Автопилот – это устройство или программно-аппаратный комплекс, который может вести вверенное ему транспортное средство по заданной траектории. История автопилота началась с поддержания определённого курса полёта, но со временем развитие технологии позволило сделать самолёты, которые могут сами садиться и взлетать, поезда, которые ездят без участия машиниста, и робоавтомобили, которые уже скоро могут стать обычным делом на дорогах общего пользования.
Кадр из фильма «Аэроплан»
Летательные аппараты
Первая разработка в области автоматизации управления самолётом была сделана в США в 1912 году компанией Sperry Corporation. Автопилот помогал автоматически удерживать курс полёта и стабилизировать крен. Гидравлический привод с блоком, получающий сигналы от гирокопаса и высотомера, был связан с рулями высоты и управления. Устройство назвали «гироскопическим стабилизирующим аппаратом», его впервые установили на самолёт Curtiss C-2 и показали на выставке во Франции 18 июня 1914 года.В рамках демонстрации во время полёта оба пилота вылезли на крылья самолёта, чтобы показать способность летательного аппарата и продолжать полёт без ручного управления.
В СССР к теме автопилотов проявлялся большой интерес, о чём говорит издание «Основы теории автоматического пилотирования и автопилоты. Сборник статей». В книгу вошли переведённые статьи «Общая теория автоматического регулирования», «Автопилот Сименса для самолетов», «Гиропилот Сперри» и другие, описаны принципы автоматического пилотирования и конструкции автопилотов. Ознакомиться с книгой можно на одном известном ресурсе, который уже второй месяц пытаются заблокировать на территории России.
Применение автопилота необходимо не только для того, чтобы снизить нагрузку на живого человека во время управления, но и для управления торпедами и ракетами, когда пилота внутри них нет и не может быть (исключение есть - тип японских торпед под названием кайтэн , которыми управляли смертники).
В 1947 году американский военно-транспортный самолёт Douglas C-54 Skymaster, построенный на базе пассажирского DC-4, перелетел через Атлантический океан под управлением автопилота. И взлёт, и посадка были осуществлены в автоматическом режиме.
Douglas C-54
Смысл автопилота состоит в том, чтобы система поддерживала правильную ориентацию аппарата. В случае с самолётом ориентация в пространстве определяется тремя углами. Это угол тангажа - угол между продольной осью летательного аппарата и горизонтальной плоскостью, угол рыскания - угол поворота корпуса в горизонтальной плоскости, и угол крена - он возникает при повороте самолёта вокруг продольной оси.
Для сохранения ориентации необходимо её определить, и в этом помог гироскоп. Американский лётчик Элмер Сперри использовал его, чтобы сначала просто стабилизировать самолёт, а затем и создать автопилот в начале 1920-х годов. Если первый автопилот мог сохранять заданный режим полёта, то последующие системы управляли рулями и двигателями самолёта и могли не только летать без участия лётчика, но и взлетать и садиться.
Тангаж, рыскание и крен
Отличный пример раннего автопилота - немецкая баллистическая ракета дальнего действия «Фау-2», которую в конце Второй мировой войны принял на вооружение Вермахт. Ракета взлетала вертикально, после чего в действие вступала автономная гироскопическая система управления.
Но чрезмерное увлечение автопилотом привело к тому, что пилоты гражданской авиации в США стали допускать ошибки при ручном управлении. Они , и в результате исследований показывают неудовлетворительные результаты проверки лётных навыков. Это приводит к человеческим жертвам. Похожая проблема с автоматикой есть у офицеров военных кораблей флота США, они применяют GPS, но мало кто из курсантов умеет обращаться с секстантом.
И, конечно, существует огромное количество и дронов других типов, которые способны работать как под управлением оператора-пилота, так и самостоятельно и .
Рельсовый транспорт
В 1967 году в столице Великобритании открыли линию Лондон Виктория. Это была первая линия, на которой поезда управлялись с помощью системы Automatic Train Operation. После этого технологию ATO развивают, чтобы поезда могли ездить абсолютно без участия живых водителей в кабине или сотрудников на борту.
Королева Елизавета в поезде на линии Лондон Виктория, 1969 год
Разделяют четыре уровня «развитости» автоматизированных систем для рельсового транспорта. Одна из самых простых систем - это ATO в лондонской подземке, а самая сложная - в метро Копенгагена , где поезда движутся постоянно без водителей, сами открывают и закрывают двери, оперативно реагируют в экстренных случаях на, например, людей на рельсах. Кабины машиниста нет вовсе, и пассажиры наблюдают за движением через лобовое стекло. В центре управления работают всего пять операторов в смену, которые могут вмешаться в работу в экстренной ситуации, но по большей части контролируют работоспособность систем. Автоматика позволила перейти на круглосуточный режим работы, и метрополитен закрывается на одну ночь шесть раз в год для проведения капитального ремонта.
