Когда включается автопилот в самолете. Значение слова автопилот. История разработки и внедрения автопилота в авиации

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.

По темам постов, которые их больше всего интересуют. Давайте сегодня вместе с вами узнаем и раскроем тему от res_man : "История Автопилота "

Автопилот представляет собой совокупность нескольких устройств, совместная работа которых дает возможность автоматически, без участия человека, управлять движением самолета или ракеты. Создание автопилота составило важную эпоху в истории авиации, так как сделало воздушные полеты гораздо более безопасными. Что же касается ракетной техники, где все полеты осуществляются в беспилотном режиме, то без надежных автоматических систем управления эта техника вообще не могла бы развиваться.

Главная идея автоматического пилотирования заключается в том, что автопилот строго поддерживает правильную ориентацию перемещающегося в пространстве аппарата. Благодаря этому аппарат, во-первых, удерживается в воздухе и не падает, а во-вторых, не сбивается с заданного курса, поскольку от правильной ориентации, прежде всего, и зависит траектория его полета. В свою очередь, ориентация аппарата в пространстве определяется тремя углами. Во-первых, это угол тангажа, то есть угол между продольной осью аппарата и плоскостью земли (или, как говорят, плоскостью горизонта). Отслеживание этого угла позволяет самолету сохранять продольную устойчивость - не «клевать носом», а ракете, совершающей полет по баллистической траектории - точнее поразить цель. Во-вторых, это угол рысканья, то есть угол между продольной осью аппарата и плоскостью полета (так мы назовем плоскость, перпендикулярную плоскости горизонта и проходящую через точку старта и точку цели). Угол рысканья указывает на отклонение аппарата от заданного курса. И, в-третьих, это углом крена, то есть угол, который возникает при повороте корпуса аппарата вокруг его продольной оси.

Своевременное исправление крена позволяет самолету сохранять поперечную устойчивость и гасит беспорядочное вращение ракеты. Автоматическое управление аппаратом было бы невозможно, если бы не существовало надежного и простого способа определения этих углов. К счастью, такой способ есть, и он основан на свойстве быстро вращающегося гироскопа сохранять неизменным в пространстве положение своей оси.

Иоганн Боненбергер, немецкий астроном и математик, изобрел гироскоп еще в 1817 году. Фуко, Жан Бернар Леон - французский физик, усовершенствовал гироскоп и дал ему его теперешнее название. Было замечено, что массивное твердое тело цилиндрической формы, вращающееся с большой скоростью вокруг своей оси, способно сохранять неизменное положение в пространстве при отсутствии внешних сил. Кроме того, при механическом воздействии на такое тело возникало явление прецессии гироскопа - вращение вокруг оси прецессии, перпендикулярной моменту внешних сил. Эффект был назван гироскопическим и лег в основу всех инерциальных систем навигации.

Простейшим гироскопом является детский волчок, быстро вращающийся вокруг своей оси. Попробуйте повалить его щелчком, и вы увидите, что это невозможно - волчок лишь отскочит в сторону и будет продолжать вращение.

Однако ось ОА волчка не имеет постоянной ориентации, поскольку ее конец А не закреплен. Гироскопы, применяемые в технике, имеют намного более сложное устройство: ротор (собственно волчок) закрепляется здесь в рамках (кольцах) 1 и 2 так называемого карданова подвеса, что дает возможность оси АВ занять любое положение в пространстве.

Такой гироскоп может совершать три независимых поворота вокруг осей АВ, DE и GK, пересекающихся в центре подвеса О, который остается неподвижным относительно основания.

Главное свойство быстро вращающегося гироскопа, как уже было сказано, состоит в том, что его ось стремится устойчиво сохранять в мировом пространстве приданное ей первоначальное направление. Например, если эта ось была изначально направлена на какую-то звезду, то при любых перемещениях самого прибора и случайных толчках она будет продолжать указывать на эту звезду даже тогда, когда ее ориентация относительно земных осей изменится. Впервые это свойство использовал в 1852 году французский физик Фуко для экспериментального доказательства вращения Земли вокруг ее оси. Отсюда и само название «гироскоп», что в переводе с греческого означает «наблюдать вращение».

Гироскопы нашли широкое применение в авиации. В главе, посвященной аэроплану, уже говорилось о том, какой важной проблемой для первых авиаторов было сохранение в полете правильной ориентации самолетов.

Многие конструкторы думали тогда над созданием автоматических стабилизаторов. В 1911 году американский летчик Сперри разработал первый автоматический стабилизатор с массивным гироскопом. Впервые самолет с таким стабилизатором поднялся в воздух в 1914 году. А в начале 20-х годов фирма Сперри создала уже настоящий автопилот.

СПЕ́РРИ (Sperry) Элмер Амброуз (12 октября 1860, Кортленд, штат Нью-Йорк — 16 июня 1930, Бруклин, штат Нью-Йорк), американский изобретатель и промышленник. Наиболее известные его изобретения — гироскопические компасы и стабилизаторы.

В детстве проявлял интерес к технике и электричеству. В возрасте 19 лет занялся усовершенствованием электрических машин и дуговых ламп. В 1880 он основал электрическую компанию «Сперри» для их производства и сделал первые изобретения в этой области. В 1888 основал компанию для производства горных электрических машин. В 1890 Сперри занялся проблемами транспорта, разработал электровоз и электрические моторы для трамваев, основал электрическую железнодорожную компанию. В 1894 разработал электрические автомобили с изобретенной им аккумуляторной батареей.

