Системы автопилота для автомобилей. Автопилот 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.

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.

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.

Или движения другого транспортного средства.

Автопилот в авиации

История разработки и внедрения автопилота в авиации

В современной авиации

Проблемы систем автопилотирования

Имелся случай отказа одного из датчиков отклонения штурвала (блока синусно-косинусных трансформаторов перекрёстного сигнала - самолёт после уборки закрылков самопроизвольно заваливался в крен) при перелёте самолёта Ту-22М2 с запада на восток СССР. В связи с невозможностью определить и локализовать неисправность на промежуточном аэродроме посадки экипаж принял решение выключить питание АБСУ-145 и управлять самолётом полностью в ручном режиме. Полёт завершился благополучно, но экипаж получил массу эмоций - оказалось, что разница в управлении с автоматикой и без неё огромна, без АБСУ этот самолёт в принципе неустойчив и неуправляем.

Автопилот в других транспортных средствах

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.

Примечания

Литература

Боднер В. А. Теория автоматического управления полётом, М., 1964.
Справочник по авиационному оборудованию (АиРЭО)

Как-то у Ричарда Бренсона, основателя Virgin Airlines, спросили:
- Вы все время экономите на всем. Что дальше – вы посадите в кабину одного пилота вместо двух?
- Дальше мы вообще уберем из кабины пилотов.

«Да что там сложного, включил автопилот – и спи». Это любимый аргумент диванной гвардии в разговорах об авиации, после которого неизбежно следует глубокое умозаключение «непонятно, за что им такие деньги платят». А может, и правда полет на самолете такая простая штука, что нет никакого смысла проходить долгое и сложное обучение на пилота самолета , досконально разбираться, как летает самолет , постоянно подтверждать квалификацию, учить английский и трястись от страха накануне ВЛЭК, раз уж кабина современного авиалайнера оборудована волшебной кнопкой «автопилот»?

Автопилотом управляет пилот

Дл начала придется осознать, что волшебной кнопки нет. Вместо нее – целая панель датчиков, тумблеров, переключателей, лампочек и километры проводов, соединяющих все это хозяйство с узлами и агрегатами самолета. Без участия человека они таки останутся стеклом, пластиком и металлом. Поэтому управляет автопилотом пилот. Как бы странно это не звучало.

Но прежде чем нажать заветную кнопку, нужно как минимум рассчитать количество топлива с учетом числа пассажиров, груза, погоды, возможности уйти на запасной аэродром «если что», узнать, где вообще есть такие аэродромы на всем протяжении полета, и постоянно держать их в голове, убедиться в работоспособности всех систем, запросить у диспетчера разрешение на руление (а в загруженных международных аэропортах на рулежках пробки порой похлеще городских), докатиться до полосы, еще раз все перепроверить, взлететь, держа в голове необходимость в любой момент немедленно прекратить взлет, набрать высоту и только после этого, заняв эшелон, может быть, перевести управление самолетом в автоматический режим. Это, если погода идеальна и нет необходимости обходить грозовые облака, что бывает довольно редко.

«Полет на самолете в автоматическом режиме» в данном случае будет означать, что пилот выставил определенные значения скорости и высоты. Если условия поменяются, и высоту необходимо будет сменить, автопилот об этом сам не узнает. Мало того, современный автопилот имеет несколько режимов работы, и разные команды пилота не должны противоречить друг другу. Можно, например, задать высоту 10000 футов, но включить режим снижения, и самолет послушно полетит вниз. Он, конечно, будет истошно верещать и пищать, но сам ничего не предпримет, потому что набор лампочек, кнопочек и проводов не знает, как летает самолет .

При грамотном обращении автопилот существенно облегчает жизнь экипажа, беря на себя рутинную часть работы, но высокую зарплаты летчики получают точно не за это. Это все равно, что обижаться на журналистов, что они пишут тексты на компьютере, а не гусиным пером.

Про гусиные перья или почему пилот самолета будет всегда необходим

В книге советского писателя и летчика-истребителя Анатолия Маркуши есть замечательная сцена. Девушка пеняет своему молодому человеку, что он выбрал неправильную профессию, так как пилоты скоро станут не нужны.

Это было более полувека назад. Телевидение, к слову, грозившееся «убить» театр и кино, изобрели позже автопилота, а искусство Мельпомены все живет и живет. Что уж говорить про такую тонкую материю как полет на самолете.

Первый автопилот был разработан американской корпорацией Sperry Corporation аж в 1912 году. А в 30-е годы уже многие пассажирские лайнеры оборудовались системами, позволяющими автоматически удерживать курс и выравнивать крен относительно земли.
В 1947 году Douglas C-54 ВВС США перелетел через Атлантику в полностью автоматическом режиме, включая взлет и посадку.

