Autopilotti

Automaattinen, yleensä ohjelmoitava ohjausjärjestelmä kutsutaan kuin autopilotti , joka automaattisesti ohjaa avulla liikkumiskyky pyynnöstä ilman ihmisiä, joilla puuttua ohjaus, kun automaattiohjaus on aktiivinen. Tyypillisesti se on tietokone, joka käsittelee ajoneuvon laitteista saatuja ympäristötietoja määrittääkseen ajoneuvon hallinnan.

Jos ilmenee vaikeuksia, annetaan visuaalisia tai äänimerkkejä.

Airbus A340: n automaattiohjauksen hallintaelementit

määritelmä

Termi "autopilotti" on yhdistelmä kahdesta termistä " automat " ja " pilot ".

Sana pilotti, joka tulee ranskalaisesta "pilotista", on peräisin kreikkalaisesta termistä " pedotta ", joka voidaan vapaasti kääntää ruorimieheksi , lentäjäksi. Nykyään tätä määritelmää ei kuitenkaan enää käytetä. Ilmailun sanasto määrittelee lentäjän ”osana lentokoneessa olevaa miehistöä”. "[Tarkemmin sanottuna] se on lentäjä”, joka ohjaa ilma -alusta. Duden määrittelee "pilotti henkilönä [ammattimaisesti] hallintalaitteet lentokoneen", mikä johtuu myös siitä, että nykyään termi liittyy lähinnä ilmailualan. Dudenin mukaan tällä termillä on kuitenkin muita merkityksiä, esim. B. kilpa -ajaja tai "joku, joka ajaa kelkkailua". Täällä, ohjaajana merimies kieltä käytetään myös lentäjä nimeltään. Aiemmin termiä lentäjä käytettiin usein laajemmin viittaamaan kuljettajaan, joka ajoi minkä tahansa tyyppistä ajoneuvoa.

Toinen termi "automat" tulee ranskalaisesta "automate", joka puolestaan ​​tulee kreikkalaisesta "autómatos". Käännettynä se tarkoittaa jotain "liikkumista itsestään, omasta tahdostaan". Automaatit ovat siis koneita, jotka suorittavat itsenäisesti eli automaattisesti ennalta määrättyjä prosesseja.

Amerikan liittovaltion ilmailuviranomainen , FAA, määrittelee autopilotin "[...] lennonohjausjärjestelmäksi, joka automaattisesti kohdistaa siiven, hissin ja joissakin tapauksissa pystysuoran vakaajan [lentäjän antamalle] reitille. "tai seuraa korkeutta, laskeutumis- / nousunopeutta ja kurssia".

Sen määritelmä on kuitenkin pätevä vain ilmailun alalla, eikä edes se yleensä päde kaikkiin järjestelmiin. Joten niiden määritelmä ei ole täysin riittävä. Jos yhdistät kaksi edellä määriteltyä termiä, voit määrittää "autopilotin" järjestelmäksi, joka tekee automaattisesti itsenäisiä päätöksiä ulkoisten vaikutusten ja tietojen perusteella ja sitten ajoneuvon, olipa se sitten lentokone tai muun tyyppinen ajoneuvon hallintalaite. Se voi siten vaikuttaa ajoneuvon sijaintiin, suuntaan ja nopeuteen.

käyttöalueet

Autopilotteja käytetään nykyään hyvin monilla eri aloilla ja eri tarkoituksiin. Tämä sisältää ennen kaikkea ihmisten helpottamisen, joka on tullut yhä tarpeellisemmaksi yhä monimutkaisempien järjestelmien vuoksi. Nykyään autopilotit liittyvät enimmäkseen vain ilmailuun, ja useimmat ihmiset tuntevat vain lentokoneissa käytettävät autopilotit . Muut järjestelmät ja ajoneuvot on kuitenkin jo varustettu autopilotilla. Lukuun ottamatta ilmailun , automaattiohjauksia, jotka vastaavat edellä esitettyä määritelmää, käytetään myös avaruudessa , meri- , auto- ja robotiikan valvoa ajoneuvoja.

Autopilotit toimituksessa

Alusten autopilotit ottavat haltuunsa kiinteän kurssin, määrätyn reitin (reittipisteiden luettelo) tai purjelaivojen osalta tuulen mukaan (tuulisiipien hallinta). Suuremmissa aluksissa ne on integroitu kattavaan elektroniseen navigointijärjestelmään (ECDIS) .

Autopilotti laivalla

Autopilotti laskee tarvittavan kurssikorjauksen eri tietolähteistä. Ohjattu kurssi ( kompassikurssi tai kurssi maanpinnalla ) mitataan, ja sitä verrataan annettuun maanpinnan kurssiin. Ero tuottaa ohjaussignaalin, joka vaikuttaa mekaanisesti tai hydraulisesti ohjausjärjestelmään ja saa aluksen muuttamaan kurssia peräsimen terän kautta.

Nykyaikaiset laitteet määrittävät aluksen kurssin gyroskoopilla tai GPS: n avulla . Ne ottavat myös huomioon tuulen paisumisesta ja tuulenpuuskista, tuulen pyörimisestä, virtauksista ( ajelehtiminen : veden läpi kulkevan kulun ja maanpinnan välisen eron ) ja maan magneettikentän muutoksista johtuvat pyörivät ja juovuttavat liikkeet . Reitit voidaan syöttää reittipisteiden luettelon kautta tai napsauttamalla suoraan merikarttaa, jota autopilotti seuraa automaattisesti. Kun reittipiste saavutetaan, akustiset tiedot annetaan ja laite vaihtaa automaattisesti seuraavaan reittipisteeseen.

Suurilla aluksilla autopilotti on kiinteä osa kattavaa elektronista navigointijärjestelmää ( ECDIS ), joka sisältää myös kaikuluotaimen , tutkan , AIS: n , sähköisen merikartan ja paljon muuta. Edistyneen pienennyksen ja tähän tarvittavan tekniikan hintojen laskun vuoksi ECDIS: n kaltaiset järjestelmät - jotka koostuvat pääasiassa kannettavasta tietokoneesta, jossa on navigointiohjelmisto ja oheislaitteet, jotka on yhdistetty NMEA -rajapintojen kautta - löytävät yhä enemmän tiensä pienempiin aluksiin ja jopa virkistyskäyttöön käsityöajoneuvot.

Väärin ohjelmoiduilla tai "käsistä käsin" toimivilla automaattiohjaimilla voi olla vakavia seurauksia. Jälkimmäinen tapahtuu erityisesti liian heikosti mitoitetuissa järjestelmissä tai erityisen voimakkailla aalloilla ja tuulilla tai purjehduskiskoilla tuulen edessä, kun automaattinen ohjaus reagoi liian heikosti tai liian voimakkaasti.

Tuulensiipien ohjaus

Mekaaninen itseohjautuva tuulilasijärjestelmä toiminnassa
Mekaaninen tuulensiipien ohjaus

Mekaaninen tuuliviiri ohjaus käyttää tuuliviiristä on perässä laivan, jolla tuulen suunta mitataan suhteessa laivaan. Se reagoi sekä tuulen muutoksiin (tuulen suunnan muutos) että alusten kiertoon (kurssin muutos). Tämä suunnanmuutos välittyy mekaanisesti aluksen peräsimen terään siten, että kulma aluksen ja näennäisen tuulen välillä pysyy aina samana. Tämän seurauksena alus kulkee suoraan eteenpäin tuulen suunnan pysyessä samana. Kurssi on korjattava vain suurten tuulen muutosten sattuessa.

Mekaanisia tuulensiipien ohjaimia käytetään usein purjehdettaessa ympäri maailmaa. Ne ovat kestäviä eivätkä vaadi sähköenergiaa.

Elektroninen tuulensiipien ohjaus

Elektronisen tuulensiipiohjauksen avulla maston päällä oleva tuulilasin kierto syötetään autopilottiin sähköisenä signaalina. Tämä laskee tarvittavan korjauksen tästä, ottaen huomioon aluksen annetun ja todellisen kurssin. Nykyaikaisissa huviveneissä tuulimittari, autopilotti ja navigointijärjestelmä ovat yleensä verkostoituneet toisiinsa, joten lisälaitteita ei tarvita autopilotin käyttämiseksi tuuliviivatilassa.

