Устройство автопилота на современном самолете⁠⁠

-Ей, Cubertox, я слышал что современный лётчик летает "на руках" всего 5 секунд за полет?

-Да, это так.

-Да ладно, за что вам тогда столько денег платят?

-Черт побери, действительно за что?

Давайте разберем на примере одного из самых продвинутых в плане автоматизации самолетов - Airbus A320.

Прежде всего, данный пост является информационно-развлекательным, так что, постараемся избежать излишнего погружения в самолетные матаны, и наиболее простыми и доступными к пониманию словами разберем как же все таки происходит пилотирование современным самолетом с использованием автопилота?

-Аа, Cubertox, что за дела? Ты же обещал без матана, все так хорошо начиналось!

-Смотрите, суть этой схемы показать принципиальное устройство системы автоматического управления самолетом. Если не вдаваться в подробности то, информация от всех навигационных систем, систем управления двигателем, элеронами/стабилизатором, колесами, и даже принтером поступает в FMGS (Flight management guidance computer), который в свою очередь дает команду автопилоту.

Логично предположить, что при таком объеме поступающих данных, система может обеспечить управление самолетом в автоматическом режиме на всех этапах полета и при любых погодных условиях.

Так это или нет? Разберем в подробностях, по этапам полета.

Вот, вы загорелые, и слегка отдохнувшие в DutyFree, наконец добрались до прохладного салона самолета, и насколько это возможно с шагом в 30см между кресел, комфортно разместились на своих местах, согласно купленным билетам. Первый этап полета это буксировка и запуск двигателей.

Пока трудолюбивый тягач толкает самолет подальше от терминала, освобождая пространство для реактивной струи от самолетных двигателей, экипаж не теряя времени даром, приступает к запуску двигателей. И тут, Airbus предусмотрел первого электронного помощника, а именно FADEC (Full authority digital engine control system), который превращает процедуру запуска из первой картинки во вторую.

Дело в том, что само по себе устройство турбореактивного двигателя являет собой невероятно сложную систему, с огромным давлением и температурой внутри и подаваемым керосином снаружи. Газодинамическую устойчивость работы силовой установки, а так же надежный запуск и работу систем двигателя, как раз и обеспечивает FADEC, предоставляя летчикам контролировать параметры работы двигателя, не вмешиваясь непосредственно в управление его системами.

Удобно не правда ли? Внедрение таких систем, позволило на рубеже 80х-90х годов сократить экипаж с четырех до трех человек, навсегда оставив в прошлом профессию Бортинженера.

Вслед за запуском, идет этап руления. Эта часть полета...

-хе-хе езда по аэродрому еще не полет

-нет, уважаемый Трололоша, все что следует за запуском двигателя, в авиации считается полетом

Итак, часть полета, которая называется рулением лишена автоматизации чуть более чем полностью (если так еще уместно выражаться в 2018м). Поездка по кочкам, объезд ям и канав осуществляется летчиками в ручном режиме, так что теперь, уважаемые пассажиры, вы знаете кого благодарить, если вас начало тошнить еще до взлета.

Взлет.

Взлетом в авиации принято считать момент от начала разбега по взлетно посадочной полосе, до момента достижения безопасной высоты в 10м.

-лол кек, 10 метров уже безопасная высота?

-именно так, понятие "безопасной высоты взлета" отдельная тема для обсуждения, не входящая в определение "поменьше матана"

Может-ли современный пассажирский самолет выполнить взлет самостоятельно, без помощи летчиков? Ответ - нет. Все взлеты всегда выполняются в ручном режиме, отчасти Airbus это аргументирует фразой "Due to malfunctions or conditions that give unambiguous indications that the aircraft will not fly safely" что может вольно трактоваться как "в связи с отказами или условиями которые могут нарушить безопасность взлета"

Что произойдет если на полосе во время взлета вдруг окажется крокодил? 

Или автомобиль незадачливого водителя?

Или другой самолет, случайно перепутавший маршрут руления?

Все это реальные случаи которые могли стать причиной катастрофы, но благодаря грамотным действиям экипажа обошлось лишь анекдотом.

Но вот, земля стала удаляться от нас, и теперь можно расслабиться, включить наконец, автопилот и приступить к набору высоты. Да, на самолетах Airbus, автопилот может включаться на высоте более 30м или через 5 секунд после отрыва от земли. Работа летчиков с автопилотом при наборе высоты напоминает управление круиз контролем автомобиля при движении по центру города. Необходимо постоянно указывать самолету требуемую скорость, направление и высоту полета через FCU, крутя ручки как безумный шашлычник крутит шампуры. Выполнять процедуры шумопонижения на местности, обходить опасные метео явления,  работать с механизацией крыла и успевать отвечать службам управления воздушным движением по радиосвязи.

