Исторически автопилот появился, потому что самолет – это аэродинамический агрегат, который движется по законам аэродинамики, а аэродинамика предусматривает такое понятие, как устойчивость и управляемость летательного аппарата. Еще во время обучения инструктора часто говорили нам – не мешайте лететь самолету. Он сам летит, вы ему главное не мешайте. Помогайте или предупреждайте какие-то происшествия. И конструкторы всегда стремились сделать так, чтобы воздушные суда были устойчивы и управляемы на всех этапах полета – взлете, посадке и в самом полете. Стремление к созданию устойчивой и управляемой системы легло в основу идеи создания автопилота.
На этом фундаменте и родилась мысль о том, что можно автоматизировать полет. Особенно актуально это стало тогда, когда появились длительные полеты, точнее необходимость длительных перелетов. Например, при полете Чкалова и Байдукова через северный полюс, им приходилось попеременно управлять самолетом в течении нескольких суток. Если бы в те времена был хороший автопилот, подобные полеты проходили бы намного проще.
Конструктора, которые занимались созданием систем управления и создание самолетов, вообще давно задумывались над этим вопросом. Как правило, первые конструктора сами же летали и понимали, как тяжело бывает в длительном полете выдерживать конкретный режим полета. По этому автопилот появился как развитие идеи стабильного полета.
Простейшие автопилоты появились в 30-х годах прошлого века, при этом были совершенно не похожи на современные. Например, для упрощения полета можно было прикрепить резинку на штурвал, чтобы зафиксировать его в нужном положении, либо механически зафиксировать рычаг управления двигателем на определенных оборотах. По мере усложнения систем управления, развивались и автопилоты. Появилась идея зафиксировать определенные узлы в определенных режимах. Постепенно это преобразовалось в полноценную систему управления полетом. Практически сразу после второй мировой войны автопилот появляется в том виде, в котором мы знаем его сейчас.
Первоначально автопилот, как и многие другие изобретения, получил распространение на военных самолетах, а после был приспособлен для гражданской авиации. Первые автопилоты требовали большого внимания от пилота, например на самолетах 50-х годов требовалось очень долго и внимательно настраивать автопилот перед полетом по разным каналам управления – по крену, по высоте, по тангажу, и так далее. По нескольку минут уходило только на настройку каждого из перечисленных параметров. Сегодня же можно запрограммировать полет от взлета до посадки и почти не вмешиваться в процесс полета.
По большому счету, при использовании автопилота, функция пилота в современном самолете сводится к простому контролю, на случай отказа какой-либо из систем. При этом автопилот используется не только для управления самолетами, но и в космической отрасли. Приведу пример - полет «Бурана» полностью управлялся автопилотом, при том, что было предусмотрено и ручное управление, но было решено не вмешиваться в работу программы. При полете программа учитывала не только параметры, заданные перед началом полета, но была способна также учитывать информацию, поступающую с датчиков и из центра управления полетами.
Подобно программам, использовавшимся при полете «Бурана», современные автопилоты учитывают множество параметров, поступающих от датчиков, диспетчерских служб на земле, а также от других воздушных судов. К примеру, система предотвращения воздушных столкновений. При использовании этой системы, при приближении самолетов друг к другу, она автоматически будет пытаться развести самолеты по разным высотам, передавая указания пилотам о снижении или увеличении высоту полета.
Последнее время все более актуальной проблемой становится тема «противостояния» автопилота и пилота при управлении самолетом. Потому, что с одной стороны, при использовании автопилота полет упрощается, а с другой стороны, происходит «дисквалификация» пилота от управления полетом.
Пилот гражданской авиации сегодня, как правило, управляет полетом на этапе руления и взлета. После набора высоты более 50 метров и уборки шасси, пилот может передать процесс управления автопилоту, при этом, конечно, полностью контролируя его работу. Посадка происходит как в ручном, так и в автоматическом или полуавтоматическом (директорном) режиме, большая часть современных лайнеров оснащена автопилотами, способными посадить самолет. При этом на высоте менее 100 метров, пилот принимает управление самолетом на себя. Помимо этого, пилот обязан принять управление в случае каких-либо проблем при посадке или взлете, а также во время полета на высоте.
При этом, разумеется, как пилоты, так и автопилоты, совершают ошибки. Последний пример – авиакатастрофа Боинг 737 в Ростове-на-Дону, когда при заходе на посадку погодные условия привели к тому, что автоматическое управление не справлялось с погодными проблемами, возникшими при приземлении, пилот же, переняв управление на себя переоценил свои возможности, и вместо ухода на второй круг попытался посадить машину вопреки сложившимся погодным условиям. При этом первый раз автопилот принял решение увести машину на второй круг.