Ohjauksen ohjaus

Autopilotti aluksille, joissa on ohjauskahva. Sähkömoottori, jossa on tehokas kierukkavaihde, laajentaa tai lyhentää työntösauvaa. Ohjain näkyy etualalla.

Ohjaussauvalla sähköinen ohjaussignaali vaikuttaa mekaanisesti suoraan ohjauskaivoon sähkökäyttöisen työntötangon kautta. Suurimmassa osassa niin sanottuja ohjauskiskoja on luotu elektroninen kompassi, joten aluksen pitämiseksi muulla kompassikurssilla kuin virtalähteellä ei tarvita lisälaitteita. NMEA -tietojen tulot mahdollistavat säätämisen tuulen suunnan tai reittipisteiden mukaan, joita voidaan käyttää myös kompensoimaan virtauksia ja ajelehtimista.

Pyörän ohjaus

Pyöräohjattavissa aluksissa käytetään erilaisia ​​käyttömalleja. Niitä kaikkia yhdistää se, että voimakasta käyttömoottoria ohjaa ohjaamossa sijaitseva ohjausyksikkö. Käyttömoottori vaikuttaa joko ohjauskaapeleihin tai suoraan peräsimen kvadranttiin leiman avulla. Tämän järjestelmän etuna on, että jos ohjausjärjestelmä vaurioituu (esim. Ohjausvaijeri rikkoutuu), alusta voidaan edelleen ohjata autopilotilla. Hydraulisylintereillä varustetut käyttölaitteet ovat harvinaisia ​​pienemmissä aluksissa, mutta ne ovat yleisiä kaupallisessa merenkulussa.

Autossa

Moottoriajoneuvojen autopilotteja kutsutaan yleensä kuljettajan avustusjärjestelmiksi . Määritelmän mukaan autopilotti puuttuu ajoneuvon hallintaan. Yksittäisiä automaattiohjaustoimintoja ovat esimerkiksi:

  • Varoitus kaistasta poistumisesta: Pitää ajoneuvon merkityllä kaistalla.
  • Kaistanvaihtoavustaja: vaihtaa kaistaa kuljettajan käskystä. (Mutta yleensä älä kiinnitä huomiota liikenteeseen).
  • Törmäyksen välttämisavustaja: Varoittaa tulevista törmäyksistä ja jarruttaa automaattisesti yhdessä hätäjarrutusavustimen kanssa.
  • Sivutörmäyksen välttämisen avustaja: Väistää sivuttain, jos toinen ajoneuvo tulee liian lähelle.
  • Jarruavustaja : tunnistaa hätäjarrutustilanteen jarrupolkimen painonopeuden perusteella ja jarruttaa sitten nopeammin ja voimakkaammin kuin henkilö.
  • Vakionopeudensäädin : säätää auton nopeutta.
  • Sivutuuli -apu: Vakauttaa radan tuulisissa sivutuulissa.
  • Pysäköintitutka: havaitsee pysäköintipaikat ja pysäköi pitkittäin tai poikittain.

Autopilotin automatisointiaste kuvataan itsenäisyyden tasoilla tasolta 0 tasolle 5 (ks. Itsenäinen ajo ). Googlen testiajoneuvot ovat jo jonkin aikaa saavuttaneet tason 4. Tämä tarkoittaa, että ajoneuvot voivat ajaa täysin itsenäisesti. Turvallisuussyistä ja oikeudellisista syistä ajoneuvossa on edelleen (vastuullinen) kuljettaja. Euroopassa pyritään myös luomaan itseohjautuvia ajoneuvoja . Yksi Espanjassa jo onnistuneesti testattu hanke on SARTRE (Safe Road Trains for the Environment). Tämä on saattuejärjestelmä, joka yhdistää automaattisesti kaikki ajoneuvot toisiinsa verkossa ja ohjaa niitä täysin automaattisesti. Espanjassa tehdyssä testissä kuorma -auto ohjasi kaikkia ajoneuvoja perässään, joka lähetti kaikki mitatut tiedot kontrolliajoneuvoon.

Toinen askel kohti itsenäistä ohjausta on Highway Pilot System, jota käytetään Freightliner Inspiration Truckissa . Kuorma-auto perustuu yhdysvaltalaiseen Freightliner Cascadia Evolution -malliin, joka on varustettu Detroit Connectilla (junan diagnostiikka- ja kalustonvalvontajärjestelmä) ja Highway Pilot -tekniikalla. Jälkimmäiseen kuuluu etututka, stereokamera ja hyväksi havaitut apujärjestelmät (etäohjaus). Toukokuusta 2015 lähtien kahdella tämän tyyppisellä kuorma -autolla on ollut liikennelupa Nevadassa, Yhdysvalloissa.

Tesla, Inc. tarjoaa kuljettaja -apua ajoneuvoissaan, joita kutsutaan "autopilotiksi". Nämä ovat tason 2 itsenäisyyden toimintoja. B. kaistaa voidaan vaihtaa automaattisesti napauttamalla suuntavilkun vipua. Kilpailukeskus on haastaa Tesla koska Tesla antaa harhaanjohtavan vaikutelman, että sen autot voivat ajaa itsenäisesti Saksan teillä.

Avaruusmatkailu

Autopilotit ovat nykyään välttämättömiä ilmailu- ja avaruusalalla. Ilman niitä, tutkimus- ja kaupallisen käytön Olisiko universumin mahdotonta. Autopilotteja käytetään raketteissa , satelliiteissa ja koettimissa hallitsemaan niitä nousun aikana, pitämään ne vakaalla kiertoradalla ja tutkimaan itsenäisesti planeettoja tai muita avaruuden syvyyksissä olevia esineitä. Yksi esimerkki on Uteliaisuus Rover on NASA , joka tällä hetkellä Mars on käytössä.

Lentokoneet

Ilma -alusten jatkuvasti kasvava monimutkaisuus ja yhä tiheämpi liikenne vaatisivat lentäjältä suurta keskittymistä ja työtä, jos hän ohjaa konetta käsin. "Autopilotti voi vapauttaa lentäjän yksitoikkoisesta ja väsyttävästä tehtävästään ohjata ilmaa [...]. Lentäjä voi siis vapaasti keskittyä muihin tehtäviin [...] ”. Lentokoneen täsmällisen hallinnan lisäksi autopilotit ottavat myös muita tehtäviä, eivätkä ainoastaan ​​tue lentäjää normaalissa lennossa. Nykyaikaiset järjestelmät pystyvät tukemaan miehistöä laskeutumisen ja nousun aikana huonoissa sääolosuhteissa, kuten voimakkaassa tuulessa ja sumussa. Mutta myös "täysin automaattiset laskeutumiset huonoissa näkyvyysolosuhteissa nollanäkyvyyteen asti" kuuluvat järjestelmän käyttöalueisiin. Autopilotteja käytetään myös nykyaikaisissa helikoptereissa. "Suuren helikopterin hallinta [...] vaatii lentäjiltä paljon työtä ja keskittymistä, koska ne perustuvat erilaisiin vaatimuksiin". Kyky lentää tietyissä olosuhteissa asettaa erittäin suuria vaatimuksia helikopterin autopilottijärjestelmille.

historiallinen kehitys

Ensimmäiset järjestelmät, nimeltään "autopilotti", kehitettiin kuljetusta varten ennen kuin ne löysivät tiensä lentokoneisiin. Tämä alkoi keksintö hyrräkompassi mukaan Hermann Anschütz-Kaempfe (1904) ja Elmer Sperry (1908). Tämä tekninen saavutus mahdollisti luotettavan referenssin saamisen kurssista. Tämä oli aiemmin vaikea tehdä avulla on kompassin laivojen rakennettu teräksestä takia magneettisia ominaisuuksia ferriittiä . Nämä gyrokompassit otettiin nopeasti käyttöön laivastossa. Elmer Sperry kehitti sitten ensimmäisen gyrocompass-ohjatun automaattisen ohjausjärjestelmän, joka vakiinnutti asemansa nopeasti merenkulkualalla. Sperryn autopilotti oli kuitenkin "massiivinen yksikkö, joka oli käytännössä mahdollista vain merenkulussa, [...] mutta vakiinnutti asemansa nopeasti uusien alusten rakentamisen standardina". Elmer Sperryn poika Lawrence toi vihdoin isänsä keksinnön lentokoneeseen. 18. kesäkuuta 1914 Ranskassa hän esitteli ensimmäisen järjestelmän, joka pystyi pitämään ja vakauttamaan Curtiss C-2: n vaakasuorassa lennossa ilman lentäjän väliintuloa. "Tämä autopilotti koostui neljästä erillisestä gyroskoopista, joista jokainen pyöri 7 000 kierrosta minuutissa. Nämä gyroskoopit asetettiin kaikkien ohjauspintojen nolla -asentoon ja liitettiin niihin mekaanisesti. " Silloinkin tämä varhainen autopilotti pystyi laskeutumaan ilman lentäjän väliintuloa. 1930 -luvulla Siemens kehitti "automaattisen lentokoneen ohjausjärjestelmän" tunnuksella "Autopilot II", jota "useita satoja tunteja kestäneiden koelentojen" jälkeen käytettiin myös Deutsche Lufthansan säännöllisessä reittiliikenteessä.