После 1900 вместе с С. П. Таунсендом основал электрохимическую лабораторию в Вашингтоне. Там они разработали процесс утилизации олова из старых канистр. В это же время основал в Чикаго компанию для производства проводов и плавких предохранителей.

К 1918 он начал производство дуговых прожекторов, дававших в 6 раз более яркий свет по сравнению с существовавшими в то время.

В течение десятилетий Сперри интересовался гироскопами и их практическим использованием. Первым гирокомпас осуществил немецкий изобретатель Х. Аншютс-Кемпф в 1908.Сперри основал компанию гироскопов в Бруклине в 1910, а в 1911 установил свой гирокомпас на американском линейном корабле «Делавер». Позднее он применил гироскопы в приборах для управления торпедами, судами и самолетами.

В начале 1920-х гг. фирма «Сперри» создала первый автопилот, управлявший рулями и следивший за сохранением заданного режима полета. Позднее были созданы автоматические системы управления рулями и двигателями самолета. Такие автопилоты позволили осуществлять полеты без участия летчика и даже управлять летательными аппаратами на расстоянии. Широкое применение системы автоматического управления на основе гироскопов нашли в ракетах.

За свою жизнь Сперри основал 8 производственных компаний и получил более 400 патентов. Основанная им корпорация «Сперри» и сегодня производит компьютеры, средства управления, электрическое и гидравлическое оборудование.

Но с историей гироскопа связано еще одно имя - Билл Лир. Имя этого человека в нашей стране было практически неизвестно, а вот западная пресса писала об Уильяме Пауэлле Лире (таково его полное имя) на протяжении полусотни лет: начиная с двадцатых годов прошлого века и вплоть до его смерти — до 1978 года…

Билл Лир не случайно заслужил такое пристальное внимание прессы, ведь вся его жизнь была пронизана страстью к изобретениям, которые, в отличие от «творений» множества других «технических гениев» всегда работали. Всего он получил более 150 патентов. Его детищем являлись: автомобильное радио и частный реактивный самолет; восьмидорожечный магнитофон и автопилот и многое многое, другое, но… начнем по порядку.

Уильям Лир родился в Ганнибале, штат Миссури, 14 мая 1902 года, и его детство нельзя назвать счастливым. Мать его развелась, когда Билл был еще несмышленым младенцем. Вскоре она снова вышла замуж, и вместе с новым мужем ударилась в религию. Жестокость этих религиозных фанатиков по отношению к своим детям была бы более уместна где-то в Средневековье, чем в начале XX века, и мальчик, не выдержав постоянного давления, ушел в себя.

Тайно от матери Билл запоем читал фантастику и журналы по электронике. В 12 лет он купил свой первый набор инструментов, собрал собственный приемник и выучил азбуку Морзе. В 17 лет терпение Билла лопнуло, он бросил школу, «добавил» себе один год и ушел служить во флот, навсегда расставшись со своими чересчур религиозными родителями.

У Билла, помимо электроники, была еще одна «страсть»: из закомплексованного, забитого матерью ребенка он вырос в настоящего ловеласа и не мог спокойно пропустить ни одну женскую юбку. Это его «увлечение» и дало повод к первому изобретению.

Радио в машине

Лиру не давало покоя желание катать в авто красивых девушек под приятную музыку. Но в то время совместить эти две вещи было практически невозможно. Проблема состояла не только в том, что приемники представляли собой напичканные хрупкими лампами «бабушкины сундуки» красного дерева, занимали все заднее сиденье автомобиля (больше они никуда не влезали), да и по цене были сопоставимы со стоимостью самой машины.

Нет. Первые хитрецы, перетащившие свой «музыкальный ящик» в автомобиль, вдруг обнаружили, что для более-менее сносного приема нужна хорошая антенна. Причем самый компактный вариант автоантенны того времени представлял собой могучую конструкцию, похожую на балконную сушилку для белья и отнюдь не украшал собой лаковые кузова «Роллсов» и «Паккардов». Помимо этого возникали проблемы с настройкой (волна постоянно «уходила»), плюс раздельное питание: приемнику нужна своя батарея, а то и две, а иногда даже три. А еще добавились постоянные помехи от системы зажигания…

Эта проблема дала повод Лиру проявить себя. Он затолкал громоздкий ящик под водительское сиденье, приделав к нему для удобства «салазки» (как и на всех современных магнитолах); что-то помудрил с антенной, после чего она приняла достойный вид; совместил систему питания приемника с автомобильным аккумулятором; разместил ось конденсатора переменной емкости, которым приемник настраивался на нужную частоту, не горизонтально, как делали все до него, а вертикально, после чего настройка почему-то перестала сбиваться и, наконец, с помощью нехитрых приспособлений перенес шкалу и все ручки настройки на щиток приборов.

Билл Лир оформил патент на свое изобретение, а его хороший знакомый, некто Поль Гэлвин, по достоинству оценив новую конструкцию приемника, с успехом начал ее продавать. Так, благодаря изобретению Лира и финансовым усилиям Гэлвина на свет появилась компания «Моторола».

Дух авиации

Получив в 1931 году с «Моторолы» достойный дивиденд, Билл купил себе небольшой биплан и начал осваивать воздушное пространство — летать на самолете было его детской мечтой.