Как ни странно, но если в других сферах техническое совершенство способствует прогрессу, в авиации пока все наоборот. Чем сложнее, больше, комфортнее и «умнее» самолет, тем меньше шансов, что когда-нибудь он полетит сам. Чем технологичней начинка, тем выше вероятность отказа каждой ее составляющей, а чем больше такой начинки, тем больше возможных комбинаций отказов, просчитать которые не в состоянии ни один компьютер.

Вот почему грамотный пилот самолета, обученный пилотированию «на руках», последовательно прошедший все этапы подготовки – от маленькой Цессны до авиалайнера – будет востребованы всегда.

«Взлет опасен, полет прекрасен, посадка трудна»

Это еще Михаил Громов – тот самый, который в 1937 году в компании с Юмашевым совершил беспосадочный перелет Москва – Северный полюс – США - говорил. Даже далекие от авиации люди, не осознавая толком, как летает самолет , понимают, что просто так с высоты 10 тысяч метров он не упадет. Чаще всего авиакатастрофы случаются на взлете и посадке. То есть той части полета, справляться с которой автопилот пока не очень умеет.

Да, уже давно созданы системы, способные поднимать и сажать самолет в полностью автоматическом режиме, но надо понимать, что такие самолеты требуют практически лабораторных условий. Во-первых, идеальная погода – ветер не более 10 м/с, никакого дождя, льда, снега или грозы. Во-вторых, аэропорт, оборудованный так называемой ILS (Instrumental Landing System) – системой автоматического захода на посадку.

Грубо говоря, это совокупность маяков и датчиков, с помощью которой полет на самолете может осуществляться буквально вслепую. Позволить себе такое оборудование могут только очень крупные международные хабы в развитых странах. С другой стороны, в развитые страны обычно очень много желающих прилететь, а чем больше в воздухе самолетов в единицу времени, тем выше вероятность сбоя системы ILS из-за перегруженного всевозможными радиоволнами и датчиками пространства. Замкнутый круг.
Тем не менее, разговоры о том, что скоро автоматика вытеснит из кабины живых пилотов, не умолкают.

5 причин, почему в обозримом будущем этого точно не произойдет

- Отсутствие необходимой инфраструктуры. Посадка на автопилоте при нулевой горизонтальной и вертикальной видимости (например, в плотный туман) разрешается только в аэропортах, сертифицированных по III категории ИКАО. Сертификация эта не то чтобы сложно реализуемая технически, но очень дорогая. Вкладывать такие деньги в полтора километра бетонки, построенные еще английскими колонизаторами (либо розовощекими строителями коммунизма, в зависимости от географии) экономически не выгодно. А экономика в современной авиации решает если не все, то многое.

Радиообмен. На протяжении всего маршрута борт сопровождают авиадиспетчеры на земле. А земля большая и разная. Принято считать, что универсальным языком в авиации считается английский, но любой пилот с опытом международных полетов скажет, что в каждой стране он свой. Классикой жанра в этом плане считается «китайский английский», разобрать который с непривычки практически невозможно. Машина с подобным точно не справится, а вот человек умеет приспосабливаться ко всему.

Интуиция умноженная на опыт. Авиастроители в комплект к самолету всегда прилагают руководство по эксплуатации и карты действий в аварийных ситуациях. Так вот, двойные (тройные и т.д.) отказы в них не предусмотрены. Точнее предусмотрены, но с формулировкой «экипаж сам определяет последовательность действий, исходя из своего опыта, знаний и сложившейся обстановки». У автопилота своих знаний нет, а компьютер, который мог бы просчитать все комбинации ситуаций, если и возможен в теории, то в жизни будет весить как три самолета.

Дороговизна. Та же кофеварка, что в магазине «Все для дома» стоит сотню долларов, на борту бизнес-джета будет стоить тысяч десять. Не потому что «крутизна дороже денег», а потому что она обязана соответствовать международным требованиям безопасности для бортового оборудования. Что уж говорить про оборудование, которое отвечает за жизнь пассажиров? Тарифы на авиабилеты при этом будут такими, что гражданская авиация потеряет вообще весь смысл своего существования.

Психология пассажиров. Это самое простое и самое сложное одновременно. Много найдется в мире людей, готовых отдать свои кровные за полет на самолете без пилота? Особенно, если билет этот стоит дороже, чем экспедиция на МКС?

Мечтать приятно, а фантазировать легко. Возможно, когда-нибудь человечество и достигнет такого расцвета, что воспитает искусственный интеллект и построит совершенную ILS-инфраструктуру в самых отдаленных уголках Земли. А пока у нас даже газ с канализацией не везде есть, качественно подготовленный пилот самолета , обучение которого проходило в приближенных к земным реалиях условиях – с живыми примерами, в разных погодных условиях, с необходимостью мгновенно принимать решения головой, а не автопилотом, работу всегда найдет. По крайне мере на ближайшие 100-200 лет.