В декабре 2014 года Google представила . До этого компания показывала макет с неработающими фарами. В Google уверены, что робомобили .
Кроме Google над беспилотными автомобилями работает ряд крупных автопроизводителей. Например администрация шведского Гётеборга сотню беспилотных автомобилей к 2017 году на сумму 56,3 миллиона евро. в стране планируют запустить власти Японии. продажи беспилотных авто к 2020 году. Прототипы уже есть у Audi и Toyota, Tesla уже , а Ford
Раздел очень прост в использовании. В предложенное поле достаточно ввести нужное слово, и мы вам выдадим список его значений. Хочется отметить, что наш сайт предоставляет данные из разных источников – энциклопедического, толкового, словообразовательного словарей. Также здесь можно познакомиться с примерами употребления введенного вами слова.
Значение слова автопилот
автопилот в словаре кроссвордиста
Толковый словарь русского языка. С.И.Ожегов, Н.Ю.Шведова.
автопилот
А, м. Устройство для автоматического управления летательным аппаратом.
прил. автопилотный, -ая, -ое.
Новый толково-словообразовательный словарь русского языка, Т. Ф. Ефремова.
автопилот
м. Устройство, обеспечивающее автоматическое управление летательным аппаратом - самолетом, вертолетом и т.п. - во время полета.
Энциклопедический словарь, 1998 г.
автопилот
АВТОПИЛОТ (от авто... и франц. pilote - руководитель, вожак) устройство для автоматической стабилизации и управления полетом летательного аппарата. Сигналы текущего и требуемого положений аппарата в пространстве подаются в вычислительное устройство, которое выдает сигналы исполнительным механизмам, управляющим рулями или силовой установкой. Автопилот выполняет заданную программу полета, освобождая летчика от напряженной работы по управлению самолетом в длительных полетах.
Автопилот
(от авто... и франц. pilote ≈ водитель), устройство для автоматического управления летательным аппаратом (самолётом, вертолётом, управляемым снарядом и др.). Идея и схема А. были предложены К. Э. Циолковским в 1898. Впервые полёт самолёта, автоматически управляемый А. фирмы Сперри (США), был продемонстрирован на Всемирной выставке в Париже в 1914. Отечественный А. с пневматической исполнительной системой (АВП-1) был создан в 1932. Первоначально А. предназначался только для стабилизации угловых движений самолёта (движения относительно центра масс), что давало возможность выдерживать заданный режим полёта самолёта без участия лётчика. Усовершенствование А. позволило создать автоматизированную систему, которая производит управление летательным аппаратом не только относительно его центра масс, но также и его центром масс. Это дало возможность автоматизировать все режимы полёта летательного аппарата от взлёта до посадки. Такие А. автоматически управляют и рулями летатательного аппарата, и его двигателями. Они делают возможными полёты различных классов беспилотных летательных аппаратов (ракеты, самолёты-снаряды, искусственные спутники Земли и т.д.).
А. на самолёте состоит из ряда подобных по принципу действия автоматов (курса, продольно-поперечных кренов, скорости, высоты и др.), совместная работа которых управляет полётом и стабилизует его (рис. ). Чувствительные элемент каждого автомата измеряет один, определённый для него параметр режима полёта (например, или высоту, или курс), называется параметром регулирования, и вырабатывает сигнал, пропорциональный текущему значению параметра. Задатчик режимов полёта вырабатывает сигналы, каждый из которых соответствует требуемому значению определенного параметра регулирования. Эти сигналы сравниваются в вычислительном устройстве. Их разность (рассогласование) после усиления поступает на рулевую машинку А., отклоняющую соответствующий руль самолёта или орган управления двигателем. Так происходит изменение режима полёта. Когда этот режим достигает заданного, сигнал рассогласования исчезает, рулевая машинка прекращает движение и наступает положение равновесия. Устойчивость систем автоматического управления летательными аппаратами достигается как регулированием по производным от регулируемых параметров, так и отрицательной обратной связью соответствующих видов. Кроме автоматов, в А. входят системы управления и регулировки. Необходимую для работы А. энергию в виде электроэнергии или воздуха и масла под давлением доставляет двигатель самолёта.
Лит.: Боднер В. А., Теория автоматического управления полётом, М., 1964.