Как-то во время очередного полета, Лир заблудился в облаках и долго не мог отыскать свой аэродром. Это происшествие подвигло его на очередное изобретение — лироскоп — прибор, позволяющий определить местоположение и направление движения. Этот прибор, как и большинство его изобретений, стал промышленным стандартом — более половины всех американских самолетов оснащены изобретением, сделанным Лиром в тридцатых годах прошлого века.

Для выпуска своего лироскопа (то, что мы привыкли называть автопилотом) Билл организовал собственную компанию «Лир Инк». В 1940-х этот прибор уже полностью доминировал на рынке, а за годы войны их было выпущено более чем на 100 миллионов долларов.

Пилоты американских реактивных самолетов использовали исключительно его продукцию. В результате Лир скопил приличное состояние и приобрел в Швейцарии владение огромное ранчо. Он очень часто посещал ранчо и, как-то прогуливаясь по своей территории, случайно наткнулся на полуразобранный швейцарский истребитель. Эта «встреча» дала Биллу Лиру новую идею.

Создание «Лир Джет»

К тому времени Лиру стукнуло уже 60 лет. Его компания «Лир Инк» процветала. Казалось бы, что еще человеку надо? Но изобретатель был неутомим. Очередная идея-фикс — постройка частного реактивного самолета — захватила его на столько, что он продал свою фирму и организовал новую, назвав ее «Лир Джет».

Инженеры по аэронавтике говорили, что самолеты «Лир Джет» никогда не полетят. Эксперты аэрокосмической промышленности говорили, что это нелепая идея. Банкиры отказались финансировать проект и предрекали его поражение. Лир рассказывал: «Все банкиры обращались к моим конкурентам с вопросом: "Может ли он сделать реактивный самолет?" А те отвечали: "Он ничего не смыслит в авиации. Он не является аттестованным инженером по аэронавтике. У него не больше десяти миллионов долларов. Наверняка он не сможет этого сделать».

Однако, несмотря на все препятствия, результат оказался потрясающим. Самолет компании «Лир Джет» превзошел все сертификационные параметры Управления Авиации США. Уже через два года после появления на свет фирма Билла Лира стала лидером в своей области и остается ей до сих пор. К примеру, очередной Лир Джет 85, представление которого состоялось 30 октября 2007 года, через тридцать лет после смерти создателя компании, стал первым реактивным самолетом, полностью состоящим из композиционных материалов.

Но, вернемся в 60-е годы. Строя свой первый самолет, Лир пытался наполнить его самыми передовыми техническими новинками, как облегчающими управление, так и создающими комфорт. Одной из таких комфортных новинок считалась музыкальная стереосистема.

Проблема состояла в том, что компактных стереомагнитофонов, способных поместиться в салон самолета, попросту не существовало. И Билл, строя реактивный самолет, попутно решал эту «маленькую» на первый взгляд проблему. И благополучно ее разрешил. Так появился первый восьмидорожечный стереомагнитофон.

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.

Denokan (пилот-инструктор одной крупнейшей авиакомпании в России): Довольно часто на авиационных и не очень форумах и сайтах поднимается вопрос о том, насколько современному гражданскому самолету необходим пилот. Мол, при современном уровне автоматики – чем они там занимаются, если за них все делает автопилот?

Ни один разговор не обходится без упоминания беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), и как апогей – полет Бурана.

“Вас мучает этот вопрос, Вы хотите поговорить об этом”?

Что ж, давайте поговорим.

Что такое автопилот?

Самый лучший автопилот из тех, что я когда-либо видел, показан в американской комедии “Аэроплан”.

Однако и в том фильме он нечаянно вышел из строя, и, если бы не героический неудачник, хеппи энд бы не получился. Хотя, там же была еще и стюардесса… Ну, в любом случае, был человек.

Собственно говоря, многие пилоты потому и не вступают в спор с далекими от авиации людьми, что знают, как иной раз ведет себя самая современная техника. Я же спорить не буду, просто расскажу, а далее вы там хоть подеритесь) Шутка.

Наши автопилоты представляют себя смесь металла, пластика, стекла, лампочек, кнопочек, крутилок и проводочков. И переключателей. Совсем ничего человеческого.

Пилот управляет автопилотом (уже в этой фразе скрыт сакраментальный смысл) через пульты. На фото ниже – кабина тренажера не самого современного самолета B737CL, но реально, в этом плане нет глобальных отличий между ним, созданным в 80-х годах прошлого столетия и В787, впервые поднявшемся в небо несколько лет назад.

Основной пульт управления автоматикой в целом и автопилотом в частности (МСР) можно разглядеть почти посередине фотографии. Каждая кнопочка на нем отвечает за включение какого-то из режимов автопилота, а четыре кнопки справа (A/P ENGAGE A – B) отвечают, собственно говоря, за включение автопилота. К слову, при той конфигурации органов управления автопилотом, что зафиксирована на фотографии, автопилот не включится. Пусть знатоки ответят почему.

Циферки в окошках означают данные, которые необходимы для того или иного режима работы автопилота. Например, в окошке ALTITUDE можно разглядеть 3500 – это означает, что если после взлета мы включим автопилот и установим какой-нибудь режим набора, то самолет займет высоту 3500 футов и будет тупо на ней лететь, пока пилот не установит новое значение высоты и… снова не включит какой-нибудь режим набора.