Полностью заменить пилота на автопилот при нынешнем уровне развития технологии, пока представляется затруднительным, потому что пилот по-прежнему сохраняет самую важную функцию – контроль работы автопилота, и полный анализ его действий. При текущей тенденции развития такое представляется возможным как минимум через 30-50 лет, потому что пассажиры авиакомпаний предпочитают доверять жизнь пилоту, нежели машине, которая пока не способна превзойти человека в аналитической оценке ситуации и принятии каких-то действий в случае возникновения проблем. При чем это происходит не только по причинами превосходства логики над машиной, но и по психологическим причинам, потому что пассажирам пока что легче доверить свой полет профессионалу, а не машине.
Зарождение авиастроения много чего изменило в конструкции самолетов и их управлении. Еще 20-30 лет назад такой прибор, как автопилот, был неизвестен практически никому. За эти годы ситуация в корне изменилась. Большую часть полета управление огромными пассажирскими авиалайнерами осуществляют именно автопилоты. Можно сказать, что пилот активно участвует только на рулении и взлете, после чего передает управление системе. Также нужно вмешательство пилота при посадке судна. Бортовой компьютер самолетов значительно упрощает задачи в управлении и контроле.
Пилоты современных моделей «Эйрбаса» часто шутят, что для управления новыми моделями пассажирских лайнеров достаточно собаки и одного человека. Собака необходима, чтобы кусать пилота, чтобы тот не тянулся к рычагам и кнопкам управления, а человек нужен для того, чтобы кормить пса. Конечно же, это шутка, которая появилась за счет современных систем управления, таких как fly-by-wire, иными словами, это радиодистанционное управление аппаратом. Оно позволяет обеспечить передачу сигналов от самого пилота к механизмам лайнера в виде электрических сигналов. Это значит, что вместо использования старой гидравлики пилоты осуществляют управление, посылая сигналы через компьютер к отдельным механизмам машины.
Что же такое автопилот в широком понимании данного термина? Это программно-аппаратная система, которая имеет возможность вести транспортное средство по заданному маршруту. С каждым годом инноваций становится все больше во многих отраслях транспортного строения. Все же лидирующие позиции занимает воздушный транспорт.
Автопилот самолета создан для стабилизации всех параметров полета судна и ведения по заданному курсу. При этом соблюдается установленная пилотом скорость и высота полета. Перед тем как переводить летательный аппарат на режим автопилота, необходимо создать четкий полет без скольжения или завала машины. После стабилизации самолета по всем плоскостям можно производить включение системы автоматического управления, но при этом необходимо проводить регулярный контроль показателей. Стоит отметить, что и военные самолеты имеют такие системы.
Более сложные в своей конструкции и надежные автопилоты начали устанавливаться на отечественные самолеты с конца 70-х годов.
Краткая история создания автопилота
Первый автопилот в мире был создан еще в далеком 1912 году. Изобретение принадлежит американской компании Sperry Corporation, которая смогла создать систему, удерживающую самолет на заданной траектории, при этом стабилизируя крен. Это было достигнуто за счет связи высотометра и компаса с рулями направления и высоты. Связь была настроена за счет использования блока и гидравлического привода.
На схеме показано, как работает типичный автопилот.
Заранее рассчитанные параметры полета вводятся в компьютеры самолета (1).
После взлета автопилот вступает в действие.
Два дисплея(2)показывают положение самолета, его предполагаемый маршрут и высоту.
Изменение положения маленьких заслонок(3) на наружной поверхности самолета оповещает компьютеры о малейшем изменении в ориентации самолета.
Для определения положения используется глобальная система навигации (ГСН) (4).
Приемник расположен на верхней части корпуса (5).
Компьютеры следят за маршрутом и автоматические производят необходимые изменения посредством сервомеханизмов (6),
которые управляют рулем (7),
рулями высоты (8),
элеронами (9),
закрылками (10)
и настройкой дросселей двигателей (11)
При необходимости пилот может в любой момент отключить автопилот и перейти к ручному управлению (12)
Начиная с 30-х годов 20 века, автопилотами начали оснащать некоторые пассажирские авиалайнеры. Новый виток в развитие автоматических систем управления внесла Вторая мировая война, которая требовала подобных технологий для дальних бомбардировщиков. Впервые полностью автоматический полет через Атлантику, включая посадку и взлет, осуществил самолет C-54, принадлежавший США. Это произошло в 1947 году.
