадочной полосе, но не сможет рулить.

Отказоустойчивый автопилот: в случае отказа самолет остается в управляемом положении, и пилот может взять его под свой контроль, чтобы обойти или завершить посадку. Обычно это двухканальная система.

Автопилот, работающий при отказе: в случае отказа ниже аварийной высоты заход на посадку, сигнализация и посадка могут быть выполнены автоматически. Обычно это трехканальная система или двухканальная система.

Радиоуправляемые модели

В радиоуправляемом моделировании, и особенно RC самолетах и вертолетах, автопилот обычно это набор дополнительного оборудования и программного обеспечения, которое занимается предварительным программированием полета модели.

См. также

На Викискладе есть материалы, связанные с Автопилотами.

Ссылки

Внешние ссылки

Найдите автопилот в Викисловаре, бесплатном словаре.
Последняя правка сделана 2021-06-12 19:28:43
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте