Автопилот

Блок управления автопилотом приборной панели Боинг-747

Автопилот — устройство или программно-аппаратный комплекс, ведущий транспортное средство по определённой, заданной ему траектории. Наиболее часто автопилоты применяются для управления летательными аппаратами (в связи с тем, что полёт чаще всего происходит в пространстве, не содержащем большого количества препятствий), а также для управления транспортными средствами, движущимися по рельсовым путям. Современный автопилот позволяет автоматизировать все этапы полёта 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 1930-х годах автопилоты уже устанавливались на некоторые самолёты — в первую очередь, пассажирские лайнеры.

В ходе Второй Мировой войны возросшие требования к авиатехнике (в первую очередь, к бомбардировщикам, соверщающим многочасовые дальние полёты) привели к разработке более совершенных автопилотов.

В 1947 году самолёт C-54 ВВС США совершил трансатлантический перелёт полностью под управлением автопилота (включая взлёт и посадку).

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-5 - стоял на Ил-28, ранних Ту-16 и Ту-104

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-7 - Ту-22, Ту-128

АП-15 - Ту-95, Ту-114, Ту-142

АП-28 - автопилот изготавливался в нескольких модификациях, а также в варианте с электрическими или гидравлическими рулевыми машинами. Применяется на ряде типов самолётов: Як-28, Ан-10, Ан-12, Ан-24, Ан-26, Ан-30 и др.

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.

и др.

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.

Литература

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