Елисеев С. П.
Автопилот – система управления, обеспечивающая автоматическую стабилизацию и управление летательным аппаратом (ЛА) с целью сохранения заданного режима полета. Автопилот состоит (см. схему) из автоматов, каждый из которых обеспечивает сохранение «своего» параметра полета (курса, высоты, углов и скоростей крена и тангажа, скорости и пр.). При отклонении параметра от заданного значения датчик вырабатывает сигнал, пропорциональный этому отклонению. Сигнал после преобразования воздействует через сервоприводы (устройства, в которых электрический сигнал управляет механическим перемещением) на органы управления двигателем или на рули управления ЛА. Автопилот таким образом дает возможность самолету лететь без вмешательства летчика.
Датчиками автопилота служат гироскопы (устройства, в которых быстровращающийся ротор сохраняет неизменным направление своей оси вращения), системы воздушных сигналов, радиотехнические устройства, инерциальные системы и др.
Изобретатель Э. Сперри (США) первым построил автопилот с гироскопическими датчиками. Он был установлен на гидросамолете, летавшим на Всемирной выставке в Париже в 1914 году. Тогда и было зарегистрировано первое автоматическое управление самолетом, однако пилот на борту присутствовал и взлет, и посадку он выполнял вручную.
Первый отечественный автопилот был успешно испытан в 1932 году на самолете ТБ-1. В 1960-х годах в связи с совершенствованием ЛА и расширением функций автоматики осуществлялась интеграция автопилота с другими пилотажными автоматами (захода на посадку, взлета и ухода на второй круг, программного полета, тяги и т. д.). Комплекс этих автоматов вместе с автопилотом составляет современную бортовую систему автоматического управления (САУ), хотя название «автопилот» сохраняется в широком употреблении, особенно – в Гражданской авиации. Особенности управления и применения военного ЛА, реализованные в нескольких интегрированных друг с другом САУ, привели к отказу разработчиков от названия «автопилот». В специальной литературе появилось, например, название – «прицельно-навигационный комплекс». Совершенствование современных комплексных автопилотов идет в основном за счет компьютеризации всех систем самолета.
Как же применяются автопилоты в настоящее время? Разберем это на примере авиалайнера, где безопасность пассажиров превыше всего. Именно безопасность является критерием доверия к автопилоту.
На каких этапах полета доверяют автопилотной технике почти на 100 % и на каких этапах она выполняет роль помощника экипажа.
В настоящее время информация от датчиков (а их стало гораздо больше, чем было, например, 30–40 лет назад) поступает в компьютер (вычислитель), который дает команды на рули управления самолетом и в систему управления двигателем.
Начнем с этапа буксировки авиалайнера тягачом. В это время экипаж через систему запуска «раскручивает» турбины двигателей.
И вот двигатели запустились, тягач отцепился, начинается этап руления. Теперь самолет передвигается по аэродрому за счет тяги двигателей. Юридически руление – это уже полет. К месту старта летчик рулит вручную, объезжая препятствия. Его работа похожа на работу водителя автомобиля.
Взлетом в авиации считается время от начала разбега по взлетно-посадочной полосе (ВПП) до достижения самолетом высоты десять метров. Управление на этапе взлета тоже ручное, так как только летчик может правильно отреагировать на внезапные изменения обстановки вокруг и на ВПП.
Следующий этап – набор высоты. Когда самолет достигнет 30 метров высоты (5 секунд от отрыва), летчик начинает передавать управление лайнером автопилоту, задавая ему режим «набор высоты». Весь экипаж в это время в работе: надо быть готовым к встрече с опасным метеоявлением, возможно, надо поработать закрылками, ответить диспетчеру и среагировать на другие «мелочи» приземной суеты. Экипаж должен быть занят только полетом до высоты не менее 1 000 метров.