Nopean teknisen kehityksen, erityisesti elektroniikka-, vuonna 1947 ensimmäinen elektroninen autopilotti ohjasi C-54 Skymaster on US Air Force Atlantin Yhdysvalloista Englantiin täysin itsenäisesti lentoonlähdöstä purkamista Brize Norton . Tuolloin brittiläinen ammatillinen lehdistö ei ollut kovin innostunut täysautomaattisen lennon suorituskyvystä. Silloin oli myös selvää, että tällaisen järjestelmän vakiintuminen kestää kauan. Flight and Aircraft Engineer -lehden lokakuun 1947 numerossa automaattiohjainta kuvattiin "kirkastettuna sähköisenä herätyskellona [], joka käsitteli ennalta määritetyt asetukset [...] tietyn ajan kuluttua ja välitti siten syötteet autopilotille [niin, että se ohjaa ilma -alusta] ja myös muita järjestelmiä, kuten laskutelineitä, läppiä ja moottoria. Tämä esimerkki osoittaa vakuuttavasti, että joitakin pian automaattiohjausjärjestelmiä jo oppinut monia asioita, joita voi odottaa nykyaikaisen tietokonepohjainen järjestelmä tänään, kuten TEHONSÄÄDÖN , autotrim , vaimentimet ja automaattinen laskua.

Nykyaikaiset autopilotit

Concorde alussa
PA-200 tornado
Northrop Grumman X-47B

Ensimmäisestä puhtaasti mekaanisesta täysin sähköiseen autopilottiin kehitettiin yhä enemmän täysin tietokoneistettuja järjestelmiä, joita hallittiin monimutkaisilla algoritmeilla yhä nopeammilla mikroprosessoreilla . Tämä prosessi alkoi 1950-luvun puolivälissä ensimmäisellä fly-by-wire- tekniikalla (FBW) sotilaslentokoneissa, silloin vain Yhdysvalloissa. Euroopassa FBW aloitti toimintansa vasta 1960-luvun lopulla, jolloin Saksa, Ranska ja Englanti kehittivät yhdessä PA-200 Tornadon . Airbus- konserni hyötyi tämän monikäyttöisen hävittäjäkoneen kehittämisen teknisistä saavutuksista ja kokemuksesta ja kehitti sitten Airbus A-320: n , joka oli yksi ensimmäisistä yksinomaan FBW: n ohjaamista kaupallisista lentokoneista- ensimmäinen oli Concorde .

Kasvavan tietokoneistamisen ja verkostoitumisen vuoksi autopilotin tehtävät kasvoivat tasaisesti. Nykyaikaiset järjestelmät auttavat jopa vähentämään melusaastetta ja säästämään polttoainetta. Lisäksi on olemassa suuntaus kohti keskusyksikköä erillisten tai itsenäisten järjestelmien sijasta. Joten sijainninhallintaan oli aiemmin erillisiä tietokoneita , ts. H. yksi tila -akselia kohden ja toinen moottorin työntövoiman säätöä varten. Nykyään on kuitenkin tavallista, että kaikki suoritetaan samalla prosessorilla. Tällaisella keskusjärjestelmällä on useita etuja: se säästää painoa, ja koko järjestelmä voi ottaa vastaan ​​paljon monimutkaisempia tehtäviä, koska sillä on enemmän tietoa. Tämän seurauksena autopilotit voivat jo käyttää konetta koko lennon ajan, ts. H. lentoonlähtö ja lasku mukaan lukien, lentää automaattisesti. Yksi esimerkki on Northrop Grumman X-47 , An koelentokoneet kehitetty varten Yhdysvaltain laivaston . Kukaan valmistaja ei kuitenkaan ole vielä uskaltanut ottaa tällaista pilottijärjestelmää käyttöön siviili -ilmailussa.

Joillakin järjestelmillä, kuten valmistajan Airbusilla, on jopa oikeus ohittaa ohjaajan antamat komennot, ts. H. tehdä päätöksiä itse lentäjää vastaan ​​hätätilanteissa. Onko tämä todella toivottavaa, on edelleen kyseenalaista, mutta tietokone reagoi nopeammin kuin ihminen. Toisaalta asiantuntijat ovat huolissaan siitä, että lentäjät alennetaan yhä enemmän tarkkailijoiksi ja heidän pitäisi puuttua tilanteeseen vain hätätilanteessa, vaikka tietotekniikka ei ole vielä tänä päivänä täydellistä.

Luokitus

Autopilotit on jaettu kolmeen luokkaan. On erotettu toisistaan, kuinka monta lentokoneen akselia automaattiohjaus voi hallita. Erotetaan toisistaan

Kiertoakselit ja ohjauspinnat
  • yksiakselinen autopilotti,
  • kaksiakselinen autopilotti (korkeuden esivalinnalla tai ilman),
  • kolmen akselin autopilotti ja
  • neliakselinen autopilotti.

Yksiakselisella automaattiohjauksella tämä ohjaa vain siipiä , jotta voidaan ohjata pitkittäisakselia (pystyakseli). Tätä kutsutaan myös rooleiksi . Vain siivet pidetään vaakasuorassa.

Kaksiakselinen autopilotti aktivoi myös hissin ohjatakseen lentokoneen poikittaisakselinsa ympäri (englanninkielinen piki ). Tämä tarkoittaa, että korkeutta voidaan ohjata myös lennon aikana.

Kolmiakselinen automaattiohjaus ohjaa kaikkia lentokoneen ohjauspintoja ohjatakseen sitä kaikilla kolmella akselilla. Tässä tulee kaksi muuta akselia yaw akseli lisätty (englanti yaw ).

Joskus termi neliakselinen autopilotti näkyy erikoiskirjallisuudessa . Tässä ei kuitenkaan viitata avaruuden akseliin, vaan työntövektori lasketaan neljänneksi akseliksi. Tällaiset järjestelmät voivat erityisesti ohjata moottorien työntövoimaa, jotta ylläpidetään asetettu nopeus tai säädetään automaattisesti työntövoima laskeutumisen aikana.

Yksiakselinen autopilotti

Kuva 2: Autopilotti KAP 140, yksiakselinen
Kuva 3: Autopilotti KAP 140, yksiakselinen, rullaustila aktivoitu

Yksinkertaisin autopilotin muoto on yksiakselinen autopilotti, joka tunnetaan myös nimellä "siipien tasaaja" (tarkoittaa saksaksi: "kohdista siivet vaakasuoraan"). Se ohjaa vain pyörimistä pitkittäisakselin (rulla -akselin) ympäri - vierintä . Hän voi pitää siivet vaakasuorassa hallitsemalla siivekkeitä. Yksiakselisessa automaattiohjauksessa on vain vaakasuuntainen tila. Siiliä voidaan käyttää vain suunnan muuttamiseen, mutta ei lentokorkeuden muuttamiseen.

Bendix / King KAP 140 on laajalle levinnyt autopilotti pienille lentokoneille ja kaksimoottoreille, ja sen yksiakselisena automaattiohjaimena on viisi ohjauspainiketta. KAP 140 kytketään päälle AP -painikkeella (autopilotti). ROL -tila (roll -tila) on aktivoitu, mikä pitää siivet vaakasuorassa asennossa. Tämä estää lentokoneen kaatumasta toiselle puolelle. Jos lentäjä on aiemmin asettanut sopivan nopeuden ja lentokone leikataan, se lentää erittäin vakaassa tilassa.

