otomatik pilot - Autopilot
Bir pilot bir insan operatör tarafından sürekli el kontrol edilmesine ihtiyaç olmaksızın, bir hava aracı, deniz araçları veya uzay yolunu kontrol etmek için kullanılan bir sistemdir. Otopilotlar insan operatörlerin yerini almaz. Bunun yerine, otopilot operatörün aracı kontrol etmesine yardımcı olur ve operatörün operasyonların daha geniş yönlerine (örneğin yörünge, hava durumu ve araç üstü sistemlerin izlenmesi) odaklanmasına izin verir.
Mevcut olduğunda, bir otopilot genellikle , motorlar tarafından sağlanan gücü kontrol etmek için bir sistem olan bir otomatik gaz kelebeği ile birlikte kullanılır .
Bir otopilot sistemi bazen halk dilinde "George" olarak adlandırılır (örneğin, "George'un bir süreliğine uçmasına izin vereceğiz" ). Etimoloji takma belirsizdir: Bazı iddia 1930'larda bir otomatik pilot patentli mucit George De Beeson, bir referanstır, diğerleri iddia ederken Kraliyet Hava Kuvvetleri pilotları sırasında terimini Dünya Savaşı onların uçakları teknik ait olduğunu simgesi olarakda Kral George VI'ya .
İlk otomatik pilotlar
Havacılığın ilk günlerinde, uçaklar güvenli bir şekilde uçmak için bir pilotun sürekli dikkatini gerektiriyordu. Uçakların menzili arttıkça, saatlerce uçuşlara izin verilirken, sürekli dikkat ciddi bir yorgunluğa neden oldu. Bir otopilot, pilotun bazı görevlerini yerine getirmek için tasarlanmıştır.
İlk uçak pilot tarafından geliştirilen Sperry Corporation'ın otomatik pilot bir bağlı 1912 yılında jiroskopik başlığı göstergesi ve tutum göstergesi hidrolik olarak çalıştırılan için asansörler ve dümen . ( Aileronlar bağlı değildi, çünkü kanat dihedralinin gerekli yuvarlanma dengesini sağladığı düşünülüyordu.) Bu, uçağın bir pusula rotasında pilotun dikkati olmadan düz ve düz uçmasına izin vererek pilotun iş yükünü büyük ölçüde azalttı.
Lawrence Sperry (ünlü mucit Elmer Sperry'nin oğlu ) bunu 1914'te Paris'te düzenlenen bir havacılık güvenliği yarışmasında gösterdi . Sperry, uçağı elleriyle kontrollerden uzağa ve izleyiciler tarafından görülebilecek şekilde uçurarak buluşun güvenilirliğini gösterdi. Lawrence Sperry'nin oğlu Elmer Sperry Jr. ve Kaptan Shiras, savaştan sonra aynı otopilot üzerinde çalışmaya devam ettiler ve 1930'da bir ABD Ordusu Hava Kuvvetleri uçağını gerçek bir istikamet ve irtifada tutan daha kompakt ve güvenilir bir otopilot test ettiler. üç saat.
1930 yılında Kraliyet Hava Aracı Kuruluş içinde Birleşik Krallık'ta bir adlandırılan bir otomatik pilot geliştirdi pilotların destekleyici o uçuş kontrolleri taşımak için bir pnömatik-bükülmüş jiroskop kullandı.
Otopilot, örneğin geliştirilmiş kontrol algoritmaları ve hidrolik servo mekanizmalarını içerecek şekilde daha da geliştirildi. Radyo seyrüsefer yardımcıları gibi daha fazla enstrümanın eklenmesi, gece ve kötü havalarda uçmayı mümkün kıldı. 1947'de bir ABD Hava Kuvvetleri C-53 , tamamen bir otopilotun kontrolü altında, kalkış ve iniş de dahil olmak üzere bir transatlantik uçuş gerçekleştirdi. Bill Lear , F-5 otomatik pilotunu ve otomatik yaklaşma kontrol sistemini geliştirdi ve 1949 için Collier Trophy ile ödüllendirildi .
1920'lerin başında, Standard Oil tankeri JA Moffet , otomatik pilot kullanan ilk gemi oldu.
Piasecki HUP-2 Retriever ilk üretim helikopter bir otopilotunuzda.
Ay modülü Apollo programının dijital pilot uzay aracı tam dijital pilot sisteminin erken bir örnektir.