Современный этап развития автоматизированных систем управления самолетами достиг качественно нового уровня. На сегодняшний день лайнеры комплектуются системами ВБСУ или САУ. Система автоматического управления «САУ» осуществляет качественную стабилизацию судна на маршруте и в пространстве. Совокупность агрегатов системы позволяет управлять аппаратом на всех этапах полета. Самые современные разработки позволяют осуществлять полет в так называемом штурвальном режиме, это позволяет максимально облегчить работу пилота, минимизировать его вмешательство. Такие системы самостоятельно стабилизируют самолет от сноса, скольжения или болтанки, могут переходить даже на критические режимы полета, при этом очень часто игнорируя действия пилотов.
Автопилот самолета ведет аппарат по заданному маршруту, при этом используется комплексная информация навигационных приборов собственных и наземных датчиков, которые проводят анализ полета. Данная система проводит управление всеми агрегатами летательного судна. Также работают траекторные системы, которые проводят заход на посадку с высокими показателями точности без каких-либо действий пилотов.
Управляющие устройства в стандартном их виде (рычаги, педали) практически не используются. Высокая степень автоматизации довела управление до подачи электрических импульсов ко всем частям самолетов без применения гидравлики в системе управления. Электромеханические приборы управления позволяют воссоздать более привычные условия пилотам. В кабинах пилотов все чаще устанавливаются боковые рычаги управления по типу «сайдстик».
Проблемы автоматического управления самолетами
Конечно же, первоочередной и самой главной проблемой при создании автопилотов является сохранение безопасности полета. В большинстве старых автоматических систем управления пилот имеет возможность в любое время произвести срочное отключение автопилота и перейти на ручное управление. При нарушении или поломке автопилота крайне необходимо отключение системы обычным способом или механическим. В аппарате Ту-134 возможно проведение «отстрела» автопилота установленным пиропатроном. При разработке автопилота тщательно продумываются варианты его отключения в случае поломки без вреда для полета.
Для повышения безопасности автоматика управления работает в многоканальном режиме. Параллельно могут работать сразу четыре системы пилотирования с одинаковыми параметрами и возможностями. Также система проводит постоянный анализ и мониторинг входящих информационных сигналов. Полет осуществляется на основе так называемого метода кворумирования, который состоит из принятия решения по данным большинства систем.
В случае поломки автопилот способен самостоятельно выбрать дальнейший режим управления. Это может быть переключение на другой канал управления или передача управления пилоту. Для проверки работы систем необходимо проводить так называемый предполетный прогон систем. Данный тест состоит из запуска пошаговой программы, которая подает имитацию сигналов полета.
Все же ни одна проверка не позволяет достичь 100%-й гарантии безопасности и работы в полете. Из-за нестандартных ситуаций в воздухе могут возникать дополнительные проблемы с автоматикой управления. Некоторые автопилоты имеют различные программы, которые позволяют наиболее безопасно проводить полет соответствующего авиалайнера.
Все же полет на одном автопилоте без человеческого фактора очень опасен и практически невозможен. Можно сделать один логический вывод, что чем «умнее» самолет и сложнее его конструкция, тем меньше шансов на полет без человеческого вмешательства. Чем больше новых автоматизированных систем используется, тем значительнее возрастают шансы на их отказ в полете. Просчитать все варианты отказа практически невозможно. Именно поэтому навыки пилота останутся востребованными постоянно, поскольку каждый летчик проходит очень большой путь к управлению пассажирскими лайнерами. Соответственно, навыки и быстрое принятие решений остаются более важными, нежели действия компьютерных программ.
Самые современные системы автоматического управления типа fly-by-wire позволили значительно снизить общую массу конструкции самолета. При этом надежность бортовых систем возросла в разы. Оборудование реагирует без промедлений, а также способно исправлять ошибки, вызванные человеческим фактором при управлении. Это говорит о том, что система не позволит пилоту завести машину в опасную для нее и пассажиров на борту ситуацию. Современные самолеты типа Airbus перестали комплектоваться стандартными рычагами и педалями управления, вместо этого устанавливаются джойстики. Все это позволяет пилотам не задумываться над тем, какую команду и как необходимо передать отдельному агрегату. Не нужно продумывать угол отклонения элеронов или закрылок, достаточно наклонить джойстик управления – и компьютер сделает все сам.
Все же, несмотря на всю радужную картину, по вине автопилотов произошло немало крушений и аварий, которые привели к человеческим жертвам. История авиакатастроф по вине автоматических систем управления, к сожалению, очень богата фактами ненадежности таких систем.
Как-то у Ричарда Бренсона, основателя Virgin Airlines, спросили:
- Вы все время экономите на всем. Что дальше – вы посадите в кабину одного пилота вместо двух?
- Дальше мы вообще уберем из кабины пилотов.