Kuva 4: Kurssin gyro - punaisella merkityn painikkeen (HDG) oikeassa alakulmassa voit kääntää kurssin, jonka autopilotin tulee pitää. Tällä hetkellä kurssia on käännetty 325 ° (punainen viiva). Nykyinen suunta on 295 °. Vasemmassa alakulmassa olevalla kiertopainikkeella (PUSH, paina ensin, sitten käännä) kurssin gyrosäätö säädetään säännöllisesti uudelleen magneettisen kompassin kurssiarvojen mukaisesti.

Neljä muuta erikseen kytkettävää tilaa ovat:

  • HDG (suunta; lentää ja ylläpitää kurssin gyroskooppia)
  • NAV (navigointi; lentää ja pitää kurssi asetettuna VOR- tai GPS -järjestelmällä)
  • APR (lähestymistapa; toimii kuten NAV -tila, mutta on paljon herkempi, joten erittäin tarkka laskeutumisreitti voidaan lentää)
  • REV (käänteinen kurssi; toimii kuten APR -tila, mutta autopilotti reagoi kurssin neulan taipumiin täsmälleen päinvastaisella tavalla; monet autopilotit viittaavat tähän tilaan myös BC - takaisinkurssi, käänteinen kurssi tai käänteinen kurssi)

Neljä painiketta - HDG, NAV, APR, REV - aktivoidaan painamalla ja deaktivoidaan painamalla uudelleen. Vain yksi neljästä painikkeesta voidaan aktivoida kerrallaan. Jos kaikki neljä painiketta on poistettu käytöstä, autopilotti palaa takaisin ROL -tilaan - edellyttäen, että automaattiohjaus on kytketty päälle. ROL-tila on yhteinen kaikille yksiakselisille automaattiohjaustilaille.

Kaksiakselinen autopilotti

Kuva 5: Autopilotti KAP 140, kaksiakselinen, ilman korkeuden esivalintaa

Rulla-akselin lisäksi kaksiakseliset autopilotit ohjaavat nousuakselia eli poikittaisakselin ympärillä olevaa nousua. Voit myös antaa lentokoneen nousta poikittaisakselin ympäri (eng. Pitching ) - lentokoneen nenä nostetaan tai lasketaan. Tämä automaattiohjauksen toinen akseli mahdollistaa korkeuden hallinnan, pystytilan. Tätä varten he ohjaavat piki -servoa ja nousun säätö servoa.

Yksiakseliset autopilotit voivat ohjata lentokoneita vain sivuttain (sivusuuntainen navigointi), kun taas kaksiakseliset autopilotit voivat ohjata ilmaa sivuttain ja ylöspäin (pystysuora navigointi).

Yksinkertaisessa versiossa kaksiakselinen autopilotti on "siiven tasoituslaite", jolla on rajallinen kyky korjata poikittaisen akselin, eli nousun, poikkeamia. Kaksiakselisten autopilottien tuotevalikoiman toisessa päässä on erittäin monimutkaisia ​​rakenteita, jotka soveltuvat automaattiseen lennonohjaukseen, ja aluksella olevien radionavigointivastaanottimien (VOR, NDB, GPS) vastaanotetut signaalit arvioidaan.

Neljän vaakasuuntaisen painikkeen (HDG, NAV, APR, REV) painikkeiden lisäksi KP 140: ssä on viides painike pystytilaa varten - ALT (korkeus). Jos ALT -näppäin on aktivoitu, automaattiohjaus säilyttää nykyisen lentokorkeuden.

YLÖS -painikkeen painaminen aloittaa nousun nopeudella noin 500 jalkaa / min, joka säilyy niin kauan kuin painiketta painetaan. Vastaavasti, kun DN -painiketta (alas) painetaan, tapahtuu laskeutuminen.

Kuva 6: Autopilotti KAP 140, kaksiakselinen, korkeuden esivalinta

On myös kaksiakselisia automaattiohjaimia, joissa on korkeuden esivalinta, joilla lennon korkeus voidaan määrittää. Pystysuuntaista nopeutta, jolla lentokone lentää tähän korkeuteen, voidaan myös säätää. Lähestymistilassa autopilotti voi seurata ILS -liukureittiä pystysuunnassa.

Korkeuden esivalinnalla varustetussa KAP 140 -mallissa on myös kaksiosainen kiertokytkin korkeuden syöttämistä varten sekä ARM- ja BARO-painikkeet.

Koska automaattiohjaus ei ohjaa näiden mallien työntövipua, lentäjän on silti otettava tämä tehtävä. Lähestymisen aikana hänen on hallittava oikea lähestymisnopeus. Kiipeilyssä hänen on varmistettava, että automaattiohjaus ei ohjaa lentokoneen koteloon, jossa on liian suuri nousunopeus. Lentäjän hallintaa ja huomiota tarvitaan edelleen.

Vielä paremmin varustetut autopilotit tarjoavat korkeusvaroituksen korkeuden esivalinnan lisäksi.

Nykyaikaisten autopilottien rakentaminen

Nykyaikaiset järjestelmät, joita puhutaan puhekielessä autopilotiksi, ovat itse asiassa lukuisia erilaisia ​​järjestelmiä, joista osa toimii toisistaan ​​riippumatta lentokoneessa. Maallikot kutsuvat kaikkia näitä järjestelmiä useimmiten autopilotiksi, mutta vain yhtä näistä yhdistetyistä osajärjestelmistä kutsutaan autopilotiksi. Tämä tosiasia ei kuitenkaan ole yllättävä, kun otetaan huomioon järjestelmän monimutkaisuus ja se, että myös muut osajärjestelmät tekevät itsenäisiä päätöksiä, jotka ohjaavat ilma -alusta. Tämän järjestelmän arkkitehtuuri ei myöskään ole yhtenäinen, koska jokainen valmistaja asettaa omat painopisteensä ja lähestymistapansa ilmailutekniikan järjestelmien käyttöönotossa. "Joskus on jonkin verran hämmennystä ensisijaisen lennonohjaimen, automaattiohjauksen / lennonohjausjärjestelmän ( AFDS ) ja lennonhallintajärjestelmän ( FMS ) välisistä suhteista ." Ensisijainen lennonohjaus sisältää FBW: n ja kaikki muut osat, joita tarvitaan lentokoneen ohjaamiseen. Toisaalta automaattinen lentojärjestelmä ( AFS ) sisältää kaikki automaattisen ja itsenäisen lennonhallinnan toiminnot. FMS vastaa navigointi- ja lennon tehokkuudesta.

Automaattinen lentojärjestelmä (AFS)

Kuva 7: Lennonohjain (F / D) voidaan kytkeä päälle erikseen, kun taas tämän mallin automaattiohjaus voidaan kytkeä päälle vain yhdessä F / D (F / DA / P) -laitteen kanssa.

"Avionics System Autopilot" on nyt osa "Auto Flight System" (AFS) -järjestelmää, johon englanninkielisessä kirjallisuudessa viitataan nimellä "Autopilot" tai "Flight Director System" (AFDS). Autopilotin lisäksi tämä järjestelmä sisältää myös muita osajärjestelmiä. Valmistajasta riippuen tietyt järjestelmät on kuitenkin myös liitetty AFS: n ulkopuolelle tai integroitu muihin järjestelmiin. Erityisesti englanninkielisessä erikoiskirjallisuudessa kuvataan enimmäkseen vain valmistajan Boeingin arkkitehtuuria, jolla on hieman erilainen rakenne kuin Airbusilla.

AFS on modernien koneiden itsenäisen lennon todellinen sydän. Yksittäiset järjestelmät ottavat erilaisia ​​tehtäviä pitääkseen koneen vakaana lennossa tai noudattaakseen tiettyä kurssia. Tämä järjestelmä on kiinteästi integroitu fly-by-wire- järjestelmään. AFS koostuu useista osajärjestelmistä, joista osa voi toimia itsenäisinä yksiköinä. Lentäjät voivat myös kytkeä ne päälle tai pois päältä halutessaan osittaisten tehtävien siirtämiseksi AFS: lle. Lentäjä voi siten aloittaa käännöksen lentokoneen kanssa ja antaa AFS: n säätää lennon korkeutta. Lentäjän ei tarvitse enää huolehtia halutun lentokorkeuden ylläpitämisestä, koska tietokone tekee tämän hänen puolestaan.

