Pilotul automat pentru controlul vitezei de zbor prin intermediul tracțiunii motorului pentru un avion de vânătoare

Capitolul 1

Introducere

Pentru zborul pe o traiectorie prestabilită avionul este supus permanent unor comenzi care vizează realizarea corecţiilor necesare urmăririi traiectoriei. Aceste corecţii sunt realizate fie de către pilotul uman sau de către sistemul de comandă automată a zborului (AFCS-Automatic Flight Control System). Utilizarea sistemului de comandă automată a zborului are următoarele avantaje:

1. Imbunătăţirea timpului de răspuns la comenzi;

2. Mai bună precizie în umărirea unor comenzi sau traiectorii prestabilite;

3. Atenuarea efectului unor perturbaţii care afectează zborul avionului.

Un pilot automat este un sistem mecanic, electric sau hidraulic folosit pentru a ghida un vehicul fără asistenţă de la o fiinţă umană. Un pilot automat se poate referi în special la avioane; la auto-direcţie pentru bărci sau la sistemele de orientare pentru navete spatiale si rachete. La primele avioane era necesara atenţia continuă a pilotului în scopul de a zbura, acesta neputandu-se concentra pe condiţiile de siguranţă. O data cu cresterea gamei avioanelor, a crescut si numarul de ore al unui zbor. Acest lucru necesita atentia continua din partea pilotului ducand la probleme grave de oboseala. Un pilot automat este conceput pentru a efectua o parte din sarcinile unui pilot.

Primul pilot automat pentru avion a fost dezvoltat de Sperry Corporation în 1912. Pilotul automat conecta un indicator giroscopic, busola si giroorizont de sistemul hidraulic care actiona profundorul si palonierul. Acest lucru permitea aeronavei sa zboare in linie dreapta si la acelasi nivel reducand astfel volumul de munca a pilotului.

Continuarea dezvoltarii pilotul automat a dus la dezvoltarea algoritmilor de control si a servomecanismelor hidraulice. De asemenea, includerea unor instrumente suplimentare, cum ar fi ajutoarele de radio-navigaţie au făcut posibil zburul în timpul nopţii şi în vreme meteorologica nefavorabila. În 1947, un US Air Force C-53 a făcut un zbor complet transatlantic, inclusiv decolare şi aterizare sub controlului unui pilot automat.

Nu toate aeronavele de pasageri care zboară in ziua de azi au un sistem de pilot automat. Doar avioanele care au mai mult de 20 de locuri sunt obligate prin reglementarile aeronautice internationale sa aiba instalat pilotul automat.

Pilotii automati în aeronave moderne complexe sunt pe trei axe şi împart, în general, un zbor în: rulare pe pista, decolare, urcare, nivel, coborâre, apropiere şi fazele de aterizare. Toate aceste etape s-au automatizat mai putin rularea pe pistă. O aterizare cu pilot automat controlat pe o pistă şi controlul aeronavei pe lansare (adică păstrarea în centrul pistei) este cunoscut ca o aterizare CAT IIIb sau Autoland, disponibile in ziua de azi pe multe aeroporturi, mai ales la aeroporturile care au probleme meteorologice, cum ar fi ceaţă. Aterizarea si rularea pana la poziţia de parcare a aeronavelor este cunoscut ca CAT IIIc. Acest lucru nu este folosit în prezent, dar poate fi folosit în viitor. Pilotul automat este de asemenea o componentă integrata a unui sistem de management al zborului.

Pilotii automati moderni folosesc programe pe calculator pentru a controla avionul. Software-ul citeşte poziţia curentă a aeronavei, şi controlează Flight Control System pentru a ghida aeronava. Într-un astfel de sistem modern, pe langa controlul de zbor clasic, pilotul automat controleaza forţa de tracţiune pentru a optimiza viteza de aer si combustibil şi pentru a trece la rezervoare diferite pentru a echilibra aeronava. Deşi pilotii automati nu pot gestiona situaţii noi sau periculoase, ele zboară, în general, cu un consum de combustibil mai mic decât un pilot uman.

O trasatura caracteristica a dezvoltarii construcuctiilor de aparate de zbor o constituie automatizarea partiala sau a conducerii zborului. In perioada initiala dezvoltarii constructiei de avioane, singurul mijloc de conducere a zborului il constituia comanda manuala (pilotarea) acestuia.

Studiul problemelor legate de procesul de comanda automata a aparatelor de zbor, trebuie sa tina seama de comanda manuala a acestora, de aparatul de zbor ca obiectul comandat, pentru a ne convinge pe de o parte de necesitatea automatizarii conducerii aparatului de zbor si pe de alta parte pentru a stabili ce sisteme automate de comanda sunt necesare pentru echiparea avioanelor moderne.

Pilotul automat este un echipament obligatoriu la bordul avioanelor moderne, prezenta lui fiind pe deplin justificata. Avem in vedere in acest sens, ca volumul mare de informatii vehiculate la bodul si variatia lui rapida depaseste posibilitatea fiziologica de reactie si decizie a pilotului.

Aparatelor de zbor moderne li se impun astazi caracteristici de zbor anterioare (viteza, altitudine, etc) care conduc la forme si structuri de aparate care privite ca obiecte la comanda, se gasesc la limita domeniului de stabiliatea. Din acest motiv automatele de conducere a zborului sau pilotii automati au un rol insemnat in interactiunea dintre om si automat (pilot-automat), pilotul automat fiind acela care asigura calitatile necesare sistemului de comanda automata a zboului, si faciliteaza zboul in conditii vizibilitate si fiabilitate.

In functie de regimul de zbor comandat, pilot-automat poate avea unul sau mai multe circuite (canale) de reglare automata care pot fi autonome sau cu legaturi inter canalele stabilite de legea de conducere (reglare).

Proprietatile dinamice ale aparatelor (stabilitatea, amortizarea miscarilor si manevrabilitate) nu sunt intotdeauna satisfacatoare, iar in incecarile de a le imbunatatii prin modificari constructive, duc la inrautatirea formelor aerodinamice. Din acest motiv se poate pune problema obtinerii unor procese dinamice de calitate cu asigurarea stabilitatii si manevrabilitatii aparatelor de zbor prin folosirea sistemelor automate de comanda, fara a inrautati caracteristicilor lor aerodinamice.

Sistemele automate trebuie sa limiteze influenta perturbatiilor exterioare, care . aparatelor de zbor fara pilot automat , fortele si momentele perturbatoare care provoaca sarcini daunatoare, inacalzirii nedorite.

In diferite conditii de zbor si pentru diverse regimuri de zbor sunt necesare actiuni de comanda diferite. Pentru a obtine calitatea dorita a procesului tranzitoriu trebuie ca acesti parametrii sa se modifice corespunzator cu variatia conditiilor exterioare. Cu alte cuvinte sistemele de comanda automata trebuie sa se adapteze la conditiile de zbor, adica sa fie autoadaptive.

Conducerea automata a zborului aeronavelor se realizeaza prin comanda parametrilor regimului de zbor cum sunt coordonatele unghiulare si liniare, vitezele si aceleratiile.

Din punct de vedere al functionarii acestor sisteme de comanda automata de conducere putem intalni sisteme de amortizare, de stabilizare, de comanda a miscarilor de rotatie a aparatelor de comanda a vitezei si inaltimii de zbor de dirijare pe traiectorie.