Сам по себе автопилот высоту не поменяет и в набор не перейдет.

Более того. Пилот может выбрать высоту, к примеру, 10 000 футов, однако, включить не тот режим автопилота, и самолет послушно полетит вниз вплоть до столкновения с землей.

Аналогично, если впереди по курсу, заданному пилотом в окошке HEADING будет стоять гора, то самолет так и полетит в гору и обязательно в нее врежется, если пилот не предпримет какие-либо действия.

Да, стоит еще отметить то, что автопилот современного самолета работает в паре с автоматом тяги – это еще один набор железяк и проводочков, который отвечает за автоматическое изменение режима двигателей, то есть, тяги. На фото выше на МСР слева можно разглядеть небольшой переключатель с надписью A/T ARM/OFF, он отвечает за включение автомата тяги в режим готовности к использованию. Однако, иногда им приходится работать не в паре (например, если автомат тяги неисправен), что накладывает значительные ограничения на автопилот, т.к. многие режимы автопилота требуют изменения тяги. Например – автопилоту нужно снижаться, но тяга, установленная на взлетным режим этого тупо сделать не даст.

На фото ниже можно увидеть панель управления FMS – системой управления полетом (flight management system). Через данную панель можно забить кое-какие полезные данные, с помощью которых автоматика будет знать о том, по какому маршруту сегодня летит самолет, о том, какие значения тяги и скорости будут оптимальными именно сегодня.

После взлета пилот может включить (либо он включается автоматически) режим автопилота, в котором самолет будет лететь по командам, получаемым из этой системы. Однако, как я уже говорил выше, если упрется в высоту 3500, установленную в окошке МСР, то выше он не полетит, пока пилот не изменит это значение.

Самым главным ограничением современных программных систем (а автопилот является ничем иным, как железякой, набитой алгоритмами) является неспособность принимать нестандартные решения, которые зависят от конкретной ситуации.

Сами по себе алгоритмы управления самолетом совсем не сложные, поэтому автопилоты на самолетах стали появляться еще в 1912 году, а в 30-х стали получать широкое распространение.

Более чем уверен, что уже тогда начались разговоры о том, что профессия “пилот” скоро себя изживет, как и профессия “кучер”. Через много лет Анатолий Маркуша в одной из своих книг пересказывал подслушанный им разговор одной девушки, высказывающей претензии своему молодому человеку в том, что ему надо искать другую профессию, мол, скоро пилоты станут не нужны.

С тех пор еще лет 40 прошло, и данная тема – принятие решений в нестандартных ситуациях создателями новейших самолетов так и не побеждена.

Да, многие авиационные профессии канули в Лету – бортинженер, который заведовал “хозяйством”, штурман, который обеспечивал навигацию, радист – который вел связь… Их заменили умными системами, это бесспорно. Правда, одновременно к этому повысились требования к подготовке… а в некоторых ситуациях и нагрузка на оставшихся в кабине двух (!) пилотов. Теперь им приходится не только справляться с кучей систем (путь и максимально автоматизированными), но и иметь много знаний в голове, которые раньше ими в полете обычно не применялись (и со временем выветривались), т.к. в кабине сидели узкие специалисты по этим направлениям.

Да, некоторые БПЛА летают автономно (а некоторые – управляются операторами с земли), да и Буран успешно сделал один (!) полет в автоматическом режиме без пилота на борту. Но это именно те алгоритмы, программирование которых возможно уже очень и очень давно.

Любой интересующийся программист ради спортивного интереса может придумать дополнение к Microsoft Flight Simulator и сажать свои Бураны хоть в Завьяловке, а потом идти на авиационный форум и насмехаться над профессией “водитель самолета”.

Но вот я, “водитель самолета”, имея понимание о ситуациях, которые возникают в небе, для которых требуется постоянное принятие решений, не решусь сесть в самолет, мозгом которого является не человек, а программа Autopilot v.10.01, в которой исправлены ошибки программирования, выявленные в предыдущих десяти катастрофах.

Например, на сегодня, несмотря на практическую возможность такой режим создать, самолеты не взлетают автоматически. И это при том, что уже очень давно освоены автоматическое приземление и автоматический пробег после него. Почему?
Еще Михаил Громов говорил “Взлет опасен, полет прекрасен, посадка трудна” . Истина. Взлет проще, чем посадка, однако, если что-то случается на взлете, счет идет иногда на доли секунд. За это время пилоту нужно принять решение – прекращать взлет или продолжать. Более того, в зависимости от факторов, по одной и той же причине в один день взлет лучше прекратить, а в другой – лучше продолжить. Пока пилот думает, тяжеленный самолет, имеющий огромный запас топлива, стремительно ускоряется, а полоса стремительно уменьшается. Отказы могут быть разнообразнейшими (увы, но техника все еще отказывает) и не всегда отказ сводится к банальной неисправности двигателя. Да и отказы двигателя тоже могут быть разными.

То есть, от программиста, который захочет убрать человека из контура управления самолетом и контура принятия решений, потребуется написать кучу алгоритмов по действиям в различного рода нештатных ситуациях. И после каждого неучтенного случая выпускать новую версию прошивки.

В настоящее время “неучтенные случаи” решаются тем, что в кабине находится человек, который матюкнется (или промолчит, в зависимости от выдержки), но справится с ситуацией и вернет самолет на землю.