Modern otomatik pilotlar
Günümüzde uçan yolcu uçaklarının tamamında otopilot sistemi bulunmamaktadır. Daha eski ve daha küçük genel havacılık uçakları özellikle hala elle uçmaktadır ve yirmiden az koltuklu küçük uçaklar bile iki pilotlu kısa süreli uçuşlarda kullanıldıkları için otomatik pilotsuz olabilir. Otopilotların yirmiden fazla koltuğa sahip uçaklara yerleştirilmesi genellikle uluslararası havacılık yönetmelikleri tarafından zorunlu hale getirilmiştir. Daha küçük uçaklar için otomatik pilotlarda üç kontrol seviyesi vardır. Tek eksenli bir otomatik pilot, bir uçağı yalnızca yuvarlanma ekseninde kontrol eder ; bu tür otopilotlar aynı zamanda tek yeteneklerini yansıtan "kanat düzleştiriciler" olarak da bilinir. İki eksenli bir otopilot, bir uçağı yalpalamanın yanı sıra yunuslama ekseninde de kontrol eder ve sınırlı yunuslama salınım düzeltme yeteneğine sahip bir kanat düzleştiriciden biraz daha fazlası olabilir; veya uçak inişten kısa bir süre öncesine kadar havalandıktan sonra gerçek otomatik uçuş rehberliği sağlamak için yerleşik radyo seyrüsefer sistemlerinden girdiler alabilir; ya da yetenekleri bu iki uç arasında bir yerde olabilir. Üç eksenli bir otomatik pilot, sapma ekseninde kontrol sağlar ve birçok küçük uçakta gerekli değildir.
Modern kompleks uçaklardaki otopilotlar üç eksenlidir ve genellikle bir uçuşu taksi , kalkış, tırmanış, seyir (düz uçuş), alçalma, yaklaşma ve iniş aşamalarına böler . Taksi ve kalkış hariç tüm bu uçuş aşamalarını otomatikleştiren otopilotlar mevcuttur. Bir piste otopilot kontrollü iniş ve uçuş sırasında uçağı kontrol etme (yani onu pistin merkezinde tutma), CAT IIIb inişi veya Autoland olarak bilinir ve bugün birçok büyük havalimanının pistinde , özellikle de olumsuz hava koşullarına maruz kalan havalimanlarında mevcuttur. Sis gibi hava olayları . Uçak park pozisyonuna iniş, iniş ve taksi kontrolü CAT IIIc olarak bilinir. Bu, bugüne kadar kullanılmamaktadır, ancak gelecekte kullanılabilir. Bir otopilot genellikle bir Uçuş Yönetim Sisteminin ayrılmaz bir bileşenidir .
Modern otopilotlar , uçağı kontrol etmek için bilgisayar yazılımı kullanır. Yazılım, uçağın mevcut konumunu okur ve ardından uçağa rehberlik etmek için bir uçuş kontrol sistemini kontrol eder . Böyle bir sistemde, klasik uçuş kontrollerinin yanı sıra, birçok otopilot, hava hızını optimize etmek için gaz kelebeği kontrol edebilen itme kontrol yeteneklerine sahiptir.
Modern bir büyük uçaktaki otomatik pilot, tipik olarak konumunu ve uçağın tutumunu bir atalet yönlendirme sisteminden okur . Atalet kılavuz sistemleri zamanla hatalar biriktirir. Dakikada bir kez dönen atlıkarınca sistemi gibi hata azaltma sistemlerini içerecekler, böylece herhangi bir hata farklı yönlere dağılacak ve genel bir sıfırlayıcı etkiye sahip olacak. Jiroskoplardaki hata, kayma olarak bilinir. Bunun nedeni, ister mekanik ister lazer kılavuzlu olsun, sistem içindeki konumsal verileri bozan fiziksel özelliklerdir. İkisi arasındaki anlaşmazlıklar , çoğunlukla altı boyutlu bir Kalman filtresi olan dijital sinyal işleme ile çözülür . Altı boyut genellikle yuvarlanma, eğim, sapma, yükseklik , enlem ve boylamdır . Uçak, gerekli performans faktörüne sahip rotalarda uçabilir, bu nedenle bu belirli rotaları uçmak için hata miktarı veya gerçek performans faktörü izlenmelidir. Uçuş ne kadar uzun olursa, sistemde o kadar fazla hata birikir. Uçak konumunu düzeltmek için DME, DME güncellemeleri ve GPS gibi radyo yardımcıları kullanılabilir.
