Hoe Autopilot Werkt

{h1}

Autopilot is een geavanceerd systeem dat dezelfde taken kan uitvoeren als een piloot. Lees meer over de automatische piloot en ontdek hoe de automatische piloot een vliegtuig bestuurt.

In 1931 vloog de Amerikaanse vliegenier Wiley Post zijn eencilinder Lockheed Vega - de "Winnie Mae" - over de hele wereld in een record van acht dagen, 15 uur en 51 minuten. Post had een navigator met de naam van Harold Gatty om hem alert te houden en vermoeidheid te bestrijden op die historische vlucht. Maar toen Post de eerste persoon werd die solo over de wereld vloog in 1933, moest hij alles doen zonder een extra paar handen. Het geheim van zijn succes, of op zijn minst een van zijn geheimen, was simpel autopilot die stuurde het vliegtuig terwijl hij rustte.

Vliegtuig afbeeldingengalerij

Tegenwoordig zijn stuurautomaten geavanceerde systemen die dezelfde taken uitvoeren als een hoog opgeleide piloot. Voor sommige routines en procedures tijdens de vlucht zijn stuurautomaten zelfs beter dan een paar menselijke handen. Ze maken vluchten niet alleen vloeiender - ze maken ze veiliger en efficiënter.

In dit artikel zullen we kijken hoe autopiloten werken door hun belangrijkste componenten te onderzoeken, hoe ze samenwerken - en wat er gebeurt als ze falen.

-

Videogallerij: vliegtuigen

Dit NASA Destination Tomorrow-segment legt uit hoe de Wright Brothers met succes een gecontroleerde vlucht bereikten.

Aangezien het passagiersverkeer de komende 20 jaar naar verwachting bijna zal verdrievoudigen, zal de Airbus A380 het grootste passagiersvliegtuig op de markt zijn. Zie hoe vliegtuigen werken in deze video van MediaLink.

Japan Airlines was een van de eerste bedrijven die GE's recordbrekende vliegtuigmotoren hebben ontvangen, die de manier waarop we allemaal het vriendelijke luchtruim laten vliegen, veranderen. Zie hoe vliegtuigmotoren in deze video van GE werken.

Stuurautomaten en luchtvaartelektronica

Hoe Autopilot werkt: piloot

Automatische piloten, of automatische piloten, zijn apparaten voor het besturen van ruimtevaartuigen, vliegtuigen, waterscooters, raketten en voertuigen zonder constant menselijk ingrijpen. De meeste mensen associëren stuurautomaten met vliegtuigen, dus dat zullen we in dit artikel benadrukken. Dezelfde principes zijn echter van toepassing op stuurautomaten die elk type vaartuig besturen.

In de wereld van vliegtuigen wordt de stuurautomaat nauwkeuriger beschreven als de automatisch vluchtregelsysteem (AFCS). Een AFCS maakt deel uit van een vliegtuig avionica - de elektronische systemen, apparatuur en apparaten die worden gebruikt om de belangrijkste systemen van het vliegtuig en zijn vlucht te bedienen. Naast vliegbesturingssystemen omvat elektronische avionica elektronica voor communicatie, navigatie, botsingsvermijding en weer. Het oorspronkelijke gebruik van een AFCS was piloothulp tijdens saaie vluchtstappen, zoals cruises op grote hoogte. Geavanceerde stuurautomaten kunnen veel meer doen, zelfs zeer nauwkeurige manoeuvres uitvoeren, zoals het landen van een vliegtuig in omstandigheden van nul zichtbaarheid.

Hoewel er een grote diversiteit is in stuurautomaatsystemen, kunnen de meeste worden geclassificeerd op basis van het aantal onderdelen of oppervlakken dat ze besturen. Om deze discussie te begrijpen, helpt het om bekend te zijn met de drie basisbedieningsoppervlakken die van invloed zijn op de houding van een vliegtuig. De eerste zijn de liftenDit zijn apparaten aan de staart van een vlak dat de toonhoogte regelt (het zwaaien van een vliegtuig rond een horizontale as loodrecht op de bewegingsrichting). De roer bevindt zich ook op de staart van een vlak. Wanneer het roer naar stuurboord (rechts) wordt gekanteld, draait het vliegtuig - op een verticale as - in die richting. Wanneer het roer naar bakboord (links) is gekanteld, draait het vaartuig in de tegenovergestelde richting. Tenslotte, rolroeren aan de achterkant van elke vleugel rol je het vliegtuig van links naar rechts.

Stuurautomaten kunnen een of meer van deze oppervlakken besturen. EEN eenassige stuurautomaat beheert slechts één set bedieningselementen, meestal de rolroeren. Dit eenvoudige type automatische piloot staat bekend als een "vleugel leveller" omdat het, door het bedienen van de rol, de vleugels van het vliegtuig op een gelijkmatige kiel houdt. EEN twee-assige automatische piloot beheert liften en rolroeren. Eindelijk, a drieassige stuurautomaat beheert alle drie basisbesturingssystemen: rolroeren, liften en roer.