Autopilotti

Järjestelmästä riippuen, joka on integroitu, erotetaan useista automaattiohjaustyypeistä (AP). Nämä luokitellaan sen mukaan, kuinka monta akselia he ohjaavat. Yksinkertaisimmat tukiasemat säätelevät lentoasentoa vain rulla -akselin ympäri ohjaamalla siivekkeitä. "Näitä yksinkertaisia ​​järjestelmiä kutsutaan usein myös" siipien tasoittajiksi ". Yksi taso ylempänä on AP, jossa on kaksi akselia, tässä rullausakselin lisäksi kääntöakseli lisätään AP: n ohjaussilmukkaan. Nämä järjestelmät voivat siksi myös ylläpitää ja seurata kiinteää kurssia. Viimeinen AP -luokka on järjestelmiä, jotka voivat ohjata lentokoneita kaikkien kolmen akselin ympäri. Tähän lisätään nousuakseli, joka määrittää lennon korkeuden sekä nousu- ja laskeutumisnopeuden. Näitä järjestelmiä käytetään kaikissa nykyaikaisissa matkustajakoneissa, koska ne mahdollistavat itsenäisen laskeutumisen.

AP on olennainen avioniikkajärjestelmä, koska se pitää koneen tarkasti vakaassa lentoasennossa. Järjestelmä koostuu kahdesta ohjaussilmukasta. Sisäsilmukka, sisäsilmukka on vastuussa vakaasta lennosta. AP -tietokone vastaanottaa tietoja tässä esimerkissä korkeusanturilta. Jos halutusta lentokorkeudesta on poikkeama, tietokone ohjaa vastaavan ohjauspinnan toimilaitteita; esimerkiksi (katso kuva) hissi. "Toimilaitteen palaute varmistaa, että servomoottorit saavuttavat halutun asennon ja pitävät sen". Lentokoneen sijainti muuttuu vastaavien ohjauspintojen liikkeen seurauksena, mikä puolestaan ​​tallennetaan vastaavalla anturilla, aerodynaamisella palautteella ja välitetään jälleen AP -tietokoneelle. Ohjaajan manuaaliset syötteet lähetetään suoraan AP -tietokoneelle ja ne korvaavat nykyiset järjestelmän toiminnot, joten pilotti voi puuttua milloin tahansa. Sisäisen ohjaussilmukan kaaviomainen rakenne näkyy kuvassa, mutta tämä ei ole yleisesti pätevä ja riippuu käytetystä erikoiskirjallisuudesta. Esimerkki on nähtävissä siviili -ilmailutekniikassa, Ian Moir ja Allan Seabridge. Manuaalinen ohjaus pääsee suoraan ohjauspintoihin AP -tietokoneiden ohi. Tämä sisäinen ohjaussilmukka on sama kaikille kolmelle akselille, vain ohjattavat pinnat ja anturit ovat erilaisia. Toinen ohjaussilmukka on ulompi silmukka . Tämä luo komennot sisäiselle ohjaussilmukalle. Ulkosilmukka ei siis ole vastuussa vakaasta lentoasennosta, vaan generoi komennot, joita tarvitaan ilma -aluksen ohjaamiseen siten, että se seuraa haluttua kurssia tai suorittaa halutun liikkeen. Tarvittavat laskelmat, jotka ovat välttämättömiä tätä varten, generoi lentojohtaja ( FD ). Seuraavassa AP -ohjain vastaanottaa tiedot vastaavilta antureilta ja vertaa niitä haluttuihin, kuten tässä esimerkissä kurssi. Tietokone vastaanottaa tietoja nykyiseltä kurssilta ja vertaa sitä haluttuun. Jos kurssivirhe voidaan tunnistaa, FD laskee tarvittavat toimenpiteet sen korjaamiseksi. Ohjaukseen tarvittavat komennot välitetään sitten AP -tietokoneelle ohjaimen kautta. Tässä vaiheessa sisäinen ohjaussilmukka ottaa haltuunsa kaikki muut komennot ja osoittaa tarvittavat toimilaitteet kullekin ohjauspinnalle. Radan lisäksi järjestelmälle voidaan ilmoittaa myös laskeutumis- tai nousunopeus ja korkeus. Niiden avulla järjestelmä voi pitää koneen vakaana ilmassa kaikkien kolmen akselin ympärillä.

Lentojohtaja

Seuraavan sukupolven Boeing 737: n ensisijainen lentonäyttö (PFD), jossa lennonjohtaja on violetti risti

" Lentojohtaja (FD) on autopilottijärjestelmän aivot". Useimmat autopilotit voivat taata vakaan asennon; jos kuitenkin otetaan huomioon muut tekijät, kuten navigointi, tuuli ja kurssi, monimutkaisempia laskelmia tarvitaan. "FD ja AP on suunniteltu niin, että ne toimivat hyvin läheisessä yhteistyössä, mutta FD: tä voidaan käyttää ilman AP: n kytkemistä ja päinvastoin". FD ja autopilotti katsotaan erillisiksi järjestelmiksi, mutta molemmat järjestelmät voidaan nähdä yhtenä järjestelmänä. Kun autopilotti on kytketty pois päältä ja FD on aktivoitu, niiden ensisijaisessa lentonäytössä (PFD) olevat symbolit osoittavat lentäjille, kuinka ohjata ilma -alusta manuaalisesti halutun lentoreitin tai -liikkeen noudattamiseksi. "Se luo yksinkertaisen, tulkittavan ohjeen lentäjälle". Halutun lentoasennon haluttu sijainti esitetään kaaviomaisesti PFD: ssä, yleensä suurena punaisena tai muuna silmiinpistävänä ristinä. Joten sinun on vain ohjattava konetta niin, että se on näytetyn asennon yläpuolella. Lentäjän on ohjattava konetta manuaalisesti, mutta tämä ei tee lentämisestä yhtään helpompaa, koska "FD: lle on kerrottava, mitä pitäisi tapahtua, ja jälkimmäinen näyttää sitten kuinka lentää". Siksi FAA suosittelee FD: n deaktivointia ja lentämistä mittarilennolla, koska tämä vähentää työmäärää. Jos molemmat järjestelmät ovat lentokoneessa, myös järjestelmästä riippuen on mahdollista aktivoida AP ilman FD: tä.

Vakauden lisäysjärjestelmä

Nykyaikaisissa AP -järjestelmissä on aina integroitu toinen järjestelmä vakaamman lentoasennon aikaansaamiseksi, ”Stability Augmentation System”. Tämä on itse asiassa yhdistelmä kahdesta itsenäisestä järjestelmästä, autotrim -järjestelmästä ja kääntöpelistä. Jos aiemmin oli kaksi fyysisesti erillistä järjestelmää, ne ovat nyt erottamaton osa autopilottia.

Autotrim -järjestelmä
Leikkaa välilehdet

"Jotta lentokelpoisuus säilyisi [...] pidemmän ajan, lentokoneessa on aina oltava voimien ja momenttien tasapaino." Tätä tasapainoa on säädettävä jatkuvasti lennon aikana, koska painopiste muuttuu polttoaineen kulutuksen vuoksi. Jotta tätä ei jatkuvasti kompensoita käsikäyttöisillä tuloilla, on trimmi . Tässä pienet ohjauspinnat - ns. Trimmausperäsimet tai trimmitasot - ovat kulmassa vastaavassa peräsimessä. Nämä muodostavat aerodynaamisen voiman halutun voimatasapainon palauttamiseksi. Jotta lentäjä ei tekisi tätä manuaalisesti koko lennon ajan, on olemassa automaattinen ajokuljetusjärjestelmä. "Autotrim -järjestelmä pystyy automaattisesti [...] tekemään säätöjä sävelkorkeuteen, jotta lentokone pysyy halutulla korkeudella [...]". Autopilotti ohjaa ja tarkistaa tätä järjestelmää heti, kun tietokone tunnistaa, että halutun asennon ylläpitämiseksi ohjauspintojen jatkuva taipuminen on tarpeen. Tämä ohjaa leikkauskielekkeitä tämän kompensoimiseksi ja palauttaa ohjauspinnat neutraaliin asentoonsa. Tämä on toivottavaa, jotta vähennetään vastusta. Leikkausleikkausten kautta tapahtuvan leikkaamisen lisäksi on olemassa myös Airbus -painonleikkausmenetelmä. Säätökappaleita ei säädetä voimien tasapainon luomiseksi, mutta polttoainetta pumpataan tankista toiseen, jotta lentokoneen painopiste siirtyy. Tämä on etu, koska ei ole ylimääräistä vetää pois trimmitasoja. Tämä lisää kantamaa, mutta vähentää vakautta pitkittäin , kun otat polttoainetta siipisäiliöistä.