Kontrol Tekerleği Direksiyon
.jpg)
Tam otomatik uçuş ve manuel uçuş arasında bir seçenek, Kontrollü Direksiyondur (CWS). Modern uçaklarda bağımsız bir seçenek olarak daha az kullanılmasına rağmen, CWS bugün hala birçok uçakta bir işlevdir. Genel olarak, CWS donanımlı bir otomatik pilotun üç konumu vardır: kapalı, CWS ve CMD. CMD (Komut) modunda, otopilot, uçağın tam kontrolüne sahiptir ve girişini pruva/irtifa ayarından, radyo ve seyrüsefer yardımcılarından veya FMS'den (Uçuş Yönetim Sistemi) alır. CWS modunda pilot, boyunduruk veya çubuk üzerindeki girişler aracılığıyla otomatik pilotu kontrol eder. Bu girdiler, aksi belirtilmedikçe otomatik pilotun tutacağı belirli bir yön ve duruma çevrilir. Bu, yunuslama ve yuvarlanmada stabilite sağlar. Bazı uçaklar, rulo halinde sabit bir CWS kullanan MD-11 gibi manuel modda bile bir CWS biçimi kullanır. Birçok yönden, Normal Kanunda modern bir Airbus fly-by-wire uçağı her zaman CWS modundadır. En büyük fark, bu sistemde uçağın sınırlamalarının uçuş bilgisayarı tarafından korunması ve pilotun uçağı bu sınırların ötesine yönlendirememesidir.
Bilgisayar sistemi ayrıntıları
Bir otomatik pilotun donanımı, uygulamalar arasında değişiklik gösterir, ancak genellikle en önemli hususlar olarak yedeklilik ve güvenilirlik ile tasarlanmıştır. Örneğin, Boeing 777'de kullanılan Rockwell Collins AFDS-770 Otomatik Pilot Uçuş Yönlendirme Sistemi, resmi olarak doğrulanmış ve radyasyona dayanıklı bir süreçte üretilmiş üç kopyalı FCP-2002 mikroişlemcileri kullanır.
Bir otopilottaki yazılım ve donanım sıkı bir şekilde kontrol edilir ve kapsamlı test prosedürleri uygulanır.
Bazı otopilotlar da tasarım çeşitliliğini kullanır. Bu güvenlik özelliğinde, kritik yazılım süreçleri yalnızca ayrı bilgisayarlarda ve hatta muhtemelen farklı mimariler kullanarak çalışmakla kalmayacak, aynı zamanda her bilgisayar farklı mühendislik ekipleri tarafından oluşturulan ve genellikle farklı programlama dillerinde programlanan yazılımı çalıştıracaktır. Genellikle farklı mühendislik ekiplerinin aynı hataları yapması pek olası değildir. Yazılım daha pahalı ve karmaşık hale geldikçe, tasarım çeşitliliği daha az yaygın hale geliyor çünkü daha az mühendislik şirketi bunu karşılayabiliyor. Uzay Mekiği'ndeki uçuş kontrol bilgisayarları bu tasarımı kullandı: dördü aynı yazılımı yedekli olarak çalıştıran beş bilgisayar ve bağımsız olarak geliştirilen beşinci bir yedek çalışan yazılım vardı. Beşinci sistemdeki yazılım, yalnızca Mekik'i uçurmak için gereken temel işlevleri sağladı ve dört ana sistemde çalışan yazılımla olası ortak noktaları daha da azalttı.
Stabilite artırma sistemleri
Bir stabilite artırma sistemi (SAS), başka bir otomatik uçuş kontrol sistemi türüdür; bununla birlikte, SAS, uçağın gerekli irtifasını veya uçuş yolunu korumak yerine, uçak kontrol yüzeylerini kabul edilemez hareketleri sönümleyecek şekilde hareket ettirecektir. SAS, uçağı bir veya daha fazla eksende otomatik olarak dengeler. En yaygın SAS türü , süpürme kanatlı uçakların Hollanda yuvarlanma eğilimini azaltmak için kullanılan sapma damperidir . Bazı yalpalama damperleri otopilot sisteminin bir parçasıdır, diğerleri ise bağımsız sistemlerdir.
Sapma damperleri , uçağın ne kadar hızlı döndüğünü (bir jiroskop veya bir çift ivmeölçer), bir bilgisayar/amplifikatör ve bir aktüatör tespit etmek için bir sensör kullanır. Sensör, uçağın Dutch roll'un yalpalama kısmına ne zaman başladığını algılar. Bir bilgisayar, hareketi sönümlemek için gereken dümen sapmasını belirlemek için sensörden gelen sinyali işler. Bilgisayar, aktüatöre, dümeni azaltmak için harekete karşı koyması gerektiğinden, dümeni harekete zıt yönde hareket ettirmesini söyler. Hollanda yuvarlanması sönümlenir ve uçak yalpa ekseni etrafında sabit hale gelir. Dutch roll, tüm süpürme kanatlı uçakların doğasında bulunan bir kararsızlık olduğundan, çoğu süpürme kanatlı uçak, bir tür sapma damperine ihtiyaç duyar.
