АВТОПИЛО́Т (от авто. и франц. pilote; от ср. -век. греч. πηδώτης – рулевой, кормчий), система устройств и программно-аппаратный комплекс для автоматического управления транспортным средством по определённой, заданной ему траектории. Для летательных аппаратов (самолёт, вертолёт) с целью сохранения заданного режима полёта авиационный А. обеспечивает автоматическую стабилизацию угловых (тангаж, крен, рыскание) и курсовых (высота, скорость, направление) параметров движения летательного аппарата (ЛА), а также заданную траекторию полёта (заход на посадку, посадка); при директорном управлении формирует командные сигналы, отслеживаемые (выполняемые) пилотом. Действие А. основано на принципе обратной связи: А. формирует управляющие сигналы на основе рассогласования текущих значений стабилизируемых параметров с их заданными значениями. включает в себя пульт задания режимов полёта; датчики, определяющие текущее положение ЛА в пространстве; устройства, формирующие управляющие сигналы; исполнительные рулевые машинки, или сервоприводы. Например, во время полёта самолёта в автоматическом режиме при отклонении какого-либо контролируемого параметра от заданного значения приводятся в действие аэродинамические органы управления самолётом (рули направления и высоты), восстанавливающие заданный режим полёта. Первый А. с гироскопическими датчиками создал Э. Сперри (США) в 1912–14; он обеспечивал автоматическое удержание курса полёта и стабилизацию крена. Первый отечественный А. разработан в 1932. В 1947 самолёт C-54 ВВС США совершил трансатлантический перелёт полностью под управлением А. (включая взлёт и посадку).
В современной авиации более глубокое развитие автоматизации полёта получили системы автоматического управления (САУ) или автоматическая бортовая система управления (АБСУ) и более сложные структурированные комплексы. В них интегрированы системы управления самолётом, двигателем, вооружением, шасси и т. 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, уменьшают болтанку, предотвращая сносы, скольжения, выходы на критические режимы полёта и даже запрещая или игнорируя некоторые действия лётчика. Всё чаще в кабинах современных самолётов применяются боковые ручки управления.
Знаковым событием был автоматический полёт 15. 1988 и особенно посадка из космоса на аэродром «Юбилейный» (Байконур) воздушно-космического корабля-ракетоплана «Буран» (советской многоразовой транспортной космической системы «Энергия-Буран»). Разработанный Московским опытно-конструкторским бюро «Марс» (МОКБ «Марс» – разработчик бортовых систем автоматического управления и навигации авиационными и космическими летательными аппаратами) автопилот обеспечил спуск с высоты 20 км до посадки, включая пробег по взлётно-посадочной полосе и остановку. При посадке, на высоте около 11 км, получив с наземной станции информацию о погодных условиях, АБСУ «Бурана» приняла решение совершить разворот на 180°, чтобы ещё больше погасить скорость и зайти на посадку по новой траектории. Этой разработке предшествовал опыт выполнения Лунной программы: мягкая посадка автоматической станции «Луна-9» на поверхность Луны 31. 1966; доставка на Землю лунного грунта 24. 1970 советской автоматической межпланетной станцией (АМС) «Луной-16»; запуск (10. 1970) и высадка на поверхность Луны (17. 1970) АМС «Луна-17», с планетоходом «Луноход-1» на борту.
используется также для управления транспортными средствами, движущимися по рельсовым путям. Понятие «автопилот» (иногда в жаргонной форме) включает в себя, помимо классического авиационного А. , также и системы автоматического пилотирования вождения или управления всевозможными шагающими, колёсными, плавающими или крылатыми машинами (роботами), системы автоматического управления автомобилем в условиях шоссе. Примером канала автоматического управления автомобилем может служить система стабилизации текущей скорости движения, известная как «круиз-контроль» (устройство, поддерживающее постоянную скорость автомобиля, автоматически прибавляя газ при снижении скорости движения и уменьшая при её увеличении без участия водителя). Современный автопилот позволяет автоматизировать все этапы полёта или движения другого транспортного средства.
Безопасность полетов всегда была приоритетной задачей для авиации. Создание автопилота обеспечило оптимальное выполнение полета гражданского судна и расширило возможности боевой авиации. Сегодня все современные самолеты имеют встроенный автопилот. Разработкой и производством устройств автоматического пилотирования занимаются предприятия, находящиеся под управлением Ростеха.
Автопилот строго поддерживает правильную ориентацию перемещающегося в пространстве летательного аппарата. Благодаря этому самолет или вертолет не сбивается с заданного курса и удерживается в воздухе.