Yaw Damper

Toinen järjestelmä vakauden parantamiseksi on kääntöpelti tai kääntöpelti . Tämän järjestelmän ainoa tehtävä on vaimentaa niin kutsuttuja hollantilaisia ​​rullaheilahduksia , joita esiintyy erityisesti suurissa lentokoneissa. Tämä syntyy puuskista, jotka osuvat lentokoneeseen sivulta. Koska takayksikössä on suuri kosketuspinta, pystysuoran akselin ympärille muodostuu vääntömomentti. Seuraava tapahtumaketju luo sitten "hollantilaisen rullan" värähtelyn. Tämä johtaa siniaaltoon pystysuoran akselin ympäri. Jokaisella lentokoneella on oma hollantilainen rullataajuus. Jos tämän korvaamiseksi ei olisi korvausta, lentokone jatkaisi värähtelyään ja menettäisi myös korkeuden. Tämä tärinäkäyttäytyminen on erityisen epämiellyttävää matkustajille ja vaatii lentäjältä paljon työtä sen kompensoimiseksi. Kääntöpelti ottaa tämän tehtävän ja ohjaa peräsintä siten, että tärinää ei esiinny lainkaan. Tämän värähtelyn havaitsemiseksi tietokone vastaanottaa lentokoneen kääntötaajuussignaalit. Nämä suodatetaan kaistanpäästösuodattimen läpi ilma-aluksellisen hollantilaisen rullaustaajuuden tunnistamiseksi. Tämä mahdollistaa myös kaarevan lennon erottamisen siitä. Heti kun tietokone tunnistaa hollantilaisen rullaheilahtelun, se aktivoi peräsimen servomoottorit tämän estämiseksi. Suurimman osan ajasta kääntöpelti on osittain tai kokonaan integroitu AP -tietokoneeseen. Näin ei välttämättä tarvitse olla, sillä A320: n Yaw Damper on erillinen järjestelmä, joka on AP-järjestelmän ulkopuolella.

Automaattinen kaasuventtiili

Toinen tärkeä autonomisen lennonohjausjärjestelmä on "Auto Throttle System" (ATS) tai "Auto Thrust System". Tämä järjestelmä säätää moottoreita siten, että ne tuottavat tarvittavan työntövoiman milloin tahansa, mikä vaaditaan kullekin lentoasemalle. Autopilotti laatii tämän tekniset tiedot ja välittää ne moottoreille. ATS tarjoaa useita etuja ja helpottaa lentäjiä erityisesti nousujen ja laskujen aikana, jolloin heidän ei enää tarvitse huolehtia moottorin suorituskyvystä. Kaksi erilaista järjestelmää on edelleen käytössä. Klassinen ATS löytyy edelleen joistakin vanhemmista koneista. Tässä tapauksessa moottori ei ohjata suoraan AP: n, vaan se ohjaa servomoottoria, joka mekaanisesti säätää työntövoiman vivut ohjaamossa. Työntövivut muodostavat siten yhteyden moottorin vastaaviin säätimiin. Nämä valvovat ja ohjaavat kaikkia moottoriprosesseja vaaditun suorituskyvyn saavuttamiseksi. Nämä ohjaimet ovat erittäin monimutkaisia, hienomekaanisia tietokoneita, jotka on kytketty elektroniseen ohjausjärjestelmään. Monimutkaisuutensa ja lisääntyvän digitoinnin vuoksi, etenkin puhtaiden FBW -järjestelmien kautta, nämä katoavat hitaasti. "Nykyaikaisissa moottoreissa [...] on [tänään] digitaalinen elektroninen moottorinohjausjärjestelmä FADEC (täysivaltainen digitaalinen moottorin ohjaus)." Nämä järjestelmät eivät enää toimi mekaanisten rajapintojen avulla, vaan puhtaasti digitaalisesti. "Tehtäväsi ovat paljon hallitsemattomampia [...] ja takaavat aina optimaalisen suorituskyvyn tai optimaalisen työntövoiman maksimaalisella taloudellisuudella". FADEC -järjestelmää käytettäessä lentäjillä ei kuitenkaan ole mahdollisuutta puuttua moottoreiden toimintaan. Tässä käytetään vain AP: n tulomuuttujaa ja työntövipua. Polttoaineen virtausta säädetään sitten suljetussa ohjaussilmukassa moottorin vastaavien antureiden kautta, jotka antavat tietoja, kuten lämpötilan jakautumisesta, paineesta, pakokaasun lämpötilasta ja nopeudesta. Näille järjestelmille asetetaan erittäin korkeat vaatimukset, koska niiden on kestettävä moottorin ankaria olosuhteita. Moottorista ja rakenteesta riippuen näiden on kestettävä jopa -60 ° C - 120 ° C lämpötiloja. Luotettavuus on heille myös erittäin tärkeää, koska vika johtaisi täydelliseen moottorivikaan.

Lennonhallintajärjestelmä

Flight Management System (FMS) vastaa tärkeä osa lennon navigointi. FMS helpottaa lentäjien lentoreitin suunnittelua ja laskee nykyisen sijainnin useista antureista. Aiemmissa järjestelmissä lentäjän oli syötettävä kaikki suunnitellun lennon reittipisteet manuaalisesti. Tämä johtaa kuitenkin toistuvasti virheellisiin syöttöihin ja siten kurssipoikkeamiin. Yhdessä epätarkan sijaintimäärityksen kanssa tämä ei ollut edullista. Jo vuonna 1976 ilmailuteollisuuden visionäärit haaveilivat ”päänavigointijärjestelmästä”, joka voisi itsenäisesti navigoida lentokoneessa lennon kaikissa vaiheissa. Vuodesta 1982 lähtien FMS otettiin käyttöön. FMS sisältää tietokannan, jossa on reittipisteitä ja menettelyjä, joita tarvitaan lentoreitin suunnitteluun. Lentäjä valitsee sitten vain ne pisteet, joihin hän haluaisi lentää, ja luo siten lentosuunnitelmansa. "Tietokone laskee sitten etäisyyden ja kurssin kullekin näistä lentoreitillä olevista pisteistä". Kaikkien tietojen avulla "[...] FMS tarjoaa tarkan navigoinnin jokaisen reittipisteparin välillä lennon aikana ja antaa lisätietoja lennosta reaaliajassa, kuten nopeuden maanpinnan yli, matkan, odotetun lentoajan, kerosiinin kulutuksen ja enimmäisaika ilmassa ". FMS ei kuitenkaan ole vain suunnittelun helpottamiseksi, vaan myös välittää kaikki tarvittavat tiedot AP: lle ja automaattikaasujärjestelmälle. Täältä näet FMS: n varsinaisen tehtävän AFS: lle. Se laskee tarvittavan kurssin ja korkeuden, jonka autopilotin on pidettävä voidakseen seurata haluttua lentoreittiä tarkasti. Heti kun reittipiste on saavutettu, AP saa tiedon uudesta kurssista, jota se seuraa. Nykyaikaiset järjestelmät mahdollistavat itsenäisen navigoinnin kaikkien kolmen akselin ympäri ja lentonopeuden mukauttamisen. Nämä järjestelmät voivat suorittaa erittäin tarkkoja laskelmia ja mahdollistaa reittipisteen saavuttamisen hyvin pienessä, noin ± 6 sekunnin aikaikkunassa. Ne voivat myös hallita moottoreita kompensoidakseen mahdolliset viiveet. FMS ei ainoastaan ​​ohjaa navigointia, vaan myös asettaa lentokoneessa tarvittavat vastaanottimet vastaaville viestintä- ja majakkataajuuksille. FMS koostuu kokonaan kahdesta tarpeettomasta tietokoneesta, jotka suorittavat kaikki laskelmat. A320: n kanssa FMS on edelleen itsenäinen järjestelmä, jolla on oma tietokone. Mutta mitä enemmän fly-by-wire- järjestelmiä ja digitalisaation edistymistä lentokoneissa, sitä enemmän yksittäiset järjestelmät yhdistyvät. A330- ja A340 -perheissä AP ja FMS löytyvät samasta järjestelmästä. Ja viimeisimmässä sukupolvessa, kuten A380, kaikki AP -järjestelmät on sijoitettu FMS -tietokoneeseen ja muodostavat kokonaisen järjestelmän.