«Да что там сложного, включил автопилот – и спи». Это любимый аргумент диванной гвардии в разговорах об авиации, после которого неизбежно следует глубокое умозаключение «непонятно, за что им такие деньги платят». А может, и правда полет на самолете такая простая штука, что нет никакого смысла проходить долгое и сложное обучение на пилота самолета , досконально разбираться, как летает самолет , постоянно подтверждать квалификацию, учить английский и трястись от страха накануне ВЛЭК, раз уж кабина современного авиалайнера оборудована волшебной кнопкой «автопилот»?
Автопилотом управляет пилот
Дл начала придется осознать, что волшебной кнопки нет. Вместо нее – целая панель датчиков, тумблеров, переключателей, лампочек и километры проводов, соединяющих все это хозяйство с узлами и агрегатами самолета. Без участия человека они таки останутся стеклом, пластиком и металлом. Поэтому управляет автопилотом пилот. Как бы странно это не звучало.Но прежде чем нажать заветную кнопку, нужно как минимум рассчитать количество топлива с учетом числа пассажиров, груза, погоды, возможности уйти на запасной аэродром «если что», узнать, где вообще есть такие аэродромы на всем протяжении полета, и постоянно держать их в голове, убедиться в работоспособности всех систем, запросить у диспетчера разрешение на руление (а в загруженных международных аэропортах на рулежках пробки порой похлеще городских), докатиться до полосы, еще раз все перепроверить, взлететь, держа в голове необходимость в любой момент немедленно прекратить взлет, набрать высоту и только после этого, заняв эшелон, может быть, перевести управление самолетом в автоматический режим. Это, если погода идеальна и нет необходимости обходить грозовые облака, что бывает довольно редко.
«Полет на самолете в автоматическом режиме» в данном случае будет означать, что пилот выставил определенные значения скорости и высоты. Если условия поменяются, и высоту необходимо будет сменить, автопилот об этом сам не узнает. Мало того, современный автопилот имеет несколько режимов работы, и разные команды пилота не должны противоречить друг другу. Можно, например, задать высоту 10000 футов, но включить режим снижения, и самолет послушно полетит вниз. Он, конечно, будет истошно верещать и пищать, но сам ничего не предпримет, потому что набор лампочек, кнопочек и проводов не знает, как летает самолет .
При грамотном обращении автопилот существенно облегчает жизнь экипажа, беря на себя рутинную часть работы, но высокую зарплаты летчики получают точно не за это. Это все равно, что обижаться на журналистов, что они пишут тексты на компьютере, а не гусиным пером.
Про гусиные перья или почему пилот самолета будет всегда необходим
В книге советского писателя и летчика-истребителя Анатолия Маркуши есть замечательная сцена. Девушка пеняет своему молодому человеку, что он выбрал неправильную профессию, так как пилоты скоро станут не нужны.Это было более полувека назад. Телевидение, к слову, грозившееся «убить» театр и кино, изобрели позже автопилота, а искусство Мельпомены все живет и живет. Что уж говорить про такую тонкую материю как полет на самолете.
Первый автопилот был разработан американской корпорацией Sperry Corporation аж в 1912 году. А в 30-е годы уже многие пассажирские лайнеры оборудовались системами, позволяющими автоматически удерживать курс и выравнивать крен относительно земли.
В 1947 году Douglas C-54 ВВС США перелетел через Атлантику в полностью автоматическом режиме, включая взлет и посадку.
Как ни странно, но если в других сферах техническое совершенство способствует прогрессу, в авиации пока все наоборот. Чем сложнее, больше, комфортнее и «умнее» самолет, тем меньше шансов, что когда-нибудь он полетит сам. Чем технологичней начинка, тем выше вероятность отказа каждой ее составляющей, а чем больше такой начинки, тем больше возможных комбинаций отказов, просчитать которые не в состоянии ни один компьютер.
Вот почему грамотный пилот самолета, обученный пилотированию «на руках», последовательно прошедший все этапы подготовки – от маленькой Цессны до авиалайнера – будет востребованы всегда.
«Взлет опасен, полет прекрасен, посадка трудна»
Это еще Михаил Громов – тот самый, который в 1937 году в компании с Юмашевым совершил беспосадочный перелет Москва – Северный полюс – США - говорил. Даже далекие от авиации люди, не осознавая толком, как летает самолет , понимают, что просто так с высоты 10 тысяч метров он не упадет. Чаще всего авиакатастрофы случаются на взлете и посадке. То есть той части полета, справляться с которой автопилот пока не очень умеет.Да, уже давно созданы системы, способные поднимать и сажать самолет в полностью автоматическом режиме, но надо понимать, что такие самолеты требуют практически лабораторных условий. Во-первых, идеальная погода – ветер не более 10 м/с, никакого дождя, льда, снега или грозы. Во-вторых, аэропорт, оборудованный так называемой ILS (Instrumental Landing System) – системой автоматического захода на посадку.
