خلبان خودکار و راهنمای پرواز

واضح آرشیو وب فارسی:فان پاتوق: خلبان خودکار و راهنمای پرواز(1)

خلبان خودکار(Autopilot) شاید یکی از جالبترین قسمتهای هواپیما برای افرادی باشد که به عنوان مسافر سوار هواپیما می شوند یا کسانی علاقه مند به داشتن اطلاعات از هواپیما می باشند. سپردن هدایت هواپیما به دستگاه با مسیر از پیش تعیین شده در تمامی طول مسیر شاید از دید مسافرین سوال برانگیز باشد، چرا که از فناوری ساخت هواپیما و سامانه های آن و رایانه های متعدد کنترل آن چندان اطلاعاتی ندارند.

باید اعتراف کرد که خلبان خودکار نسل پیشرفته یکی از شاهکارهای صنعت هوایی است چرا که روز به روز تکمیل شده و کار خلبان و مهندسین اویونیک را کاهش و عیب یابی ها را خودکار و رایانه ای نموده و دارای ضریب ایمنی و کارایی بسیار بالایی میباشد. در تمامی شرایط پرواز و حالات اضطراری بهترین راه هدایت هواپیما استفاده از خلبان خودکار است به خصوص اگر با سامانه مدیریت پرواز پیشرفته ای نیز درگیر باشد.
این سامانه بدون اینکه نیاز به محاسبه و مراجعه به کتاب های هواپیما و نقشه های مربوط داشته باشیم با سرعت بالایی بهترین حالت را انتخاب و اجرا می کند. در این بخش ضمن پرداختن به خلبان خودکار سامانه F/D را نیز معرفی خواهیم کرد که با استفاده از رایانه ها و گرفتن اطلاعات از قسمت های مختلف هواپیما ما را راهنمایی می کند تا بدون نیاز به فکر کردن و انجام محاسبه هواپیما را به سمتی که باید هدایت کنیم تا به مسیر از پیش تعیین شده برسیم.

فرق Autopilot با stabilizer چیست ؟

تفاوت اشکار است stabilizer فقط پایدارکننده است و توانایی ان را دارد که پرنده را فقط به یک وضعیت از پیش تعیین شده در آورد و نمیتواند به صورت هدفمند و مشخص از مکانی به مکان دیگری برود و به نوعی کمک خلبان است تا خود خلبان ، اما Autopilot نه تنها یک stabilizer بلکه بسیار فراتر از ان هم هست و کار که از قبل برای ان تعریف شده کامل انجام میدهد و توانایی تصمیم گیری دارد .
باید اعتراف کرد که خلبان خودکار نسل پیشرفته یکی از شاهکارهای صنعت هوایی است چرا که روز به روز تکمیل شده و کار خلبان و مهندسین اویونیک را کاهش و عیب یابی ها را خودکار و رایانه ای نموده و دارای ضریب ایمنی و کارایی بالایی می باشد

اصول کار :

راه حل اینگونه است که نیاز حداقال چند جز اساسی است ، از قبیل :
1. جزئی حرکات پرنده را تشخیص بدهد (IMU یا AHSR یا Thermopile یا … است )
2. جرئی که توانایی پردازش داده ها را داشته باد (پردازشگر که معمولا یک میکروکنترلر است مثلا AVR برای کارهای ضعیف یا ARM برای پردازش های سنگین تر یا هسته محاسباتی مجزا برای کارهای حرفه ای )
3. جزئی که تصمیات اصلی را بگیرد ( برنامه یا همان نرم افزار که ممکن است که کنترلر ساده مثلا PID یا فازی یا ترکیبی و یا یک سیستم عامل باشد و … )
روش معمول اینگونه است که جزء سنس کننده (تشخیص دهنده) حرکات ، تغیرات را تشخیص میدهد آنها را تبدیل به داده کرده (یا ولتاژ) سپس انها را تحویل پردازشگر مرکزی داده ، پردازشگر داده های را پردازش کرده و با توجه به برنامه موجود انها تفسیر کرده و فرمانهای اصلاحی را صادر میکند فرمانها به سروو وارد شده و …

تکنولوژی های موجود :

1. تکنولوژی بر پایه inertial measurement units که به آن به اختصار IMU میگویند
مزایا : دقت زیاد ، وزن کم ، قابلیت توسعه نرم افزاری بسیار بالا ، سادگی ساختمان ، مجتمع بودن و …
معایب : عدم توانایی استفاده در پرنده ها با ارتعاش زیاد و مشکل در پروازهای طولانی مدت یک نواخت و ….
این تکنولوژی بر اساس تشخیص دقیق حرکات (زاویه) به وسیله شتاب سنج و جایرو بنا نهاده شده است ، این گونه توانای هدایت مدل های مختلف پرنده از جمله هواپیما/چرخ بال/کواد و …. را دارد اما باید توجه کرد که این تکنولوژی به ارتعاش حساس بوده و دقت ان به صورت صعودی با ارتعاش کاهش می یابد ، به همین علت برای پرنده ها با موتورهای سوختی با ارتعاش زیاد ( 2 زمانه تک سیلندر) توصیه نمیشود چون با توجه به ارتعاش شدید بدنه IMU ان را به راحتی و با دقت زیاد سنس کرده و ان را رفتار کلی پرنده فرض میکند و اقدام ارسال اطلاعات به پردازشگر Autopilot کرده و در نتجیه Autopilot با اطلاعات اشتباه فرامین اشتباه صادر میکند این رفتار باعث بی ثباتی پرنده میشود ….
این تکنولوژی بر اساس تشخیص دقیق حرکات (زاویه) به وسیله شتاب سنج و جایرو بنا نهاده شده است ، این گونه توانای هدایت مدل های مختلف پرنده از جمله هواپیما/چرخ بال/کواد و …. را دارد اما باید توجه کرد که این تکنولوژی به ارتعاش حساس بوده و دقت ان به صورت صعودی با ارتعاش کاهش می یابد

در اکثر IMU های مرغوب قابلیت افزودن سنسور های جدید هم وجود دارد هدف از افزودن این سنسور ها افزایش دقتت وسیله است از این قبیل میتوان به سنسور فشار (برای تشخیص ارتفاع) ، سنسور تفاضلی فشار (برای تشخیص سرعت) و مگنو متر برای تشخیص دقیقتر حرکات در عمود پرواز ها و … (تشخیص حرکات کوچک و سریع) اشاره کرد اما وظیفه اصلی بر دوش شتاب سنج (برای تشخیص حرکت) و جایرو (برای تشخیص زاویه) است . همانگونه که متوجه شدید بردی قوی تر و بهتر است که از سنسور های بهتری استفاده کند (دیجتال باشد و توانای تشخیص سریعتری داشته باشد) هرچند به تازگی با برنامه نویسی (افزودن نرم افزار) تشخیص زاویه دقیقتر شده که همان تکنولوژی AHRS است ….
2- تکنولوژی AHRS
این روش بر اساس همان روش IMU است با این تفاوت فقط که امکان تشخیص زوایا دقیقتر میشود انجام داد ، نو پا است و هنوز به صورت گسترده استفاده نشده است ولی تمامی سیستم های دارند به سمت استفاده از این تکنولوژی حرکت میکنند .