Достигнув высоты заданного эшелона полета, экипаж дает автопилоту новое задание: «полет по маршруту». Автопилот ведет самостоятельно самолет на нужной скорости и высоте заданным курсом. Экипаж в это время следит, как автопилот работает, контролирует расход топлива, принимает пищу, кое-кто из экипажа может вздремнуть около часа на своем рабочем месте. Заметим, что в горизонтальном полете на высоте более 8 500 метров автопилот согласно инструкции должен быть включен обязательно.
Следующий этап – снижение и заход на посадку. Он, как и взлет, очень важен, так как 80% авиапроисшествий происходит именно на этих этапах. Режим автоматической посадки экипаж может применить только в условиях, близких к идеальным, или при сильном тумане. Заход на посадку в автоматическом режиме отличается от захода на посадку вручную тем, что летчик управляет самолетом кнопками, а не штурвалом.
Таким образом, автопилот (или то сложное «ноу-хау», что его сегодня заменило) имеет ограничения, которые обусловлены следующим:
он не может с нужной точностью предвидеть опасность и принять верное для данной ситуации решение;
он должен использоваться на тех этапах полета, которые характеризуются отсутствием внезапной опасности;
он не может построить алгоритм правильных действий при комбинации возможных отказов оборудования и внешних условий; он не может выполнять всю работу за летчика.
Почему летчик сам сажает самолет, не доверяя автопилоту? Летчики отвечают так: Во-первых, ветер. Только на мониторе у метеоролога он четко дует в одну сторону и с постоянной скоростью. На самом деле, ветер – это турбулентные вихри, и дует он порывами. Автопилот же не может отреагировать адекватно на резкие изменения скорости ветра так, чтобы обеспечить нужную скорость и траекторию снижения одновременно.
Во-вторых, уклон ВПП относительно горизонта должен учитываться при выравнивании самолета относительно бетонки. В этом контексте мне вспоминаются посадка и взлет с полосы-горки в Чолпон-Ате у берега Иссык-Куля на Як40 в 1990 году. Летчик выполнил и то и другое великолепно, а уклон ВПП там очень большой. Кстати, в аэропорту Куршевель (Франция) при длине полосы всего лишь 525 м уклон составляет 18,5 %, а норма для аэробусов всего 2 %. Дурная слава этой «полоски» в авиации достигла международного масштаба. В-третьих, некоторые ВПП имеют «горб» или форму неярко выраженной «ложки», или волны: то «горб», то «ложка». Поэтому, чтобы сесть с аплодисментами (что никогда не является целью летчика) надо угол выравнивания на каждом аэродроме делать «свой». Тогда посадка будет «мягкой», то есть на основные стойки и с нужным углом тангажа.
В-четвертых, есть горные аэродромы. При посадке на них надо иметь в виду, что посадочная скорость будет больше, и самолет в неплотном воздухе будет управляться хуже. В большинстве современных автопилотов это не учитывается.
В заключение надо сказать, что были случаи непроизвольного отключения автопилота, который выполнял «полет по маршруту». Так было в районе Междуреченска (Кемеровская область) 23 марта 1994 года, когда несовершеннолетний сын командира экипажа (15 лет), находясь за штурвалом А-310, частично отключил автопилот. Как следствие – «недокументированное» поведение автопилота и беспорядочное падение. Экипаж не знал, как правильно устранить этот нештатный случай, так как при переучивании на А-310 с летчиками такую ситуацию не проигрывали. Тогда погибли 63 пассажира и 12 членов экипажа.
Конструкторы аэробуса учли эту трагедию. Теперь автоматическое отключение автопилота на этой машине может произойти только при приложении значительного усилия в течение продолжительного времени. Однако лучше в кабину пилотов не пускать даже самых близких посторонних. Ведь в пассажирском салоне сидят пассажиры, ожидающие мягкой посадки.
В наше время экипажи и автопилоты пока работают в полете вместе. Летчики еще не собираются уходить в операторы пассажирских беспилотников. Экипажи пассажирских лайнеров, как и водители общественного транспорта, еще долго будут востребованы.
16 марта 2019 года, № 5 (51)