Грубо говоря, это совокупность маяков и датчиков, с помощью которой полет на самолете
может осуществляться буквально вслепую. Позволить себе такое оборудование могут только очень крупные международные хабы в развитых странах. С другой стороны, в развитые страны обычно очень много желающих прилететь, а чем больше в воздухе самолетов в единицу времени, тем выше вероятность сбоя системы ILS из-за перегруженного всевозможными радиоволнами и датчиками пространства. Замкнутый круг.
Тем не менее, разговоры о том, что скоро автоматика вытеснит из кабины живых пилотов, не умолкают.
5 причин, почему в обозримом будущем этого точно не произойдет
- Отсутствие необходимой инфраструктуры. Посадка на автопилоте при нулевой горизонтальной и вертикальной видимости (например, в плотный туман) разрешается только в аэропортах, сертифицированных по III категории ИКАО. Сертификация эта не то чтобы сложно реализуемая технически, но очень дорогая. Вкладывать такие деньги в полтора километра бетонки, построенные еще английскими колонизаторами (либо розовощекими строителями коммунизма, в зависимости от географии) экономически не выгодно. А экономика в современной авиации решает если не все, то многое.Радиообмен. На протяжении всего маршрута борт сопровождают авиадиспетчеры на земле. А земля большая и разная. Принято считать, что универсальным языком в авиации считается английский, но любой пилот с опытом международных полетов скажет, что в каждой стране он свой. Классикой жанра в этом плане считается «китайский английский», разобрать который с непривычки практически невозможно. Машина с подобным точно не справится, а вот человек умеет приспосабливаться ко всему.
Интуиция умноженная на опыт. Авиастроители в комплект к самолету всегда прилагают руководство по эксплуатации и карты действий в аварийных ситуациях. Так вот, двойные (тройные и т.д.) отказы в них не предусмотрены. Точнее предусмотрены, но с формулировкой «экипаж сам определяет последовательность действий, исходя из своего опыта, знаний и сложившейся обстановки». У автопилота своих знаний нет, а компьютер, который мог бы просчитать все комбинации ситуаций, если и возможен в теории, то в жизни будет весить как три самолета.
Дороговизна. Та же кофеварка, что в магазине «Все для дома» стоит сотню долларов, на борту бизнес-джета будет стоить тысяч десять. Не потому что «крутизна дороже денег», а потому что она обязана соответствовать международным требованиям безопасности для бортового оборудования. Что уж говорить про оборудование, которое отвечает за жизнь пассажиров? Тарифы на авиабилеты при этом будут такими, что гражданская авиация потеряет вообще весь смысл своего существования.
Психология пассажиров. Это самое простое и самое сложное одновременно. Много найдется в мире людей, готовых отдать свои кровные за полет на самолете без пилота? Особенно, если билет этот стоит дороже, чем экспедиция на МКС?
Мечтать приятно, а фантазировать легко. Возможно, когда-нибудь человечество и достигнет такого расцвета, что воспитает искусственный интеллект и построит совершенную ILS-инфраструктуру в самых отдаленных уголках Земли. А пока у нас даже газ с канализацией не везде есть, качественно подготовленный пилот самолета , обучение которого проходило в приближенных к земным реалиях условиях – с живыми примерами, в разных погодных условиях, с необходимостью мгновенно принимать решения головой, а не автопилотом, работу всегда найдет. По крайне мере на ближайшие 100-200 лет.
Или движения другого транспортного средства.
Пульт управления вертолётного автопилота АП-34
Автопилот в авиации
Авиационный автопилот предусматривает автоматическую стабилизацию параметров движения летательного аппарата (автопарирование возмущений по курсу, крену и тангажу) и в качестве дополнительных функций - стабилизацию высоты и скорости. Предварительно, перед включением автопилота в работу, летательный аппарат выставляется в стабилизированный полёт без тенденции к завалам и скольжению, то есть стабилизируется по трём осям (по курсу-крену-тангажу) триммерами. После включения автопилота требуется периодический контроль его работоспособности и периодическая корректировка дрейфа рулевых машин, обусловленная несовершенством схемы и параметрическим разбросом комплектующих. На военных машинах управление самолётом по крену через автопилот может передаваться штурману через бомбовый прицел для разгрузки лётчика в процессе прицеливания и бомбометания.
