Эта статья посвящена тем, кто считает прямо сейчас или считал когда-то, как я до 4-го курса, что автопилот на самолёте или вертолёте — это какая-то волшебная система, которую может активировать пилот в течение полёта, и она будет спокойно вести воздушное судно по маршруту, выполняя большую часть функций за него.
Уже догадываетесь, что что-то здесь не так? Давайте разберёмся, что такое на самом деле автопилот и чем он отличается от системы автоматического управления (САУ) на примере вертолётов.
В отличие от самолёта, вертолёт на большинстве режимов полёта является неустойчивым летательным аппаратом. Здесь нам понадобится несколько определений.
Устойчивость — способность летательного аппарата без вмешательства летчика сохранять заданный режим полёта.
Режим полёта — совокупность параметров полёта летательного аппарата, куда входят углы ориентации (крен, тангаж, рысканье), угловые скорости и ускорения, параметры движения центра масс.
Цель полёта — сохранение заданного режима полёта или его целенаправленное изменение.
Понимаете масштаб бедствия? Сколько всего летательному аппарату нужно попытаться сохранить неизменным, чтобы выполнить цель полёта с точки зрения задачи управления. Самолёт так может. Со своими огрехами и нюансами, но, в целом, может. Особенно гражданские суда, на которых мы все с вами путешествуем по стране или зарубеж, — во время их проектирования всегда делают ставку на устойчивость. Если вы умеете делать хорошие бумажные самолётики, то могли это заметить: запустили, и он спокойно может пролететь довольно далеко в том положении, которое вы ему задали. А что там с вертолётом? А вертолёт без воздействия лётчика будет постоянно самостоятельно и очень стремительно менять режим полёта.
Если бы не автопилот, то пилоту приходилось бы постоянно держаться за рули управления, а в вертолёте это ручки циклического и общего шага плюс педали.
Вы только представьте состояние несчастного лётчика, который должен быть не только полностью сконцентрирован на каждом изменении в режиме полёта и равновесии вертолёта, но параллельно выполнять ряд его собственных задач — как минимум ему нужно доставить хотя бы себя из точки А в точку В. Нагрузка на мозг человека колоссальная, риск ошибок, которые приведут к катастрофе, максимальный. Но как же хорошо, что в 1912 году Лоуренс Сперри придумал свой «стабилизатор аэроплана», который положил начало разработкам бортовых систем автоматического управления, которые в простонародье мы все называем «автопилот».
Итак, мы уже поняли, что автопилот снимает большую часть нагрузки с пилота, но мы это и раньше понимали. А что он делает-то?
Авиационный автопилот предназначен для автоматической стабилизации угловых параметров пространственного положения летательного аппарата, что освобождает лётчика от монотонной рутинной работы в многочасовых полётах. Классический автопилот только стабилизирует угловые положения летательного аппарата в пространстве и не предназначен для управления траекторией движения летательного аппарата. Задача изменения положения центра масс в пространстве относительно заданного пути относится к вопросам навигации.
Короче говоря, автопилот помогает нам сохранять положение летательного аппарата неизменным по трём углам, которые показаны на картинке ниже.
Однако просто стабилизация летательного аппарата в пространстве не может с необходимой для практики точностью обеспечить установившийся режим полёта, поэтому с этой целью на него ещё навешивают ряд систем, а именно: системы стабилизации высоты и стабилизации скоростей полёта.
Таким образом, мы понимаем, что автопилот — это ещё не совсем САУ. Это часть САУ.
Автопилот в САУ обеспечивает работу внутреннего контура управления по углам пространственного положения. Остальные элементы САУ отвечают за автоматическое выполнение заданной траектории движения, которую САУ получает от системы вертолётовождения. Для этого САУ имеет:
- чувствительные элементы в виде датчиков (Д), которые принимают сигнал на входе в систему.
- вычислительные устройства (ВУ), вырабатывающие управляющие сигналы.
- исполнительные элементы (ИЭ), или рулевые машины, которые принимают управляющий сигнал и с силой воздействуют на элементы летательного аппарата в соответствии с сигналом.
Кратенько подведём итог статьи:
1. Автопилот — друг и помощник пилота, который позволяет летательному аппарату чётко сохранять своё положение в пространстве.
2. Автопилот не отвечает за следование по маршруту.
3. Автопилот — часть современных систем автоматического управления.
Информация о произведении:
Автор: Екатерина Виноградова
Редактор: Леонид Рогов
Условия использования: свободное некоммерческое использование при условии указания автора и ссылки на первоисточник.
Для коммерческого использования — обращаться на почту: buildxxvek@gmail.com
Источники:
- Ю.П. Онушкин, С.И. Кочиш «Аэродинамика, динамика полета и практическая аэродинамика. Часть II. Динамика полета: курс лекций, Сызрань, 2004.
- В.К. Пономарёв “Системы управления летательными аппаратами”, конспект лекций.