İki tür sapma damperi vardır: seri sapma damperi ve paralel sapma damperi. Bir paralel sapma damperinin aktüatörü, bir seri sapma damperinin aktüatörü dümen kontrol kadranına kavrandığında dümeni pilotun dümen pedallarından bağımsız olarak hareket ettirir ve dümen hareket ettiğinde pedalın hareket etmesine neden olur.
Bazı uçaklarda, uçağı birden fazla eksende stabilize edecek stabilite artırma sistemleri bulunur. Boeing B-52 , örneğin, her ikisi de adım gerektirir ve dengeli bir bombalama platformu sağlamak için SAS yaw. Birçok helikopterde yunuslama, yuvarlanma ve yalpalama SAS sistemleri bulunur. Pitch and roll SAS sistemleri, yukarıda açıklanan sapma damperi ile hemen hemen aynı şekilde çalışır; bununla birlikte, Hollanda yalpasını sönümlemek yerine, uçağın genel dengesini iyileştirmek için yunuslama ve yuvarlanma salınımlarını sönümleyecekler.
ILS inişleri için otomatik pilot
Aletli inişler , Uluslararası Sivil Havacılık Örgütü veya ICAO tarafından kategoriler halinde tanımlanır . Bunlar, gerekli görüş seviyesine ve inişin pilot tarafından girilmeden otomatik olarak gerçekleştirilebilme derecesine bağlıdır.
CAT I – Bu kategori, pilotların 200 fit (61 m) karar yüksekliği ve 550 metrelik (1,800 fit) ileri görüş veya Pist Görüş Mesafesi (RVR) ile iniş yapmasına izin verir . Otopilot gerekli değildir.
CAT II – Bu kategori, pilotların 200 fit (61 m) ile 100 fit (30 m) arasında bir karar yüksekliği ve 300 metre (980 fit) bir RVR ile inmesine izin verir. Otopilotların başarısız bir pasif gereksinimi vardır.
CAT IIIa - Bu kategori, pilotların 50 fit (15 m) kadar düşük bir karar yüksekliği ve 200 metre (660 fit) bir RVR ile inmesine izin verir. Başarısız-pasif bir otomatik pilota ihtiyacı var. Öngörülen alanın dışında sadece 10 −6 iniş olasılığı olmalıdır .
CAT IIIb – IIIa gibi, ancak pilotun pist boyunca belirli bir mesafeyi kontrol etmesiyle birlikte, temastan sonra otomatik yuvarlanmanın eklenmesiyle. Bu kategori, pilotların karar yüksekliği 50 fitten az veya karar yüksekliği yok ve 250 fit (76 m) ileri görüş mesafesi ile Avrupa'da (76 metre, bunu bazıları şu anda 70 metrenin üzerinde olan uçak boyutuyla karşılaştırın) inişe izin verir ( 230 ft) uzunluğunda) veya 300 fit (91 m) Amerika Birleşik Devletleri'nde. Kararsız bir iniş yardımı için, arızalı çalışan bir otopilot gereklidir. Bu kategori için bir tür pist yönlendirme sistemine ihtiyaç vardır: en azından arıza-pasif ancak karar yüksekliği olmadan iniş için veya 100 metrenin (330 ft) altındaki RVR için arıza-operasyonel olması gerekir.
CAT IIIc – IIIb gibi ancak karar yüksekliği veya görünürlük minimumları olmadan, "sıfır-sıfır" olarak da bilinir. Pilotların sıfır-sıfır görünürlükte taksi yapmalarını gerektireceğinden henüz uygulanmadı. Otomatik frenle donatılmış bir CAT IIIb'ye iniş yapabilen bir uçak , pistte tamamen durabilecek , ancak taksi yapma kabiliyetine sahip olmayacaktır.
Fail-pasif otopilot: Arıza durumunda, uçak kontrol edilebilir bir konumda kalır ve pilot, etrafta dolaşmak veya inişi bitirmek için kontrolü ele alabilir. Genellikle çift kanallı bir sistemdir.
Arıza-operasyonel otopilot: Alarm yüksekliğinin altında bir arıza durumunda, yaklaşma, işaret fişeği ve iniş hala otomatik olarak tamamlanabilir. Genellikle üç kanallı bir sistem veya ikili ikili sistemdir.
Radyo kontrollü modeller
In radyo kontrollü modelleme ve özellikle RC uçaklar ve helikopterler , otomatik pilot ekstra donanım ve yazılımı bir dizi genellikle olduğu modelin uçuş öncesi programlama ile ilgilenir.
Ayrıca bakınız
Referanslar
Dış bağlantılar
- "Güvenle Ne Kadar Hızlı Uçabilirsin", Haziran 1933, Popular Mechanics sayfa 858 Sperry Automatic Pilot'un fotoğrafı ve ayarlandığında uçuşta temel işlevlerinin çizimi