Система автоматического пилотирования способна управлять самолетом по заданию летчика, подменяя его при взлете, наборе высоты или совершении поворотов и полете по прямой в направлении заданного курса, выполнять виражи и снижение под заданным углом.
При воздушной качке автопилот ведет самолет даже лучше опытного пилота, более плавно, смягчает толчки и броски самолета. Бывают и такие автопилоты, которые автоматически выводят самолет из любого положения в горизонтальное, если летчик вынужден почему-либо оставить управление.
Желание автоматизировать полет воздушного судна возникло одновременно с появлением самих самолетов.
Создателем первого автопилота считают Константина Циолковского. В 1898 году он разработал первую в мире схему автоматического управления дирижаблем. Конструкции подобных автопилотов относятся к группе маятниковых.
На заре зарождения авиации подобную «автоматику» еще можно было применять: первые самолеты летали со скоростью около 80 км/час. Достаточно вспомнить, что в 1910 году мировой рекорд скорости полета составлял всего 109 км/час.
На современных самолетах, преодолевающих скорость звука, использование подобных маятниковых автопилотов невозможно. Их заменили гироскопическими. Изобретателем такого автопилота считают американского летчика Сперри. В 20-х годах прошлого столетия фирма «Сперри» разработала автопилоты, которые сделали возможным полеты без участия летчика и даже управление летательными аппаратами на расстоянии.
Первоначально работы по созданию автопилота были поручены ОКБ при Управлении военных изобретений Красной Армии. В 1930 году был изготовлен действующий макет автопилота трех стабилизаций с автоматическим виражом. Этот автопилот испытывался на легендарном Р-1 конструкции Поликарпова – первом советском массовом самолете. Впервые перелет с автопилотом в нашей стране был совершен именно на самолете Р-1 по маршруту Ленинград – Москва.
Такой автопилот был громоздким и очень тяжелым – целых 180 кг, что ограничивало его применение. Но это была одна из первых попыток. А уже через три года был создан новый автопилот АВП-3. Вместо четырех гироскопов он имел три гироскопа, а вес его был в два раза меньше, чем у предшественника. К примеру, современные автопилоты тоже состоят из трех гироскопов, но их роторы уже весят около 400 граммов и свободно умещаются на ладони.
Производство первых автопилотов в нашей стране было налажено на мощностях завода «Метрон», входящего сегодня в КРЭТ.
В 50-х годах серийный выпуск гироскопических автопилотов начат на другом предприятии концерна – Уфимском приборостроительном производственном объединении.
Накопленный опыт позволил уже начиная с 1970-х годов строить в нашей стране вполне сложные многофункциональные системы автоматического управления летательными аппаратами.
Советский самолет Ту-154 впервые в мире был оснащен постоянно работающей в полете автоматической бортовой системой управления (АБСУ). Эта система работала и в режиме автопилота, полностью стабилизируя самолет: выдерживая заданные тангаж и крен, стабилизируя высоту, приборную скорость или число Маха и другие показатели.
Комплексные системы управления
Сегодня в авиации более глубокое развитие в автоматизации полета получили системы автоматического управления (САУ) и более сложные, например, комплексные системы управления (КСУ).
САУ, помимо стабилизации самолета в пространстве и на маршруте, берут на себя значительную часть функций по управлению машиной в «штурвальном режиме», делая управление для летчика легким, предотвращая выходы на критические режимы полета. Такая система может даже запретить или проигнорировать некоторые действия пилота.
Система управления в автоматических режимах не только способна вести самолет по заданному маршруту, но и реализует более сложную подпрограмму боевого применения. При этом подобные системы используют пилотажно-навигационную информацию от группы собственных датчиков, самолетных систем, наземных радионавигационных средств или даже выполняют команды бортового оборудования соседнего самолета. Ведь некоторые боевые самолеты или вертолеты могут работать в паре или группой, выполняя полетное задание в автоматическом или полуавтоматическом режиме.
Сегодня самые современные системы управления производятся специалистами КРЭТ, входящего в состав Ростеха. Эти системы обеспечивают пилотирование ряда новейших и перспективных летательных аппаратов, к примеру, боевого вертолета Ка-52 «Аллигатор», истребителей МиГ-29, Су-35, а также беспилотных летательных аппаратов.
По материалам официального сайта КРЭТ
Система автоматического пилотирования
состоит из:
- пилотажного командного прибора – Flight Director (F/D);
- трех автопилотов – Autopilot (A/P);
- двух автоматов тяги – Autothrottle (A/T).
Компоненты
системы можно использовать по отдельности
или совместно. F/D и A/T применяются во
всех фазах полета, а A/P – везде, кроме
взлета.
Автопилоты
и пилотажный прибор объединены в AFDS
(Autopilot Flight Director System) – Системы автоматического
управления и командных пилотажных
приборов. Их три штуки – по числу
автопилотов.