А. Л. Горелик.
Википедия
Автопилот
управления вертолётного автопилота АП-34
Примеры употребления слова автопилот в литературе.
Однако, по закону подлости, над Уралом отказал правый авиагоризонт, отключился курсовой канал автопилота , и мне пришлось крутить штурвал вручную до самой Самары и садиться там при низкой облачности по своему авиагоризонту.
Блейр запустил автопилот , открыл впускные отверстия и направился к первой точке прыжка.
Но на лайнере стоят мощные гидроусилители, которые помогают, независимо от того, управляет ли пилот штурвалом вручную или это делает автопилот .
Наконец, выбрав достаточно ровную и широкую излучину, на которой управление можно было доверить автоматике, он включил автопилот и позвал по внутренней связи Делони, не покидавшего стрелковую башню.
Разница в том, что на нашем автопилоте , когда в запарке тебе задали эшелон, ты переводишь самолет в набор и следишь, следишь, следишь, чтоб не проскочить.
Сани ударились об атмосферу, но Лаури не обращал внимания на гром и содрогание, поглощенный тем, что помогал автопилоту провести маленькую лодку вниз.
Видимо, распорядился насчёт Африки, так как тот отключил автопилот и взялся за штурвал управления.
Самолет стало подбалтывать, заволакивать облаками, и полковник вынужден был оставить недобритой намыленную щеку, отключить автопилот и обеими руками взяться за штурвал.
Джон Перри поставил плывуны на автопилот , и теперь лучи их прожекторов создавали зеленые конусы, пропадая в отдалении.
Покинув Пульман в три часа утра после разговора с Хан-Меерсом, он поставил свой реактивный геликоптер на автопилот и спал, пока не добрался до Абердина.
Аркадий вывернул на курс, включил автопилот и освободил руки, но Раскина уже закончила сообщение и отключила связь.
Затем поднялся в воздух, поставил машину на автопилот , который тут же поймал сигнал радио маяка Феррита, а сам задумался.
Молодец какой, - похвалил автопилота лейтенант Кнут Чиллер - капитан Фокса.
Собственно, его вообще не интересовал капитан его корабля, как никого никогда не интересует автопилот такси, доставляющий вас по адресу.
Когда колеса коснулись бетона, Аркадий отключил автопилот и повел машину в правый ряд, уменьшая скорость.
Автопилот - устройство или программно-аппаратный комплекс, ведущий транспортное средство по определённой траектории. Наиболее часто автопилоты применяются для управления летательными аппаратами, в связи с тем, что полёт происходит обычно в пространстве, не содержащем большого количества препятствий, а также для управления транспортными средствами, движущимися по рельсовым путям.
Идея и схема автопилота были предложены К. Э. Циолковским в 1898. Впервые полёт самолёта, автоматически управляемый автопилотом фирмы «Сперри» (США), был продемонстрирован на Всемирной выставке в Париже в 1914. Первоначально автопилот предназначался только для стабилизации угловых движений самолёта (движения относительно центра масс), что давало возможность выдерживать заданный режим полёта самолёта без участия лётчика. Усовершенствование автопилота позволило создать автоматизированную систему, которая производит управление летательным аппаратом не только относительно его центра масс, но также и его центром масс. Это дало возможность автоматизировать все режимы полёта летательного аппарата от взлёта до посадки. Такие автопилоты автоматически управляют как рулевой системой летательного аппарата, так и его силовыми установками. Создание автопилота сделало возможным полёты беспилотных летательных аппаратов (ракеты, авиа-БПЛА, искусственные спутники Земли и т. д.), позволив тем самым при опасных полетах отказаться от необходимости подвергать риску жизни человеческого экипажа.
Автопилот на самолёте состоит из ряда подобных по принципу действия автоматов (курса, продольно-поперечных кренов, скорости, высоты и др.), совместная работа которых управляет полётом и стабилизует его. Чувствительные элементы каждого автомата измеряет один, определённый для него параметр режима полёта (высоту, или курс, или тягу двигателей) - он называется параметром регулирования. И автоматический блок вырабатывает сигнал, пропорциональный текущему значению параметра. Задатчик режимов полёта вырабатывает сигналы, каждый из которых соответствует требуемому значению определенного параметра регулирования. Эти сигналы сравниваются в вычислительном устройстве. Их разность (рассогласование) после усиления поступает на рулевую машинку автопилота, отклоняющую соответствующий руль самолёта или орган управления двигателем при помощи сервомоторов. Так происходит изменение режима полёта. Когда этот режим достигает заданного, сигнал рассогласования исчезает, рулевая машинка прекращает движение и наступает положение равновесия. Устойчивость систем автоматического управления летательными аппаратами достигается как регулированием по производным от регулируемых параметров, так и отрицательной обратной связью соответствующих видов. Кроме автоматики, в автопилот входят системы управления и регулировки.