Lennon kirjekuoren suojaus

Kaikkia AP: n järjestelmiä on tietysti seurattava, ja jos epänormaalia käyttäytymistä ilmenee, siitä on ilmoitettava lentäjille, jotta he voivat puuttua asiaan. Flight Envelope Protection System ottaa tämän tehtävän vastaan. Tämä järjestelmä on kiinteä osa FBW: tä. Se takaa turvallisen lennon lentokoneen raja -alueilla. Tämä varmistaa, ettei rakenteellisia vaurioita aiheudu liiallisista kiihdytysvoimista . Tämä lisää turvallisuutta lennon aikana, koska tietokoneen virheet eivät ideaalisesti voi johtaa järjestelmän tai rakenteen vikaantumiseen.

Laskeutuminen autopilotilla

Laskeutumista autopilotilla kiitotielle ja sitten rullaamista kiitotien keskilinjalle kutsutaan CAT III -laskutoimitukseksi tai autolandiksi. CAT III -lasku edellyttää asianmukaisesti varustettua ja lisensoitua ilma -alusta, koulutettua ja lisensoitua miehistöä ja vastaavasti varustettua ja lisensoitua lentokenttää. Lukuun ottamatta tiettyjä lentokonetyyppejä, CAT III -laskuja saa lentää vain autopilotilla, koska se reagoi noin neljä kertaa nopeammin. Laskeutuminen CAT IIIa: n ja IIIb: n mukaisesti on tällä hetkellä mahdollista. Radalla jarruttamisen lisäksi CAT IIIc sisältää myös radalta poistumisen.

Autopilotin vakiotoiminnot

Kun lentokone on noussut halutulle korkeudelle nousun jälkeen, se siirtyy vaakasuoralle risteilylennolle.

Niin kauan kuin lentokone liikkuu suorassa linjassa jatkuvissa sisäisissä ja ulkoisissa olosuhteissa (painojakauma, maan ilmakehä jne.), Lentokorkeus pysyy vakiona. Kuitenkin vain polttoainetta kuluttaessa lentokone kevenee ja alkaa kiivetä. Siksi barometrinen korkeusmittausjärjestelmä havaitsee pian poikkeaman esivalitusta korkeudesta. Piki kanava , joka säätelee kohtauskulma , lähettää signaalin hissin säätää erotus, kunnes korkeus määritetty asetusarvo on saavutettu uudestaan. Koska hissiä ja siten iskukulmaa voidaan pienentää painon menetyksen kautta ja siten vastus pienenee, lentonopeus kasvaa, minkä vuoksi nopeuskanava (automaattinen kaasutietokone) säätää moottorin tehoa siten, että esivalittu korkeus säilyy ennalta valitulla (optimoidulla) tavoite nopeudella.

Lennon suuntaa säädetään rullaustien kautta . Oletetaan, että ohjaaja asettaa 315 ° kurssiksi eli tarkalleen luoteeseen . Jos ulkoiset olosuhteet, kuten tuulen suunta, muuttuvat, lentokone ajautuu pois lasketusta kurssista, jos vastaohjausta ei ole. Kompassi järjestelmä mittaa nyt poikkeaman ennalta valitun kurssin ja lähettää signaalin siivekkeet tämän kompensoimiseksi  - ilma-aluksen kallistuu hieman (kierrosta sivuttain pituusakselin ympäri). Peräsin toimii kuin väärä kölin ja ilma myös kääntyy pystyakselin ennen kurssin 315 ° uudelleen. Sitten vierintäkanava ohjautuu takaisin keskiasentoon. Sivuttaisliikkeen aikana lentokoneella oli kuitenkin suurempi vastus ja se vei nenänsä alas - jolloin piki -kanava reagoi välittömästi ja ohjasi nenän uudelleen. Tämä korjaus oli myös aiheuttanut ylimääräisiä vastus ja vähentää nopeutta, minkä vuoksi nopeus säädin oli lisättävä moottorin tehon uudelleen.

Näiden vakiorutiinien lisäksi on olemassa monia muita ohjaustoimintoja, jotka sieppaavat ei -toivotut liikkeet ja tekevät matkasta matkustajalle mukavamman. Lentäjät, toisaalta, voi omistautua toimintaansa vaativissa lentovaiheiden - kuten ennen purkamista tai kun suunnitelma muuttuu mukaan lennonjohto - ilman jatkuvasti säätää ilma.

Paikannus

Nykyaikainen autopilotti lukee sijainnin inertia-navigointijärjestelmästä (INS) ja jos se voidaan vastaanottaa, useista pyörivistä radiomajakoista (ns. VOR-asemat) ja yhä useammin GPS-signaaleista. Erityisesti valtamerien yli vain INS oli käytettävissä ennen GPS -aikakautta. Lennon keston edetessä INS: ään kertyi paikannusvirhe. Virheiden vähentämiseksi INS: ssä oli karusellijärjestelmä, joka pyörii joka minuutti niin, että virheet jaettiin eri suuntaisiin vektoreihin ja kumottiin siten toisiaan. Gyroskooppien mittausvirheitä, jotka väärentävät sijaintitietoja yhä enemmän, kutsutaan driftiksi. Tämä virhe johtuu järjestelmän fyysisistä ominaisuuksista riippumatta siitä, onko kyseessä mekaaninen gyroskooppi vai laser gyroskooppi.

Erot näiden kahden välillä ratkaistaan digitaalisen tietojenkäsittelyn ja 6-ulotteisen Kalman-suodattimen avulla . Kuusi ulottuvuutta ovat pituusaste, leveysaste, korkeus, kallistuskulma (rulla), nousukulma ja kääntymiskulma.

INS: n on taattava monilla valtamerienvälisillä lentoreiteillä tietty sijaintitarkkuus (englanninkielinen suorituskykykerroin ). Siksi mahdollisen sijaintivirheen kokoa seurataan myös lennon aikana. Mitä pidempi lento, sitä suurempi virhe kerääntyy järjestelmään. Lähellä maata lentokoneen sijainti voidaan sitten päivittää lisätiedoilla radionavigointijärjestelmistä (VOR, VOR / DME), VOR -alueiden ulkopuolella, sijainti voidaan korjata ja päivittää GPS: n avulla. Ensisijainen järjestelmä sijainnin määrittämiseksi on edelleen INS, koska se on turvallisin itsenäisenä sisäisenä järjestelmänä ja riippuu vain omasta järjestelmästään (ohjelmisto, virtalähde). INS voi muuttua yhä epätarkemmaksi, mutta sitä ei voida sammuttaa ulkopuolelta, kun taas operaattori voi kytkeä VOR- tai GPS -toiminnon pois päältä.

INS koostuu yleensä kolmesta IRU: sta (eli gyroskoopista), jotka tarvitsevat syöttömuuttujina vain painovoiman ja maan pyörimisen. Lentäjän on syötettävä ilma -aluksen alkuasento järjestelmään.

Tietokonejärjestelmä

Tässä artikkelissa tai seuraavassa osassa ei ole riittävästi todistusasiakirjoja ( esim. Yksittäisiä todisteita ). Tiedot, joilla ei ole riittävää näyttöä, voidaan poistaa pian. Auta Wikipediaa tutkimalla tietoja ja sisällyttämällä hyviä todisteita.