Wat zijn de basisonderdelen van een automatische piloot waarmee deze de controle over deze oppervlakken kan uitoefenen? We zullen het antwoord op die vraag in het volgende gedeelte onderzoeken.

-

Stuurautomaatonderdelen

Hoe Autopilot werkt: vliegtuig

Het hart van een modern automatisch vluchtbesturingssysteem is een computer met verschillende supersnelle processoren. Om de intelligentie te verzamelen die nodig is om het vlak te besturen, communiceren de processors met sensoren op de belangrijkste besturingsoppervlakken. Ze kunnen ook gegevens verzamelen van andere vliegtuigsystemen en -apparatuur, waaronder gyroscopen, versnellingsmeters, hoogtemeters, kompassen en vliegsnelheidsindicatoren.

De processors in de AFCS nemen vervolgens de invoergegevens en vergelijken deze met complexe berekeningen met een reeks besturingsmodi. Een besturingsmodus is een instelling die door de piloot is ingevoerd en die een specifiek detail van de vlucht definieert. Er is bijvoorbeeld een regelmodus die bepaalt hoe de hoogte van een vliegtuig zal worden gehandhaafd. Er zijn ook controlemodi die de vliegsnelheid, koers en vliegbaan handhaven.

Deze berekeningen bepalen of het vliegtuig de opdrachten uitvoert die zijn ingesteld in de besturingsmodi. De processors sturen vervolgens signalen naar verschillende servomechanisme units. Een servomechanisme, kortweg servo, is een apparaat dat op afstand mechanische controle biedt. Eén servo bestaat voor elk regeloppervlak dat is opgenomen in het stuurautomaatsysteem. De servo's nemen de instructies van de computer en gebruiken motoren of hydraulica om de bedieningsoppervlakken van het voertuig te verplaatsen, zodat het vliegtuig zijn juiste koers en houding behoudt.

De bovenstaande illustratie laat zien hoe de basiselementen van een stuurautomaatsysteem gerelateerd zijn.Voor de eenvoud wordt slechts één bedieningsoppervlak - het roer - getoond, hoewel elk regeloppervlak een vergelijkbare opstelling zou hebben. Merk op dat het basisschema van een automatische piloot eruitziet als een lus, waarbij sensoren gegevens naar de stuurautomaatcomputer sturen, die de informatie verwerkt en signalen naar de servo stuurt, die het besturingsoppervlak verplaatst, wat de stand van het vlak verandert, waardoor een nieuwe dataset in de sensoren, die het hele proces opnieuw start. Dit type feedbacklus staat centraal in de werking van stuurautomaatsystemen. Het is zo belangrijk dat we gaan onderzoeken hoe feedbacklussen werken in de volgende sectie.

De uitvinding van Autopilot

Beroemde uitvinder en ingenieur Elmer Sperry patenteerde het gyrokompas in 1908, maar het was zijn zoon, Lawrence Burst Sperry, die als eerste een dergelijk apparaat in een vliegtuig met een vlucht testte. De autopiloot van de jongere Sperry gebruikte vier gyroscopen om het vliegtuig te stabiliseren en leidde tot veel vliegende primeurs, waaronder de eerste nachtvlucht in de geschiedenis van de luchtvaart. In 1932 ontwikkelde de Sperry Gyroscope Company de automatische piloot die Wiley Post zou gebruiken tijdens zijn eerste solo-vlucht over de hele wereld.

Besturingssystemen voor stuurautomaat

Hoe Autopilot werkt: autopilot

Een stuurautomaat is een voorbeeld van een controle systeem. Besturingssystemen passen een actie toe op basis van een meting en hebben bijna altijd een impact op de waarde die ze meten. Een klassiek voorbeeld van een besturingssysteem is het negatieve feedbacklus die de thermostaat in uw huis bestuurt. Zo'n lus werkt als volgt:

  1. Het is zomer en een huiseigenaar zet zijn thermostaat op de gewenste kamertemperatuur, bijvoorbeeld 78° F.
  2. De thermostaat meet de luchttemperatuur en vergelijkt deze met de vooraf ingestelde waarde.
  3. Na verloop van tijd zal de hete lucht buiten het huis de temperatuur in het huis verhogen. Wanneer de temperatuur binnen de 78° F is, stuurt de thermostaat een signaal naar de airconditioning.
  4. De airconditioner klikt op en koelt de kamer af.
  5. Wanneer de temperatuur in de kamer terugkeert naar 78° F, wordt een ander signaal naar de airconditioner gestuurd, die wordt uitgeschakeld.