Хотя современный автопилот позволяет автоматизировать все этапы полета, тем не менее, взлет и посадка, в связи с большим количеством технических сложностей данных этапов, фактически производятся вручную экипажем самолёта.
Современные автопилоты включают в себя попимо классического авиационного автопилота также и системы пилотирования всевозможных автоматических шагающих, колесных и крылатых роботов, и развивающиеся системы автоматического пилотирования автомобилей в условиях шоссе.
Зарождение авиастроения много чего изменило в конструкции самолетов и их управлении. Еще 20-30 лет назад такой прибор, как автопилот, был неизвестен практически никому. За эти годы ситуация в корне изменилась. Большую часть полета управление огромными пассажирскими авиалайнерами осуществляют именно автопилоты. Можно сказать, что пилот активно участвует только на рулении и взлете, после чего передает управление системе. Также нужно вмешательство пилота при посадке судна. Бортовой компьютер самолетов значительно упрощает задачи в управлении и контроле.
Пилоты современных моделей «Эйрбаса» часто шутят, что для управления новыми моделями пассажирских лайнеров достаточно собаки и одного человека. Собака необходима, чтобы кусать пилота, чтобы тот не тянулся к рычагам и кнопкам управления, а человек нужен для того, чтобы кормить пса. Конечно же, это шутка, которая появилась за счет современных систем управления, таких как fly-by-wire, иными словами, это радиодистанционное управление аппаратом. Оно позволяет обеспечить передачу сигналов от самого пилота к механизмам лайнера в виде электрических сигналов. Это значит, что вместо использования старой гидравлики пилоты осуществляют управление, посылая сигналы через компьютер к отдельным механизмам машины.
Что же такое автопилот в широком понимании данного термина? Это программно-аппаратная система, которая имеет возможность вести транспортное средство по заданному маршруту. С каждым годом инноваций становится все больше во многих отраслях транспортного строения. Все же лидирующие позиции занимает воздушный транспорт.
Автопилот самолета создан для стабилизации всех параметров полета судна и ведения по заданному курсу. При этом соблюдается установленная пилотом скорость и высота полета. Перед тем как переводить летательный аппарат на режим автопилота, необходимо создать четкий полет без скольжения или завала машины. После стабилизации самолета по всем плоскостям можно производить включение системы автоматического управления, но при этом необходимо проводить регулярный контроль показателей. Стоит отметить, что и военные самолеты имеют такие системы.
Более сложные в своей конструкции и надежные автопилоты начали устанавливаться на отечественные самолеты с конца 70-х годов.
Краткая история создания автопилота
Первый автопилот в мире был создан еще в далеком 1912 году. Изобретение принадлежит американской компании Sperry Corporation, которая смогла создать систему, удерживающую самолет на заданной траектории, при этом стабилизируя крен. Это было достигнуто за счет связи высотометра и компаса с рулями направления и высоты. Связь была настроена за счет использования блока и гидравлического привода.
На схеме показано, как работает типичный автопилот.
Заранее рассчитанные параметры полета вводятся в компьютеры самолета (1).
После взлета автопилот вступает в действие.
Два дисплея(2)показывают положение самолета, его предполагаемый маршрут и высоту.
Изменение положения маленьких заслонок(3) на наружной поверхности самолета оповещает компьютеры о малейшем изменении в ориентации самолета.
Для определения положения используется глобальная система навигации (ГСН) (4).
Приемник расположен на верхней части корпуса (5).
Компьютеры следят за маршрутом и автоматические производят необходимые изменения посредством сервомеханизмов (6),
которые управляют рулем (7),
рулями высоты (8),
элеронами (9),
закрылками (10)
и настройкой дросселей двигателей (11)
При необходимости пилот может в любой момент отключить автопилот и перейти к ручному управлению (12)
Начиная с 30-х годов 20 века, автопилотами начали оснащать некоторые пассажирские авиалайнеры. Новый виток в развитие автоматических систем управления внесла Вторая мировая война, которая требовала подобных технологий для дальних бомбардировщиков. Впервые полностью автоматический полет через Атлантику, включая посадку и взлет, осуществил самолет C-54, принадлежавший США. Это произошло в 1947 году.