В общем, классические автопилоты в современной авиации установлены на довольно старых машинах. Начиная с 70-х - 80-х годов в СССР строились вполне сложные многофунциональные структуризированные системы автоматического управления летательными аппаратами.
История разработки и внедрения автопилота в авиации
Исторически первой разработкой в области автоматизации управления самолётом был автопилот, разработанный американским предприятием Sperry Corporation в 1912 году ; он обеспечивал автоматическое удержание курса полёта и стабилизацию крена. Рули высоты и руль направления были связаны гидравлическим приводом с блоком, получающим сигналы от гирокомпаса и высотомера.
В современной авиации
В современной авиации более глубокое развитие автоматизации полёта получили системы автоматического управления (САУ или АБСУ) и более сложные структурированные комплексы. САУ, помимо стабилизации самолёта в пространстве и на маршруте, позволяет также реализовать программное управление на различных этапах полёта. Наиболее сложные системы автоматического управления берут на себя значительную часть функций по управлению самолётом в «штурвальном режиме», делая управление для лётчика лёгким и единообразным, парируя болтанку, предотвращая сносы, скольжения, выходы на критические режимы полёта и даже запрещая или игнорируя некоторые действия лётчика.
Система управления в автоматических режимах ведёт самолёт по заданному маршруту (или реализует более сложную подпрограмму боевого применения), используя пилотажно-навигационную информацию от группы собственных датчиков, самолётных систем, наземных радионавигационных средств или даже выполняя команды бортового оборудования соседнего самолёта (некоторые боевые летательные аппараты могут работать в паре или группой, постоянно обмениваясь тактической информацией по радиоканалам, вырабатывая тактику совместных действий и выполняя полётное задание в автоматическом или, что происходит чаще, полуавтоматическом режиме - для выполнения того или иного автоматически выработанного решения требуется подтверждения человека). Подсистема траекторного управления позволяет выполнять заход на посадку с высокой точностью без вмешательства экипажа.
В качестве управляющих органов уже давно стараются не применять рулевые машины, включённые в проводку управления, а используют прямое управление рулевыми агрегатами, подмешивая управляющие сигналы от системы автоматического управления в сигналы от штурвала (или ручной системы управления). На органах управления применяется довольно сложная электромеханическая система имитации загрузки для создания лётчику привычных усилий. В последнее время от этой практики постепенно отходят, резонно считая, что как ни имитируй, всё равно большая часть процесса управления воздушным судном автоматизирована. Всё чаще в кабинах современных самолётов применяются боковые ручки управления типа «сайдстик».
Проблемы систем автопилотирования
Основной проблемой при построении автопилотов и автоматических систем управления является безопасность полёта. В простейших и не только авиационных автопилотах предусматривается быстрое отключение автопилота лётчиком при нарушениях его нормальной работы, возможность «пересиливания» рулевых машин ручным управлением, механическое отключение рулевых машин от проводки управления и даже «отстрел» пиропатронами (Ту-134). Системы автоматического управления изначально проектируются с расчётом на отказы с сохранением основных функций работы, и предусматривается комплекс мер для повышения безопасности полёта.
Системы автоматического управления проектируются многоканальными, то есть параллельно работают два, три и даже четыре абсолютно одинаковых канала управления на общий рулевой привод, и отказ одного-двух каналов никак не влияет на общую работоспособность системы. Система контроля постоянно отслеживает соответствие входных сигналов, прохождение сигналов по цепям и выполняет непрерывный контроль выходных параметров системы автоматического управления в течение всего полёта, как правило, по методу кворумирования (голосование большинством) или сравнения с эталоном.
В случае возникновения какого-либо отказа система самостоятельно принимает решение на возможность дальнейшей работы режима, его переключения на резервный канал, дублирующий режим или передачи управления лётчику. Хорошим способом проверки общего контроля исправности системы автоматического управления считается предполётный тест-контроль, осуществляемый методом «прогона» пошаговой программы, подающей стимулирующие имитационные сигналы в различные входные цепи системы, что вызывает фактические отклонения рулевых и управляющих поверхностей самолёта в различных режимах работы.
Тем не менее, даже полная предполётная проверка автоматической системы управления с программным тест-контролем не может дать стопроцентной гарантии исправности системы. В связи с большой сложностью некоторые режимы просто невозможно симулировать в наземных условиях, тогда дефект может проявиться в воздухе, как, например, случилось на самолётах Ту-154 B-2610 (Air China , заводской номер 86А740) и RA-85563 (ВВС России). Ту-154 оснащён постоянно работающей в полёте автоматической бортовой системой управления (АБСУ-154), которая может работать как в режиме автопилота, полностью стабилизируя самолёт по одной из программ (выдерживание заданных тангажа и крена , стабилизация высоты , приборной скорости или числа М , выдерживание заданного курса , заход по глиссаде и др.), так и в штурвальном режиме, демпфируя колебания самолёта и тем самым облегчая управление. Полностью АБСУ из системы управления выключить невозможно, но можно отключать поканально рулевые агрегаты системы.