Движение
судна по горизонтали (латеральная
навигация) контролируется только креном,
а по вертикали – тягой и тангажом.
Степень
автоматизации полета всегда определяется
пилотом.
Пилотажный командный прибор
В отечественной
литературе встречается еще одно название:
«Система директорного (траекторного)
управления». Flight Director – прибор, который
перекрестием на авиагоризонте и/или
основном дисплее показывает, куда нужно
направить самолет, чтобы соблюсти
заданную траекторию полета. Сам управлять
прибор ничем не может – только показывать.
Этот уже
может воздействовать на органы управления
и лететь туда, куда показывает пилотажный
командный прибор. А/Р управляет самолетом
по крену, тангажу и рысканию (только при
заходе и посадке). У нас на борту три
автопилота.
Этот автомат
может оказывать непосредственное
воздействие на сервоприводы управления
двигателями. Благодаря автомату тяги,
пилоту не нужно отвлекаться на РУД –
рычаги управления двигателями, чтобы
контролировать тягу.
Мode Сontrol Рanel
Пилот общается
с системой автопилотирования через
панель МСР (Mode Control Panel) – Панель управления
режимами, если дословно.
Фактически
– это главная панель управления системы
автоматического пилотирования.
(1) А/Р – кнопка подключения автопилота (всех трех) к системе. После включения штурвал передается автопилоту. Можно нажимать на любую из двух кнопок.
Правило: Автопилот подключится только в том случае, если включен хотя бы один F/D!
Исключения из правила: Автопилот без F/D будет работать, если режим крена – ATT, HDG HLD или TRK HLD, а режим тангажа – V/S или FPA (обо всех этих режимах – чуть позже).
(2) F/D ON – тумблер включения пилотажного командного прибора – Flight Director. Левый тумблер выводит директора на левом – командирском PFD, правый – на правом.
(3) A/T ARM – тумблеры приведения автомата тяги в состояние готовности – армирования. Два тумблера – на каждый сервопривод.
Из положения
ARM автомат тяги активируется выбором
режимов: FLCH, VNAV или TO/GA.
Положение
OFF – автомат тяги отключен от управления
и выведен из состояния готовности.
Можно отключить
автомат тяги с другого места – с РУД. В
торце костяшек есть кнопки отключения
автомата тяги.
Отключить, но не снять с состояния готовности!
Нажатие на
эти кнопочки отключает автомат, но не
выводит его из состояния готовности. A/T остается армированным и активируется,
как было сказано выше, выбором режима
FLCH, VNAV или TO/GA.
(4) CLB CON. Если у нас два двигателя в полном порядке, то нажатие на эту кнопку поменяет текущий режим тяги на заданный в FMC режим CLIMB. А если мы летим на одном двигателе, то нажатие переведет его в режим CON – максимальный длительный.
Функция
доступна только на высоте более 400 футов.
Функция не
меняет тангаж – только тягу.
(5) A/T – принудительное подключение автомата тяги. Подключается режим тяги, приемлемый для текущего режима тангажа. Если режим тангажа не выбран, то режим тяги будет SPD. Автомат должен быть в положении ARM, а высота судна не менее 400 футов.
Читайте
внимательно! Автомат тяги из положения
ARM подключается к управлению, как только
при взлете мы нажали TO/GA, или после взлета
– FLCH или VNAV, и не отключится до тех пор,
пока мы сами его не отключим. Эта кнопка
нужна для тех случаев, если по какой-то
причине ранее автомат был отключен.
Кнопкой А/Т автомат тяги не отключить!
(6) IAS/MACH. Здесь контролируют приборную скорость.
Вращением ручки селектора задается скорость. В режиме VNAV нажатием на ручку селектора включают индикацию в окошечке скорости и получают возможность задать скорость вручную, не отключая режима VNAV.
Цифры в окошечке IAS/MACH означают либо морские узлы (1852 метра в час), если выбран IAS (Indicated Airspeed –приборная воздушная скорость), либо отношение скорости судна к скорости звука в воздушной среде данной плотности (число Маха), если выбран MACH.
Небольшой кнопочкой в верхней части переключают систему исчисления скорости, а выбор отображается в окошечке индикацией: IAS или MACH. При наборе, когда скорость достигнет отметки 0. 84 MACH, автоматически переключится на MACH. При снижении, когда скорость достигнет отметки 310 узлов, автоматически переключится на IAS.
Если скорость
определяется компьютером FMC, то окошечко
будет пустым, без индикации.
(7) LNAV – Lateral Navigation – кнопка активации полета по маршруту, прописанному в FMC.