Современный этап развития автоматизированных систем управления самолетами достиг качественно нового уровня. На сегодняшний день лайнеры комплектуются системами ВБСУ или САУ. Система автоматического управления «САУ» осуществляет качественную стабилизацию судна на маршруте и в пространстве. Совокупность агрегатов системы позволяет управлять аппаратом на всех этапах полета. Самые современные разработки позволяют осуществлять полет в так называемом штурвальном режиме, это позволяет максимально облегчить работу пилота, минимизировать его вмешательство. Такие системы самостоятельно стабилизируют самолет от сноса, скольжения или болтанки, могут переходить даже на критические режимы полета, при этом очень часто игнорируя действия пилотов.
Автопилот самолета ведет аппарат по заданному маршруту, при этом используется комплексная информация навигационных приборов собственных и наземных датчиков, которые проводят анализ полета. Данная система проводит управление всеми агрегатами летательного судна. Также работают траекторные системы, которые проводят заход на посадку с высокими показателями точности без каких-либо действий пилотов.
Управляющие устройства в стандартном их виде (рычаги, педали) практически не используются. Высокая степень автоматизации довела управление до подачи электрических импульсов ко всем частям самолетов без применения гидравлики в системе управления. Электромеханические приборы управления позволяют воссоздать более привычные условия пилотам. В кабинах пилотов все чаще устанавливаются боковые рычаги управления по типу «сайдстик».
Проблемы автоматического управления самолетами
Конечно же, первоочередной и самой главной проблемой при создании автопилотов является сохранение безопасности полета. В большинстве старых автоматических систем управления пилот имеет возможность в любое время произвести срочное отключение автопилота и перейти на ручное управление. При нарушении или поломке автопилота крайне необходимо отключение системы обычным способом или механическим. В аппарате Ту-134 возможно проведение «отстрела» автопилота установленным пиропатроном. При разработке автопилота тщательно продумываются варианты его отключения в случае поломки без вреда для полета.
Для повышения безопасности автоматика управления работает в многоканальном режиме. Параллельно могут работать сразу четыре системы пилотирования с одинаковыми параметрами и возможностями. Также система проводит постоянный анализ и мониторинг входящих информационных сигналов. Полет осуществляется на основе так называемого метода кворумирования, который состоит из принятия решения по данным большинства систем.
В случае поломки автопилот способен самостоятельно выбрать дальнейший режим управления. Это может быть переключение на другой канал управления или передача управления пилоту. Для проверки работы систем необходимо проводить так называемый предполетный прогон систем. Данный тест состоит из запуска пошаговой программы, которая подает имитацию сигналов полета.
Все же ни одна проверка не позволяет достичь 100%-й гарантии безопасности и работы в полете. Из-за нестандартных ситуаций в воздухе могут возникать дополнительные проблемы с автоматикой управления. Некоторые автопилоты имеют различные программы, которые позволяют наиболее безопасно проводить полет соответствующего авиалайнера.
Все же полет на одном автопилоте без человеческого фактора очень опасен и практически невозможен. Можно сделать один логический вывод, что чем «умнее» самолет и сложнее его конструкция, тем меньше шансов на полет без человеческого вмешательства. Чем больше новых автоматизированных систем используется, тем значительнее возрастают шансы на их отказ в полете. Просчитать все варианты отказа практически невозможно. Именно поэтому навыки пилота останутся востребованными постоянно, поскольку каждый летчик проходит очень большой путь к управлению пассажирскими лайнерами. Соответственно, навыки и быстрое принятие решений остаются более важными, нежели действия компьютерных программ.
Самые современные системы автоматического управления типа fly-by-wire позволили значительно снизить общую массу конструкции самолета. При этом надежность бортовых систем возросла в разы. Оборудование реагирует без промедлений, а также способно исправлять ошибки, вызванные человеческим фактором при управлении. Это говорит о том, что система не позволит пилоту завести машину в опасную для нее и пассажиров на борту ситуацию. Современные самолеты типа Airbus перестали комплектоваться стандартными рычагами и педалями управления, вместо этого устанавливаются джойстики. Все это позволяет пилотам не задумываться над тем, какую команду и как необходимо передать отдельному агрегату. Не нужно продумывать угол отклонения элеронов или закрылок, достаточно наклонить джойстик управления – и компьютер сделает все сам.
Все же, несмотря на всю радужную картину, по вине автопилотов произошло немало крушений и аварий, которые привели к человеческим жертвам. История авиакатастроф по вине автоматических систем управления, к сожалению, очень богата фактами ненадежности таких систем.
§ 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.