На машине B-2610 было перепутано подключение однотипных блоков датчиков линейных ускорений крена и рыскания, установленных рядом и имеющих в силу однотипности одинаковые штепсельные разъёмы. В результате элероны пытались демпфировать колебания по курсу, а руль направления - по крену, в результате чего колебания только прогрессирующе росли и самолёт разрушился в воздухе от перегрузок. Погибли 160 находившихся на борту человек. На машине RA-85563 было перепутано подключение двух питающих фазных проводов в системе электроснабжения 36 вольт, что вызвало отказ системы демпфирования.
АБСУ-154 питается трёхфазным напряжением 36 В обратной фазировки (фазные напряжения принимают положительные значения в порядке A, C, B) и аварийные источники 36 В (преобразователи ПТС-250 27/36 В) сразу вырабатывают напряжение обратной фазировки, а основные источники (трансформаторы ТС330СО4Б 208/36 В) вырабатывают напряжение прямой фазировки и требуется их обратное подключение на переключающем контакторе (приходящие на колодку контактора провода - A-C-B, по цветам - жёлтый-красный-зелёный, а отходящие - в обычном порядке жёлтый-зелёный-красный). Но подготавливавший машину к перелёту на капремонт сотрудник этого исключения не учёл и подключил провода «цвет к цвету» - жёлтый против жёлтого и так далее. В результате часть АБСУ была запитана неправильной фазировкой, БДГ-26 (блоки демпфирующих гироскопов) выдавали сигналы обратной полярности и АБСУ вместо демпфирования раскачивала самолёт. Экипаж проявил профессионализм в пилотировании, посадив практически неуправляемый самолёт, но показал полное незнание алгоритмов в работе системы управления машины, не распознав причины раскачки и не отключив неисправные каналы АБСУ.
Примеры некоторых отечественных авиационных автопилотов
АП-6Е - наиболее массовая версия автопилота АП-6, применялась и применяется на Ту-16, Ту-104, Ту-124 , Ил-18 , Ил-38 , Бе-12 и др.
АП-6ЕМ-3П - автопилот в составе бортовой системы управления БСУ-3П самолёта Ту-134 (не оборудованных системой АБСУ-134). С базовым АП-6 имеет мало общего.
АП-34 - вертолётный автопилот, стоит на Ми-6 , Ми-8 , Ми-10 , Ми-14
АП-45 - модификация пневматического автопилота АП-42. Устанавливался на самолёте Ли-2 .
ВУАП-1 - вертолётный автопилот, работает в составе САУ или пилотажного комплекса. Установлен на Ми-24 , Ми-26 , Ка-27 , Ка-29 , Ка-32 .
Автопилот в других транспортных средствах
Складской погрузчик с автопилотом RoboCV
Понятие «автопилот» (иногда в жаргонной форме) включает в себя, помимо классического авиационного автопилота, также и системы автоматического пилотирования, вождения или управления всевозможными шагающими, колёсными, плавающими или крылатыми машинами (роботами) и развивающиеся системы автоматического управления автомобилем в условиях шоссе [ ] . Примером канала автоматического управления автомобилем может служить система стабилизации текущей скорости движения, известная как «круиз-контроль » («автоспид», «автодрайв»).
См. также
- Автоведение - система автоматического управления поездом;
- Автопилот - услуга такси , заключающаяся в передаче управления автомобилем клиента вызванному шофёру такси, например, при нетрезвости или плохом состоянии здоровья клиента;
- «Автопилот» (жарг.) - перемещение в пространстве весьма нетрезвого человека, утратившего связь с окружающим миром и двигающегося подсознательно.
Автопилот – это устройство или программно-аппаратный комплекс, который может вести вверенное ему транспортное средство по заданной траектории. История автопилота началась с поддержания определённого курса полёта, но со временем развитие технологии позволило сделать самолёты, которые могут сами садиться и взлетать, поезда, которые ездят без участия машиниста, и робоавтомобили, которые уже скоро могут стать обычным делом на дорогах общего пользования.