И в большинстве случаев досужие обыватели о таких случаях просто не знают, ведь в прессе не все сообщается.

Ни одной инструкцией не предусмотрена подобная оплошность – оставить кусок троса аварийного покидания за бортом самолета. Что бы делал Autopilot v.10.01 в таком случае, как бы он узнал о том, что у него скоро нафиг разобьет окно? Никак. Он продолжал бы набор 11 км высоты, и вот когда там разбилось бы окно, по заложенной программе предпринял бы аварийное снижение с выбрасыванием масок… да только пассажирам они бы уже не очень помогли.

Что сделали пилоты? Во-первых, достаточно рано получили информацию о просходящем. Во-вторых, несмотря на невыявленную природу явления, поняли, чем данная нестандартная ситуация может закончится и приняли единственное верное решение – снизиться и вернуться на аэродром вылета.

И это лишь ОДНА из ситуаций, случившейся в карьере лишь ДВУХ пилотов (меня и второго пилота). А пилотов тысячи, а ситуаций сотни тысяч.

Некоторые “домохозяины” оппонируют цифрами, мол, человек – слабое звено, согласно статистике 80% всех катастроф произошли по вине человеческого фактора.

Все верно. Техника стала настолько надежной, что в большинстве случаев отказывает человек. Однако, я еще раз напомню, что досужие “домохозяины” просто не задумываются, что многие полеты, в которых произошел отказ техники, закончились благополучно лишь потому, что в кабине сидел человеческий фактор.

Уверяю, если убрать из кабины пилотов, то доля человеческого фактора увеличиться ЕЩЕ больше, но только в этом случае под человеческим фактором будет пониматься ошибка программирования.

Далее, в самолете может весь полет все работать очень хорошо, однако… может работать не очень хорошо на земле. Чтобы самолет долетел до аэродрома и приземлился там, созданы еще целая куча систем, которые что?… Правильно, иногда отказывают. И в этом случае пилот “просыпается” и делает свою работу.

Банальное принятие решений при обходе гроз. Вот, к примеру, мой полет в Геную, я назвал его “рейсом жестянщика”http://denokan.livejournal.com/66370.htm l

И это только три рейса. А их в сотни раз больше только у одного отдельно взятого пилота.

Грозы на радаре выглядит по-разному, и не всегда одно решение по обходу будет таким же хорошим для другого случая. А уж когда эта гроза находится в районе аэродрома… А если этот аэродром – горный? Приходится думать и принимать решения…

Если в самолет попадет молния, или он схватит разряд статики, то люди от этого попадания не погибнут, а вот системы могут непредсказуемо выйти из строя. И случаи были, которые закончили хорошо лишь потому, что в кабине сидели пилоты.

Стоит добавить еще ко всему вышесказанному, что далеко не во всех аэропортах сегодня самолет может выполнить автоматическую посадку. Для нее нужны довольно-таки тепличные условия по сравнению с теми, в которых совершить посадку может пилот. Конечно, это вопрос программирования алгоритмов, но задача достаточно непростая, чтобы обеспечить равную надежность.

Конечно, если поскупиться надежностью, то давно уже можно на линии выпустить самолеты без пилотов-операторов.

Главной причиной того, почему до сих пор на гражданские линии не вышли самолеты без пилотов, является эта самая НАДЕЖНОСТЬ. Для нужд военных или грузоотправителей надежность может быть не такой высокой, чем для перевозки людей по воздуху.

Конечно же, степень автоматизации будет расти. Это тоже определяет надежность системы “Экипаж-воздушное судно”. Конечно же, будут продолжаться поиски лучших решений для того, чтобы самолеты надежно летали без участия человека. Правда, полностью исключить участие человека из полета можно будет лишь тогда, когда будет изобретен искусственный интеллект, не уступающий интеллекту подготовленного человека. Проблема принятия решений в нестандартных ситуаций никуда не денется. Самолет не автомобиль, чтобы в нестандартной ситуации просто тупо остановиться на обочине.

Одним из вариантов является управление самолетом оператором с земли. То есть, оператор на земле контролирует полет одного или нескольких самолетов, принимая решения в нестандартных ситуациях. Если происходит что-то, что он решить с земли не в состоянии, он остается живым… А пассажиры гибнут. Потом появляется следующая версия программного обеспечения.

Так что давайте направим свои усилия не на обсуждение профессии пилот (каждое такое обсуждение рано или поздно переходит в тему “за что пилоты получают ТАААКие деньги?”, а сконцентрируем усилие на созидание по своей прямой специальности.

Что ж, буквально пара “счастливых спасений” самолета и людей в нем находившихся.

Небольшой текст из Википедии:

Борт OO-DLL вылетел из Международного аэропорта «Багдад» в 18:30 UTC и взял курс на Бахрейн. После взлёта самолёт набрал высоту 8000 футов (2450 метров), когда внезапно раздался взрыв ракеты, выпущенной из ПЗРК «Стрела-3». Взрывом было повреждено левое крыло, началась утечка топлива из левых крыльевых баков, также была повреждена механизация, что способствовало возрастанию сопротивления и падению подъемной силы. Также стремительно начало падать давление во всех трёх гидросистемах и вскоре произошел полный их отказ.

Как и на рейсе 232 United Airlines, который также потерял гидравлику, экипаж борта OO-DLL мог управлять самолётом только тягой двигателей. Бортинженер вручную выпустил шасси.