Tyypillisen suuren lentokoneen automaattiohjaimen laitteisto koostuu viidestä 80386 suorittimesta, joista jokainen on omalla piirilevyllään . 80386 -suoritin on edullinen, hienostunut ja on testattu perusteellisesti. Todellinen virtuaalikone voidaan toteuttaa 80386 -laitteessa. Uudemmat versiot ovat jopa säteilyä kestäviä ja lisäksi vahvistettuja käytettäväksi ilmailussa. 80386: n hyvin vanhaa muotoilua käytetään tarkoituksella, koska se on luotettava ja sen ohjelmistokäyttäytymistä on testattu ja kuvattu laajasti.

Asiakkaan käyttöjärjestelmä tarjoaa virtuaalikoneen jokaiselle prosessille . Autopilotin ohjelmisto ohjaa siksi aina tietokoneen elektroniikkaa välillisesti eikä koskaan suoraan, vaan se ohjaa ohjelmistosimulaatiota, joka toimii 80386 -suorittimella.

Useimmat vakavat vialliset ohjelmistotoiminnot johtavat kyseisen CPU: n järjestelmän kaatumiseen.

Suurimman osan ajasta jokaisessa suorittimessa on käynnissä matalan prioriteetin prosessi, joka testaa jatkuvasti tietokonetta. Periaatteessa jokainen automaattiohjauksen prosessi suoritetaan identtisessä muodossa kopiona vähintään kolmessa eri prosessorin kohdassa. Järjestelmä päättää sitten, mitkä tulokset hyväksytään. Keskiarvo hyväksytään, ja erittäin poikkeavat arvot hylätään.

Joillakin automaattiohjaimilla on erilainen muotoilu (englanninkielinen muotoilun monimuotoisuus) lisäominaisuutena. Kriittiset ohjelmistoprosessit eivät vain toimi eri tietokoneissa, vaan jokaisessa tietokoneessa on eri kehitystiimien luoma ohjelmisto, koska ei ole kovin todennäköistä, että eri kehitysryhmät tekevät saman virheen. Ohjelmiston monimutkaisuuden lisääntymisen ja ohjelmiston kustannusten nousun vuoksi monet kehitysyritykset ovat kuitenkin siirtymässä pois tästä turvatoimenpiteestä monimuotoisuuden kautta.

Huipputason ja näkymät

Nykyaikaisilla "fly-by-wire" -järjestelmillä (Tornado, Airbus, F-16, Eurofighter) yksittäisten järjestelmien väliset rajat hämärtyvät. Nykyaikaisia ​​taistelukoneita, jotka on suunniteltu epävakaiksi ketteryytensä vuoksi, ei voi enää lentää ilman tietokoneen tukea. Lisäksi toteutetut lennonohjausjärjestelmät pakottavat noudattamaan lentokuorta . Tämä estää suurelta osin fyysisten rajojen (aerodynamiikka ja rakenteelliset kuormat) ylittämisen. Miehittämättömien lentokoneiden käyttöönotto on jo todellisuutta tänään. Nämä järjestelmät kuitenkin epäonnistuvat, koska niiden käyttömahdollisuudet ovat edelleen varsin rajalliset. Erityiset liikkeet (tiedustelu, yksittäisten lentovaiheiden, kuten "risteilyn" tai jopa täysin automaattisen laskeutumisen haltuunotto), ovat asianmukaisten oheislaitteiden kanssa jo viimeisintä tekniikkaa.

Autopilotit sotilasilmailussa

Sotilasilmailussa käytetään nykyään automaattiohjaimia, jotka mahdollistavat sieppaamisen hallitsemattomista lento -olosuhteista napin painalluksella, kuten Eurofighter Typhoonin tapauksessa . Tämä voi auttaa estämään jonkin verran ihmisten ja materiaalin menetyksiä ja lisää myös selviytymismahdollisuuksia taistelutilanteessa .

"Automaattinen maaston seuranta" (kutsutaan usein nimellä "Terrain Follow Radar" (TFR)) mahdollistaa matalan ja syvän lennon.

Katso myös

Yksilöllisiä todisteita

  1. ↑ a b [1]
  2. ↑ Lexicon of Aviation, 3. painos: Niels Klußman, Armin Malik, Springer Verlag 2012
  3. ↑ a b [2]
  4. ↑ Dudens
  5. ^ Sanasto ( Muisto 18. tammikuuta 2015 Internet -arkistossa )
  6. ↑ [3]
  7. ↑ a b c d e f g h Advanced Avionics : Federal Aviation Administration, US Dep of Transportation 2009, (SG-2), käännetty englannista
  8. ↑ a b c d e f g h i j k l m n o p Autopilotti, lyhyt johdanto: Nikolai Reed, Würzburgin yliopisto 2013, PDF , (tarkistettu tekijän suostumuksella)
  9. ↑ SARTRE -projekti ( muisto 27.11.2010 Internet -arkistossa )
  10. ↑ Maailman ensi -ilta Yhdysvaltojen moottoritiellä: Daimler Trucks tuo ensimmäisen autonomisen kuorma -auton julkisille teille  ( sivu ei ole enää käytettävissä , etsi verkkoarkistoista )  Info: Linkki merkittiin automaattisesti vialliseksi. Tarkista linkki ohjeiden mukaan ja poista tämä ilmoitus.@1@ 2Malli: Dead Link / media.daimler.com  
  11. ↑ Autopilotti on saapunut - Tesla Motors Germany . Lähde : teslamotors.com . 14. lokakuuta 2015. Haettu 6. heinäkuuta 2016.
  12. ↑ Autopilot -mainonnan vuoksi: Kilpailun pääkonttori haastoi Teslan oikeuteen . ISSN  0174-4909 ( faz.net [käytetty 29. lokakuuta 2019]).
  13. ↑ a b c Introduction to Avionics System, 2. painos: Collinson, Kluwer, RPG Academic Publisher 2003
  14. ^ A b c d Lentokonejärjestelmät, mekaanisten, sähköisten ja ilmailutekniikan osajärjestelmien integrointi, 3. painos: Ian Moir, Allan Seabridge, Wiley 2011
  15. ^ A b Aviation History -lehti: William Scheck, Aviation History -lehti 2003, julkaistu verkossa vuonna 2007 , käännetty englannista
  16. ↑ Autopilottijärjestelmät, Autopilottijärjestelmissä käytettyjen C4I -menetelmien tutkimus: Matthew C.Pozid (2007)
  17. ^ KH Kunze: Robotti lentokoneen lentäjänä. Julkaisussa: Reclams Universum 51 (1934/35), numero 14, 3. tammikuuta 1935, s. 491–492 (4 kuvaa)
  18. ↑ Radio -lähetys Englanti 1947, History.com ( Memento 18. tammikuuta 2015 Internet -arkistossa )
  19. ↑ a b Flight and Aircraft Engineer No 2024 Vol LII, painos 9. lokakuuta 1947: G.Geoffrey Smith, Lontoo, käännetty englannista, PDF
  20. ↑ Gerald Taufretter: Lentäjien avuttomuus . Julkaisussa: Der Spiegel . Ei. 31 , 2009, s. 106-118 ( verkossa - 27. heinäkuuta 2009 ).
  21. ↑ a b c d e f g h Siviili -ilmailujärjestelmä: Ian Moir, Allan Seabridge, Professional Eng. Publishing UK 2003, s.273.
  22. ↑ a b Avioniikan periaatteet Avionics Communications 3. painos: Albert Helfrick, 2004
  23. ↑ a b c d e f g Lentokonetekniikka, 5. painos: Klaus Engmann, Vogel-Verlag 2005
  24. ↑ a b c Instrument Flying Handbook : FAA, Federal Aviation Administration, US Dep. kuljetuksesta. 2012 (käännetty englannista)
  25. ↑ a b D. Briere, P. Traverse: Airbus A320 / A330 / A340 sähköiset lennonohjaimet - Vikasietoisten järjestelmien perhe . Julkaisussa: IEEE (Toim.): FTCS-23 The Twenty-Third International Symposium on Fault-Tolerant Computing . 1993, ISSN  0731-3071 , doi : 10.1109 / FTCS.1993.627364 (englanti, ieee.org ).
  26. ↑ katso myös englanninkielinen Wikipedia

nettilinkit

Commons : Autopilotit  - kokoelma kuvia, videoita ja äänitiedostoja
Wikisanakirja: Autopilotti  - selitykset merkityksille, sanojen alkuperälle, synonyymeille, käännöksille