Dit wordt een negatieve feedbacklus genoemd omdat het resultaat van een bepaalde actie (de airco-eenheid klikt erop) de verdere uitvoering van die actie remt. Alle negatieve feedbacklussen vereisen een receptor, een controle Centrum en een effector. In het bovenstaande voorbeeld is de receptor de thermometer die de luchttemperatuur meet. Het besturingscentrum is de processor in de thermostaat. En de effector is de airconditioningunit.

Geautomatiseerde vluchtbesturingssystemen werken op dezelfde manier. Laten we eens kijken naar het voorbeeld van een piloot die een eenassige stuurautomaat heeft geactiveerd - de zogenaamde vleugelleveller die we eerder noemden.

  1. De piloot stelt een besturingsmodus in om de vleugels op een horizontale positie te houden.
  2. Maar zelfs in de meest vloeiende lucht zal een vleugel uiteindelijk dippen.
  3. Gyroscopen (of andere positiesensoren) op de vleugel detecteren deze afwijking en sturen een signaal naar de stuurautomaatcomputer.
  4. De stuurautomaatcomputer verwerkt de invoergegevens en bepaalt dat de vleugels niet langer waterpas zijn.
  5. De stuurautomaatcomputer stuurt een signaal naar de servo's die de rolroeren van het vliegtuig besturen. Het signaal is een heel specifiek commando dat de servo opdracht geeft om een ​​precieze afstelling te maken.
  6. Elke servo heeft een kleine elektromotor uitgerust met een slipkoppeling die, via een teugelkabel, de rolroersterkerkabel vastpakt. Wanneer de kabel beweegt, bewegen de bedieningsvlakken overeenkomstig.
  7. Als de rolroeren worden aangepast op basis van de invoergegevens, gaan de vleugels terug naar niveau.
  8. De stuurautomaatcomputer verwijdert het commando wanneer de positiesensor op de vleugel detecteert dat de vleugels weer vlak zijn.
  9. De servo's stoppen met het uitoefenen van druk op de rolroodkabels.

Deze lus, hierboven afgebeeld in het blokdiagram, werkt continu, vele malen per seconde, veel sneller en soepel dan een menselijke piloot dat zou kunnen. Twee- en drieassige stuurautomaten voldoen aan dezelfde principes en maken gebruik van meerdere processoren die meerdere oppervlakken besturen. Sommige vliegtuigen hebben zelfs autothrust-computers om de stuwkracht van de motor te regelen. Automatische piloot- en autothrust-systemen kunnen samenwerken om zeer complexe manoeuvres uit te voeren.

Storing stuurautomaat

Autopiloten kunnen een vliegtuig veel soepeler besturen dan menselijke piloten.

Stuurautomaten kunnen een vliegtuig besturen veel soepeler dan menselijke piloten kunnen.-

Autopiloten kunnen en zullen mislukken. Een veel voorkomend probleem is een soort servofout, hetzij vanwege een slechte motor of een slechte verbinding. Een positiesensor kan ook uitvallen, waardoor invoer van gegevens naar de stuurautomaatcomputer verloren gaat. Gelukkig zijn stuurautomaten voor bemande vliegtuigen ontworpen als een failsafe - dat wil zeggen, geen storing in de automatische piloot kan effectieve tewerkstelling van handmatige override voorkomen. Om de stuurautomaat op te heffen, hoeft een bemanningslid het systeem eenvoudig uit te schakelen door een stroomschakelaar in te drukken of, als dat niet werkt, door aan de automatische zekering te trekken.

Sommige vliegtuigcrashes hebben de schuld gekregen van situaties waarin piloten er niet in slaagden om het automatische vluchtregelsysteem uit te schakelen. De piloten vechten uiteindelijk tegen de instellingen die de automatische piloot uitvoert, niet in staat om erachter te komen waarom het vliegtuig niet zal doen wat ze van hem vragen. Dit is de reden waarom vlieginstructieprogramma's de nadruk leggen op oefenen voor zo'n scenario. Piloten moeten weten hoe ze elk kenmerk van een AFCS moeten gebruiken, maar ze moeten ook weten hoe ze het uit moeten schakelen en zonder het kunnen vliegen. Ze moeten zich ook houden aan een strikt onderhoudsschema om ervoor te zorgen dat alle sensoren en servo's in goede staat verkeren. Eventuele aanpassingen of fixes in belangrijke systemen kunnen vereisen dat de stuurautomaat wordt aangepast. Bijvoorbeeld, een wijziging aan gyro-instrumenten vereist een herschikking van de instellingen op de computer van de stuurautomaat.