После 10 минут экспериментов над поврежденным самолётом экипаж запросил экстренную аварийную посадку в аэропорту Багдада и начал снижаться, выполняя плавный правый разворот.

Так как из поврежденного крыла началась утечка топлива, нужно было контролировать уровень топлива в баке, бортинженер начал перекачку топлива из правого в левый крыльевой бак, для предотвращения отказа левого двигателя, который бы неминуемо привёл к катастрофе.

КВС и второй пилот приняли решение садиться на взлетную полосу №33R.

На высоте 400 футов (120 метров) усилилась турбулентность, которая раскачивала поврежденный Airbus A300. Касание самолета с ВПП произошло со смещением от осевой линии, пилоты мгновенно активировали реверсы тяги, но самолёт сошел с полосы и помчался по грунту, оставляя за собой шлейф песка и пыли. Окончательно самолёт остановился примерно через 1000 метров, при этом никто не пострадал.

В другом источнике я читал, что на этом приключения не кончились, самолет остановился на минном поле. Но все остались живы, и это главное. Через пару недель пилоты снова летали, а бортинженер решил, что данный полет является хорошим апогеем карьеры и перешел на наземную работу в DHL.

При преподавании CRM данный полет рассматривается как яркий пример замечательного взаимодействия в экипаже, которые грамотно сумелли распорядится небольшими ресурсами, и сумели вернуть самолет на землю.

Следующий пример еще более показателен.

Знаменитая “посадка на Гудзон”

Рейс AWE1549 вылетел из Нью-Йорка в 15:24 EST (20:24 UTC). Спустя 90 секунд после взлёта речевой самописец зафиксировал замечание командира экипажа относительно попадания птиц. Спустя ещё секунду зафиксированы звуки ударов и быстрое угасание звука обоих двигателей.

Самолёт успел набрать высоту 3200 футов (975 метров). КВС подал сигнал бедствия и сообщил диспетчеру о столкновении самолёта со стаей птиц, в результате которого были выведены из строя оба двигателя. Потеря тяги обоих двигателей была подтверждена предварительным анализом записей бортовых самописцев.

Пилотам удалось развернуть самолёт, взлетавший на север, на юг, спланировать над Гудзоном, не задев мост Джорджа Вашингтона, и приводнить лайнер напротив 48-й улицы Манхэттена, при этом не разрушив тяжёлый заправленный самолёт. Окончательно он остановился напротив 42-й улицы. Всего самолёт пробыл в воздухе около трёх минут.

После приводнения самолет остался на поверхности воды, и пассажиры через оба аварийных выхода вышли на плоскости крыльев. Все находившиеся на борту пассажиры были спасены паромами и катерами, подошедшими через несколько минут к аварийному воздушному судну (рядом с местом приводнения находится одна из паромных переправ между Манхэттеном и Нью-Джерси).

78 человек получили медицинскую помощь по поводу незначительных травм и переохлаждения (температура воды была достаточно низкой, разные СМИ приводят цифры от «около нуля» до порой отрицательной температуры воды).

Эти ребята вообще отработали так, как будто каждый день только и делали, что сажали самолет, полный топлива и пассажиров, без двигателей на воду Гудзона. Сама по себе посадка на воду очень сложна, тем более на реку с мостами и насыщенным движением.

Взаимодействие экипажа и диспетчера в данной ситуации является ярким примером того, как надо работать в казалось бы, 100% безвыходной ситуации. Вот, собственно и все, что я хотел сказать…

Если перечислять все случаи “счастливых спасений”, менее громких, на это уйдет очень много времени.

§ 57. Назначение автопилота и его принцип работы.

Назначение. Работа летчика по управлению самолетом при прямолинейном и горизонтальном полете сводится к сохранению курса и постоянного положения продольной и поперечной осей самолета по отношению к горизонту.

С развитием авиации увеличивалось время пребывания самолета в воздухе, удлинялись расстояния, которые самолет пролетал без посадки и, следовательно, без отдыха пилота. Появилась необходимость летать в любой метеорологической обстановке, часто без видимости земных ориентиров и горизонта - ночью или в тумане. Такой полет называется слепым полетом, ведется только по показаниям приборов и требует от летчика большого внимания и напряжения.

Для того чтобы разгрузить летчика от работы по управлению самолетом при горизонтальном и прямолинейном полете, применяют специальные автоматы, называемые автопилотами.

Стабилизация самолета вокруг главных осей устойчивости. Главными осями устойчивости самолета называются три взаимно перпендикулярные оси, пересекающиеся, в центре тяжести самолета: XX - ось поперечной устойчивости; YY - ось курсовой устойчивости; ZZ - ось продольной устойчивости (см. фиг. 1).

Самолет в полете может совершать колебания относительно всех трех осей одновременно.

Для того чтобы самолет летел без поперечных кренов, необходимо иметь механизм, предотвращающий наклоны самолета вокруг оси XX, т. е. обеспечивающий поперечную стабилизацию. Для сохранения неизменной высоты полета и предотвращения снижения или подъема самолета нужна продольная стабилизация, препятствующая вращению самолета вокруг оси ZZ. Наконец, для сохранения прямолинейности полета и неизменного курса самолета нужно иметь курсовую стабилизацию, препятствующую вращению самолета вокруг оси YY.