- иметь в FMC активный план полета;
- быть выше 50 футов по РВ;
- находиться на расстоянии не более 2.5 миль от ближайшего отрезка маршрута.
(8) VNAV – Vertical Navigation – включение функции, при которой система:
- ведет самолет согласно вертикальному маршруту;
- определяет тягу двигателей, исходя из принципа экономии топлива и ресурса двигателей, а также различного рода ограничений – эксплуатационных, физических и навигационных.
- иметь заполненную страницу PERF INIT в FMC;
- иметь в активном маршруте точку E/D (End of Descent);
- быть выше 400 футов по РВ.
(9) FLCH – Flight Level Change – нажатие означает смену текущей высоты полета на заданную в окошке ALTITUDE – (13), со скоростью, указанной в окошке IAS/MACH (6).
При векторении в процессе снижения очень удобная функция!
FLCH меняет
текущий лимит тяги на CLIMB.
(10) A/P DISENGAGE – клавиша отключения автопилота.
(11) Здесь
контролируют курс и путь полета.
Цифры в окошечке HDG/TRK означают либо курс полета (Heading – HDG), либо путь (Track – TRK).
Напомню, что КУРС – куда смотрит нос судна, а ПУТЬ – куда оно действительно движется.
Небольшой кнопочкой в верхней части переключают систему отсчета, а выбор отображается в окошечке индикацией: HDG или TRK.
При включенном автопилоте вращением ручки селектора меняют курс/путь. Если текущий режим LNAV, HDG HOLD, LOC или АРР (выше 1500 футов по РА), то для полета по заданному курсу/пути нужно нажать ручку селектора SEL, после чего система даст команду изменить курс на заданный.
На одной оси с селектором курса/пути есть задатчик BANK LIMIT – ограничитель угла крена. 5-10-15-20-25 – означают конкретный максимальный угол. AUTO – максимальный угол в диапазоне от 15° до 25°, который высчитывается в зависимости от скорости. В режиме LNAV не работает.
Кнопкой HOLD прерывают поворот судна и дают команду автопилоту поддерживать текущий курс/путь.
(12) Здесь
контролируют вертикальную скорость и
угол наклона траектории полета.
Цифры в окошечке V/S или FPA означают либо вертикальную скорость в футах в минуту (V/S – Vertical Speed), либо угол наклона траектории полета в градусах (FPA – Flight Path Angle). Вверх – значок «плюс». Вниз – «минус».
Небольшой кнопочкой в верхней части переключают систему отсчета, а выбор отображается в окошечке индикацией: V/S или FPA.
Задатчик с напоминанием – в какую сторону крутить, чтобы получить эффект: DOWN (снижение) или UP (подъем).
Кнопкой VS/FPA делают активным режим тангажа V/S или FPA и включают окошечко задатчика, на котором появятся цифры, обозначающие текущую вертикальную скорость или угол траектории.
Кстати, FPA можно использовать при посадке, когда нет ILS – вручную задать угол глиссады в точке начала захода на посадку. Обычно он составляет 3 градуса, значит, задаем FPA: «минус 3».
(13) ALTITUDE. Здесь контролируют высоту полета.
Цифры в окошечке показывают высоту в футах, которую задают, вращая селектор. Шаг – 100 футов.
Вокруг селектора высоты есть еще один селектор – выбор шага. AUTO – шаг селектора 100 футов. В режиме «1000» шаг будет 1000 футов. Удобная вещь.
Чем больше
проворачивать селектор высоты, тем
быстрее в окошечке бегут цифры.
Селектор
можно не только вращать как задатчик,
но и нажимать как кнопку.
Каждое нажатие
удаляет следующее ограничение по высоте
между текущей высотой и заданной на
МСР. Имеется ввиду ограничение, которое
есть в полетном плане FMC.
Если нужно
изменить эшелон полета, не выходя из
режима VNAV: 1) селектором в окошке задается
новый эшелон; 2) нажимается селектор. Это действие, ко всему прочему, приводит
к изменению эшелона полета на странице
VNAV CRZ.
Кнопкой HOLD прерывают снижение или набор, после чего автопилот поддерживает высоту, на которой была нажата кнопка HOLD.
Высота, заданная в окошке ALTITUDE, имеет приоритет над всеми высотами, прописанными в FMC.
(14) LOC – Localizer. Этой кнопкой армируется/подключается режим полета на курсовой маяк. Режим крена.
(15) APP – Approach. Этой кнопкой армируется/подключается режим захода на посадку по ILS. Полет на курсовой маяк – режим крена, полет по глиссаде – режим тангажа.
Пилот общается
с Системой через МСР, а Система общается
с пилотом через FMA.