Кадр из фильма «Аэроплан»
Летательные аппараты
Первая разработка в области автоматизации управления самолётом была сделана в США в 1912 году компанией Sperry Corporation. Автопилот помогал автоматически удерживать курс полёта и стабилизировать крен. Гидравлический привод с блоком, получающий сигналы от гирокопаса и высотомера, был связан с рулями высоты и управления. Устройство назвали «гироскопическим стабилизирующим аппаратом», его впервые установили на самолёт Curtiss C-2 и показали на выставке во Франции 18 июня 1914 года.В рамках демонстрации во время полёта оба пилота вылезли на крылья самолёта, чтобы показать способность летательного аппарата и продолжать полёт без ручного управления.
В СССР к теме автопилотов проявлялся большой интерес, о чём говорит издание «Основы теории автоматического пилотирования и автопилоты. Сборник статей». В книгу вошли переведённые статьи «Общая теория автоматического регулирования», «Автопилот Сименса для самолетов», «Гиропилот Сперри» и другие, описаны принципы автоматического пилотирования и конструкции автопилотов. Ознакомиться с книгой можно на одном известном ресурсе, который уже второй месяц пытаются заблокировать на территории России.
Применение автопилота необходимо не только для того, чтобы снизить нагрузку на живого человека во время управления, но и для управления торпедами и ракетами, когда пилота внутри них нет и не может быть (исключение есть - тип японских торпед под названием кайтэн , которыми управляли смертники).
В 1947 году американский военно-транспортный самолёт Douglas C-54 Skymaster, построенный на базе пассажирского DC-4, перелетел через Атлантический океан под управлением автопилота. И взлёт, и посадка были осуществлены в автоматическом режиме.
Douglas C-54
Смысл автопилота состоит в том, чтобы система поддерживала правильную ориентацию аппарата. В случае с самолётом ориентация в пространстве определяется тремя углами. Это угол тангажа - угол между продольной осью летательного аппарата и горизонтальной плоскостью, угол рыскания - угол поворота корпуса в горизонтальной плоскости, и угол крена - он возникает при повороте самолёта вокруг продольной оси.
Для сохранения ориентации необходимо её определить, и в этом помог гироскоп. Американский лётчик Элмер Сперри использовал его, чтобы сначала просто стабилизировать самолёт, а затем и создать автопилот в начале 1920-х годов. Если первый автопилот мог сохранять заданный режим полёта, то последующие системы управляли рулями и двигателями самолёта и могли не только летать без участия лётчика, но и взлетать и садиться.
Тангаж, рыскание и крен
Отличный пример раннего автопилота - немецкая баллистическая ракета дальнего действия «Фау-2», которую в конце Второй мировой войны принял на вооружение Вермахт. Ракета взлетала вертикально, после чего в действие вступала автономная гироскопическая система управления.
Но чрезмерное увлечение автопилотом привело к тому, что пилоты гражданской авиации в США стали допускать ошибки при ручном управлении. Они , и в результате исследований показывают неудовлетворительные результаты проверки лётных навыков. Это приводит к человеческим жертвам. Похожая проблема с автоматикой есть у офицеров военных кораблей флота США, они применяют GPS, но мало кто из курсантов умеет обращаться с секстантом.
И, конечно, существует огромное количество и дронов других типов, которые способны работать как под управлением оператора-пилота, так и самостоятельно и .
Рельсовый транспорт
В 1967 году в столице Великобритании открыли линию Лондон Виктория. Это была первая линия, на которой поезда управлялись с помощью системы Automatic Train Operation. После этого технологию ATO развивают, чтобы поезда могли ездить абсолютно без участия живых водителей в кабине или сотрудников на борту.
Королева Елизавета в поезде на линии Лондон Виктория, 1969 год
Разделяют четыре уровня «развитости» автоматизированных систем для рельсового транспорта. Одна из самых простых систем - это ATO в лондонской подземке, а самая сложная - в метро Копенгагена , где поезда движутся постоянно без водителей, сами открывают и закрывают двери, оперативно реагируют в экстренных случаях на, например, людей на рельсах. Кабины машиниста нет вовсе, и пассажиры наблюдают за движением через лобовое стекло. В центре управления работают всего пять операторов в смену, которые могут вмешаться в работу в экстренной ситуации, но по большей части контролируют работоспособность систем. Автоматика позволила перейти на круглосуточный режим работы, и метрополитен закрывается на одну ночь шесть раз в год для проведения капитального ремонта.
В декабре 2014 года Google представила . До этого компания показывала макет с неработающими фарами. В Google уверены, что робомобили .
Кроме Google над беспилотными автомобилями работает ряд крупных автопроизводителей. Например администрация шведского Гётеборга сотню беспилотных автомобилей к 2017 году на сумму 56,3 миллиона евро. в стране планируют запустить власти Японии. продажи беспилотных авто к 2020 году. Прототипы уже есть у Audi и Toyota, Tesla уже , а Ford