Нормально автопилот обеспечивает все три стабилизации. Имеются автоматы, которые стабилизируют лишь полет по курсу; они называются автоматами курса .

В качестве чувствительного элемента в большинстве современных автопилотов применяется гироскоп. Чаще всего автопилот имеет два гироскопа: один обеспечивает курсовую стабилизацию, а другой - поперечную и продольную. В описываемом ниже автопилоте АП-42 для автоматического управления использованы авиагоризонт и гирополукомпас, которые через дополнительные агрегаты воздействуют на рули самолета.

Для приведения автопилота в действие необходима энергия, которая берется от того или иного источника питания. В зависимости от рода питания автопилоты можно разделить на пневмогидравлические и электрические.

Описываемый ниже автопилот АП-42 принадлежит к типу пневмогидравлических автопилотов. Чувствительная часть этого автопилота пневматическая, она может работать как на вакууме, так и на давлении и управляет гидравлической силовой системой.

Чувствительный элемент автопилота - гироскоп - управляет рулями самолета с помощью особого пневматического устройства, воздействующего через золотники на гидравлическую рулевую машинку.

Устройство и работа всех трех стабилизации основаны на одном и том же принципе, поэтому дальнейшее изложение ведется применительно к одной из стабилизации - курсовой.

Фиг. 355. Простейший автомат курса.

Простейший автомат курса. Рулевая машинка автомата курса (фиг. 355,а) представляет собой цилиндр, в котором может перемещаться поршень. Шток поршня при помощи троса связан с рулем самолета. Пространства внутри цилиндра по обе сгороны поршня сообщаются через распределительный золотник с масляной магистралью, в которой при помощи помпы поддерживается определенное давление. При перемещении распределительного золотника масло давит на одну из сторон поршня рулевой машинки и перемещает руль самолета в ту или другую сторону в зависимости от положения распределительного золотника.

Распределительный золотник жестко связан с пневматическим реле, выполненным в виде коробки с расположенной внутри нее эластичной мембраной. Правая и левая половины пневматического реле не соединяются друг с другом, но имеют самостоятельные выводы в виде двух трубок.

Если в одну из камер пневматического реле подать воздух под некоторым давлением, то эластичная мембрана переместит распределительный золотник и масло поступит в одну из половин цилиндра рулевой машинки. Перемещаясь внутри цилиндра, поршень переложит руль поворота самолета. Подавая давление в другую камеру пневматического реле, можно отклонить руль самолета в другую сторону.

Подача воздуха в правую или левую часть пневматического реле производится при помощи специального устройства, которое состоит из подводящего воздух коллектора с соплами и заслонки (см. фиг. 355, б). Воздух поступает к коллектору от помпы под постоянным давлением через трубку А. Внутри коллектора поток воздуха разветвляется на две части.

В прорезях коллектора может перемещаться дугообразная заслонка. Нормально заслонка устанавливается так, чтобы при нейтральном положении руля поворота сопла коллектора перекрывались поровну и примерно наполовину.

Если заслонка переместится относительно коллектора, то одно из сопел окажется перекрытым на большую величину, и в соответствующую камеру пневматического реле поступит меньшее давление. В результате движения мембраны распределительный золотник перепустит масло в соответствующую половину цилиндра рулевой машинки, которая переложит руль самолета.

Заслонка жестко скреплена с рамой, в которой находится гироскоп (ГПК), следовательно, эта заслонка будет так же устойчива в пространстве, как и ось гироскопа (см. фиг. 355, в).

Коллектор неподвижен по отношению к корпусу прибора, а следовательно, к самолету, и при отклонении самолета от курса, в результате срабатывания пневматического реле и золотников, руль поворота самолета будет перекладываться в нужном направлении.

Описанная схема является простейшим вариантом курсовой стабилизации летящего самолета и обладает весьма существенным недостатком.

Фиг. 356. Работа простейшего автомата курса.

На фиг. 356 изображен самолет, снабженный такой курсовой стабилизацией. Этот самолет летит по заданному курсу. Заслонка, связанная с гироскопом, отсекает одинаковое количество воздуха, выходящего из сопел коллектора. Мембрана пневматического реле, сцентрованный распределительный золотник, поршень рулевой машинки и руль поворота в этом случае находятся в нейтральном положении (см. фиг. 356, а).

Если самолет отклонится от первоначального курса, например вправо на некоторый угол (см. фиг. 356, б), то коллектор отклонится вместе с самолетом, а заслонка, связанная с гироскопом, сохранит свое положение в пространстве и, следовательно, изменит свое положение по отношению к коллектору. Давление воздуха будет больше в передней камере пневматического реле, и мембрана, прогнувшись, передвинет масляный золотник, который откроет доступ маслу в правую часть цилиндра рулевой машинки. Поршень рулевой машинки передвинется и отклонит руль поворота влево (см. фиг. 356, в).

Так как шток рулевой машинки и связанный с ним руль поворота заняли свое крайнее левое положение, то самолет будет разворачиваться влево с максимальном скоростью. В тот момент, когда самолет вновь выйдет на заданный курс, чувствительная часть (заслонка с гироскопом и коллектор), пневматическое реле и золотник вновь займут нейтральное положение. Но шток рулевой машинки так же, как и руль поворота, останутся в своём крайнем левом положении. Следовательно, самолет будет продолжать разворачиваться влево (фиг. 356, г).