В общем пока самолет не наберет примерно километр высоты, летчикам запрещено даже разговаривать друг с другом на любые темы, кроме стандартных процедур взлета. И все становится еще веселее, если по каким-то причинам нет возможности использовать автопилот, и в добавление ко всему вышеперечисленному приходится вертеть штурвалом как безумный пират в штормовую погоду.

Но вот безумная горячка набора высоты сменяется относительным затишьем полета на эшелоне. Самолет самостоятельно следует по маршруту, в определенных пределах соблюдает скоростные ограничения, и следит за точностью навигационных параметров. Летчики в этот момент контролируют работу систем, расход топлива, принимают пищу, или если полет слишком утомительный, один из летчиков может поспать 40 минут на рабочем месте, передав управление и контроль соседу по кабине. Горизонтальный полет, это как раз та часть полёта, на которой запрещён полет без использования автоматики. Где заданные параметры, такие как скорость и высота автоматика выдерживает довольно точно.

Таким образом подумали и начальники от авиации и указали что использование автопилота на высоте более 8,5 тысяч метров (Fl290) - обязательно.

-А что же делать если автопилот сломается?

-Необходимо освободить воздушное пространство в кратчайшие сроки.

Специфический авиационный юмор на любителя...

Логическим завершением каждого полета является снижение и заход на посадку.

Наравне с взлетом, этот этап наиболее ответственный и опасный, по статистике 80% всех авиапроисшествий случаются именно на взлете или посадке. И в целях сокращения этой статистики призван на помощь "его величество Autoland" или говоря по простому - режим автоматической посадки.

Постепенно приближаясь все ближе и ближе к земле, пилоты крутят шампуры на FCU и вот уже в посадочной зоне аэропорта, огни которого манят так пленительно любого путника после долгой дороги.

И казалось бы, можно расслабится, отдавшись на волю автоматики, лениво следя за тем, как умный самолет везет тебя домой. Но что это?

А это всего-лишь не полный список требований к аэропорту, погоде и самолету, для того чтобы он мог безопасно совершить Autoland.

-A что если сегодня ветрено?

-Не, Autoland нельзя.

-A что если ВПП немного под уклоном?

-Не, Autoland нельзя.

-А что если аэродром в горах?

-Не, Autoland нельзя.

-Так а зачем он нужен?

Вот тут то и собака зарыта! Autoland применяется только в условиях близких к идеальным, или при сильном тумане. Ну положим, в тумане - понятно, нет времени на пилотирование самолета, так как ничего не видно, ни огней ВПП, ни других ориентиров. А зачем в штиль-то его использовать? -Если экипаж устал.

Да, от самолетного бортпитания и 45 рейсов в месяц может устать даже самый крепкий летчик, и его силы могут иссякнуть в самый неподходящий момент.  Как запасной вариант второй пилот, может воспользоваться Autoland'ом, для облегчения пилотирования в одиночку.

Но как на практике происходит посадка с Autoland'ом? Летчикам можно просто откинуться на спинку кресла и наблюдать как самолет все сделает сам?

Как следует из данного туториала, заход на посадку в автоматическом режиме, это практически такой-же заход как и в ручном, с одним маленьким исключением. Пилот управляет самолетом кнопками а не посредством штурвала (сайдстика, джойстика, как хотите).

Таким образом, напрашиваются следующие выводы: Системы современных самолетов не могут с необходимой точностью предвидеть опасность, и принять верное для данной ситуации решение.

Автопилот используется на тех этапах полета, на которых характерно отсутствие внезапной опасности, ибо построение алгоритмов действия, в аварийной ситуации, при комбинации возможных отказов оборудования и внешних условий, невыполнимая задача для таких сложных систем как самолет.

Итак

1. Правда-ли что пилоты используют автопилот 99% времени полета?

-Да это так.

2. Правда-ли что автопилот может самостоятельно выполнять всю работу за летчика?

-Нет это не так, автопилот управляется летчиками.

3. Правда ли что вам так много платят? Со всеми проводницами переспал?  Часто летаешь пьяным?

-На эти и многие другие темы мы поговорим в следующих постах.

Оставайтесь на моей частоте, Dr. Cubertox.