De John F. Kennedy Jr. Crash

Er is veel gespeculeerd over de oorzaak van het vliegtuigongeluk waardoor John F. werd gedoodKennedy Jr., samen met zijn vrouw, Carolyn Bessette Kennedy, en haar zus, Lauren Bessette, op 16 juli 1999. Hoewel de National Transportation Safety Board (NTSB) de waarschijnlijke oorzaak van het ongeval heeft vastgesteld als een pilootfout als gevolg van ruimtelijke desoriëntatie, sommigen beweren dat een mechanische storing - misschien zelfs een storing in verband met de automatische piloot - heeft bijgedragen aan het wrak.-

Het vliegtuig, een Piper PA-32R-301, Saratoga II, N9253N, was uitgerust met een Bendix / King 150-serie automatisch vluchtbesturingssysteem, een twee-assige stuurautomaat die pitch en roll bestuurde. Het onderzoek door de NTSB onthulde dat de stuurautomaat één of twee keer voor het ongeluk defect was geraakt, waardoor het vliegtuig een nieuwe koers had gekregen. Het probleem vereiste dat de stuurautomaat werd uitgeschakeld en vervolgens opnieuw werd geactiveerd.

Hoewel een dergelijk probleem met de automatische piloot kon hebben bijgedragen aan de gebeurtenissen die hebben geleid tot het wrak, lijkt het onwaarschijnlijk. Sommige rapporten geven zelfs aan dat de stuurautomaat al was uitgeschakeld voordat het vliegtuig problemen ondervond.

Moderne stuurautomaatsystemen

De nieuwste automatische piloten kunnen een volledig vluchtplan uitvoeren.

De nieuwste automatische piloten kunnen een volledig vluchtplan uitvoeren.

Veel moderne automatische piloten kunnen gegevens ontvangen van een Global Positioning System (GPS) ontvanger geïnstalleerd op het vliegtuig. Een GPS-ontvanger kan de positie van een vlak in de ruimte bepalen door de afstand van drie of meer satellieten in het GPS-netwerk te berekenen. Gewapend met dergelijke positie-informatie, kan een automatische piloot meer doen dan een vliegtuig recht en horizontaal houden - het kan een vliegplan uitvoeren.

De meeste commerciële jets hebben al een tijdje dergelijke mogelijkheden, maar zelfs kleinere vliegtuigen hebben geavanceerde stuurautomaatsystemen. De nieuwe Cessna 182s en 206's verlaten de fabriek met de geïntegreerde Garmin G1000-cockpit, die een digitale elektronische stuurautomaat bevat in combinatie met een flight director. De Garmin G1000 levert in wezen alle mogelijkheden en modi van een straalelektronica-systeem, waardoor een echte automatische besturing van de vlucht naar een nieuwe generatie van algemene luchtvaartvliegtuigen wordt geboden.

Wiley Post zou in 1933 alleen van deze technologie kunnen dromen.

Raadpleeg de links op de volgende pagina voor meer informatie over automatische piloten.

Cruise Control - Stuurautomaat voor uw auto

Stuurautomaten zijn niet alleen in vliegtuigen te vinden. Schepen hebben ze ook al zijn ze vaak bekend onder verschillende namen. Sommige kapiteins verwijzen naar de automatische piloot van hun schip als 'Metal Mike', een speelse naam die ontstond kort nadat Elmer Sperry het gyrokompas uitvond.

Anderen noemen het apparaat een "autohelmsman" omdat het de rol van stuurman overneemt en het schip efficiënt stuurt zonder menselijke tussenkomst. Zelfs uw auto, als het een later model is, heeft een stuurautomaatsysteem. Het wordt cruise control genoemd en het is een ander klassiek voorbeeld van een besturingssysteem. Cruise control regelt automatisch de snelheid van uw auto met behulp van een feedbacklus waarbij een snelheidssensor en het gaspedaal van de auto zijn betrokken.

-


Video Supplement: Tesla Model S met AutoPilot Test. Wat werkt er nu? Wat komt.




Onderzoek


Nieuwe Robot Levert Snacks
Nieuwe Robot Levert Snacks

Wetenschappers Zeggen Dat Bush De Wetenschap Onderdrukt En Global Leadership-Slip Toelaat
Wetenschappers Zeggen Dat Bush De Wetenschap Onderdrukt En Global Leadership-Slip Toelaat

Science Nieuws


Ancient Stone Circles In Mideast Baffle Archaeologists
Ancient Stone Circles In Mideast Baffle Archaeologists

Kinderautostoelregels Meestal Genegeerd, Onderzoek Vindt
Kinderautostoelregels Meestal Genegeerd, Onderzoek Vindt

Apen Doen Wiskunde Zoals Mensen
Apen Doen Wiskunde Zoals Mensen

Cookiecutter Shark Neemt Hap Uit Great White
Cookiecutter Shark Neemt Hap Uit Great White

Stephen Hawking Maakt Zich Zorgen Over De Toekomst Van De Mensheid
Stephen Hawking Maakt Zich Zorgen Over De Toekomst Van De Mensheid


WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com