После того как самолет займет положение левее нужного курса (см. фиг. 356, д), заслонка, связанная с гироскопом, перераспределит давление воздуха, поступающего в пневматическое реле. Мембрана прогнется вправо и передвинет золотник вправо. Руль поворота самолета пойдет обратно к нейтральному положению и, перейдя через него, переложится на правую сторону. Самолет будет разворачиваться вправо, перейдет через курс и т. д.

Процесс возвращения самолета к заданному первоначальному курсу будет повторяться полностью.

На фиг. 356, е изображен путь самолета, управляемого подобным стабилизатором курса; самолет совершает незатухающие колебания около заданного курса. Следует отметить, что в описанной схеме руль поворота самолета перекладывается на свой максимальный угол независимо от величины угла отклонения самолета от курса.

Описанная выше система непригодна для стабилизации полета самолета, так как она будет «разбалтывать» самолет вокруг заданного курса, или, как говорят, самолет будет рыскать по курсу.

Пропорциональное регулирование и обратная связь. В нормальном полете летчик решает сам, в какую сторону нужно переложить руль, чтобы привести самолет к курсу. На основании опыта, знания своей машины и режима полета он определяет, на какой угол следует отклонить руль и сколько времени нужно держать его в отклоненном положении. Например, если самолет сбился с курса влево, то летчик нажимает на правую педаль управления рулем поворота соответственно имеющемуся отклонению, но не задерживает нажима до возвращения самолета на нужный курс, а несколько раньше отпускает правую педаль или даже слегка сдерживает слишком быстрый поворот самолета вокруг вертикальной оси, нажимая на левую педаль руля поворота. В противном случае самолет по инерции может сбиться направо и пойти по извилистому пути, рыская по курсу.

Следовательно, для работы автопилота требуется такое устройство, которое позволило бы ограничить величину перекладывания рулей в зависимости от отклонения самолета от курса, а затем прекращало бы свое действие и пи делало рабочий ход в обратную сторону. Подобное устройство выполнено в автопилоте в виде обратной связи от поршня рулевой машинки к подвижному коллектору.

При рассмотрении схемы работы автоматического пилота без обратной связи (см. выше) видно, что коллектор с соплами повторяет все движения самолета по отношению к заслонке, жестко связанной со стабилизированным в пространстве гироскопом.

В схеме автопилота с обратной связью заслонка также жестко связана с гироскопом, а коллектор при помощи обратной связи перемещается на величину, пропорциональную величине перекладывания руля самолета. В автопилоте АП-42 обратная связь выполнена в виде троса, связывающего шток рулевой машинки с коллектором.

Фиг. 357. Работа автомата курса с обратной связью.

Работа автомата курса с обратной связью. На фиг. 357, а изображен летящий по заданному курсу самолет, снабженный курсовой стабилизацией с обратной связью. Воздух поступает из коллектора в пневматическое реле равными струями. Мембрана пневматического реле, распределительный золотник и поршень рулевой машинки занимают нейтральное положение. Руль поворота самолета также расположен нейтрально, т. е. в плоскости симметрии самолета.

Если под действием внешних сил самолет отклонится вправо (см. фиг. 357, б), то заслонка останется в прежнем положении, а коллектор с соплами повернется относительно заслонки. Мембрана пневматического реле прогнется влево, переместит распределительный золотник и откроет доступ маслу в правую часть рулевой машинки. Поршень, перемещаясь в цилиндре рулевой машинки, переложит руль поворота влево и одновременно через трос и ролик обратной связи повернет коллектор в нейтральное положение (относительно заслонки).

В следующий момент (см. фиг. 357, в) пневматическое реле и распределительный золотник будут приведены в нейтральное положение. Рулевая машинка отклонила руль поворота самолета на угол β, пропорциональный углу отклонения самолета α. Самолет поворачивается влево.

Коллектор, поворачиваясь вместе с самолетом, выходит из нейтрального положения (относительно заслонки) и создает перепад давления в пневматическом реле, прогибая мембрану в сторону, противоположную первоначальному прогибу (см. фиг. 357, г). Золотник переложится в обратную сторону, и масло поступит в левую полость цилиндра рулевой машинки, возвращая поршень в нейтральное положение. Руль поворота также пойдет к своему нейтральному положению, а коллектор получит через обратную связь новое дополнительное перемещение, стремящееся вернуть его в нейтральное положение (относительно заслонки).

В результате самолет возвратится на курс в тот момент, когда заслонки, пневматическое реле, золотник, рулевая машинка и руль поворота будут занимать нейтральное положение (см. фиг. 357, д).

Из последовательного рассмотрения всех этапов траектории полета видно, что самолет, снабженный автопилотом с обратной связью, при отклонении от заданного курса будет совершать затухающие колебания (см. фиг. 357, е). Углы отклонения рулей будут пропорциональны углам отклонения самолета от курса.

Такой автопилот будет вполне пригоден для стабилизации полета самолета, несмотря на некоторые весьма существенные недостатки, к числу которых нужно отнести то, что он не учитывает инерции самолета.

Современные автопилоты учитывают не только угол отклонения от заданного направления, но и скорость этого отклонения и даже ускорение, испытываемое самолетом при отклонении от курса. При применении автопилота, работающего по современной схеме, отклонения от курса значительно уменьшаются, и самолет почти точно выдерживает прямую линию заданного курса.