В чем разница между автопилотом и системой управления по проводам?

Автопилот может управлять самолетом в зависимости от выбранных пилотом режимов . Таким образом, автопилот снижает нагрузку на пилота, заменяя ручное управление с помощью штурвала или боковой ручки. Электронная система управления (FBW) — это тип системы управления, в которой механические соединения между органами управления полетом и рулями заменены электрическими соединениями. Обычно между ними также задействован компьютер, который может регулировать или ограничивать сигналы, отправляемые на поверхности управления.

Чтобы ответить на ваши конкретные вопросы:

Я слышал, что система Airbus FBW большую часть времени отменяет команды пилота.

Система Airbus FBW активна все время, но большую часть времени она не отменяет действия пилота. Он отменит ввод пилота только в том случае, если такой ввод выведет самолет за пределы его номинального режима полета. Таким образом, система FBW обеспечивает защиту зоны полета . Однако эти защиты активны не во всех законах управления (см. ответ водителя автобуса ).

Означает ли это, что самолет управляется системой FBW? Что с Автопилотом?

Самолетом управляет пилот или автопилот через систему FBW. Пилот или автопилот (компьютер A/P) электрически посылают свои входные данные на компьютеры управления полетом (F/CTL), которые затем приводят в действие поверхности управления на основе текущего закона управления:

^{( Airbus A320 FCOM - Управление полетом - Описание)}

Поскольку входные данные как пилота, так и автопилота проходят через компьютеры управления полетом, все защиты полетной зоны по-прежнему обеспечиваются этими компьютерами, даже если автопилот активен.

Когда самолет сталкивается с внезапными порывами ветра, способствует ли автопилот обеспечению устойчивости самолета?

Все воздушные суда транспортной категории должны быть статически и динамически устойчивыми, даже если автопилот выключен. Однако система FBW может помочь в достижении стабильности (например, в демпфировании рыскания, см. этот ответ ).

Если вы имеете в виду поддержание постоянного курса и высоты в порывистых условиях, это должен делать пилот или автопилот.

Какая система управляет самолетом и обеспечивает беззаботное маневрирование?

Управление осуществляется либо пилотом, либо автопилотом (никогда не обоими: если боковая рукоятка или педали руля направления переместятся за некоторый порог, автопилот отключится). Я не совсем уверен, что вы имеете в виду под «беззаботным маневрированием», но все средства защиты полета и другие вспомогательные средства (например, автоматическое поддержание высоты при крене, см. этот ответ ) обеспечиваются компьютерами FBW.

Какая система гарантирует, что самолет останется безопасным и стабильным в любой точке?

Пока активна защита зоны полета (в зависимости от закона управления), FBW будет следить за тем, чтобы самолет оставался в безопасности. В ухудшенных законах управления (особенно в прямом законе) пилот по-прежнему несет ответственность за обеспечение безопасности и устойчивости самолета.

Однако автопилот на самом деле не заботится о безопасности: если вы скажете автопилоту набирать высоту 6000 фут/мин на крейсерской высоте, он с радостью попытается это сделать, но защита полетной оболочки сработает до того, как воздушная скорость упадет слишком сильно, и стойла самолетов.

Система дистанционного управления устраняет физическую связь между органами управления кабиной и поверхностями управления полетом. Для этого должно быть какое-то правило, как действия пилота интерпретируются и преобразуются в движение поверхности управления. Это называется законом управления.

В аэробусах есть три* разных закона управления. «Нормальное право», «альтернативное право» и «прямое право». По нормальному закону действия бокового джойстика интерпретируются как требуемая перегрузка и скорость крена. По прямому закону существует прямая зависимость между положением боковой ручки управления и отклонением руля. В обычном праве также есть защита полетной оболочки, в прямом законе нет никакой защиты. Тем не менее, они все летают по проводам. Я летал на нескольких разных аэробусах в течение многих лет, и ни разу у меня не было неисправности, которая ухудшила бы закон управления по сравнению с «нормальным законом», и ни разу система дистанционного управления не ограничивала мой ручной ввод управления.

Защита оболочки полета делает именно то, что следует из названия: она не позволит вам свалиться или перегрузить конструкцию. Если вы останетесь в рамках расчетного диапазона, вы получите все характеристики, которые может предложить самолет. Более того, если вам по какой-либо причине нужна максимально доступная производительность, например, чтобы внезапно избежать вершины горы, вы можете оттянуть боковую ручку назад и позволить компьютеру делать свое волшебство, не опасаясь чрезмерной нагрузки на планер.

Автопилот предназначен для управления заранее запрограммированной траекторией полета, т.е. поддержание высоты, разворот и поддержание заданного курса или отслеживание плана полета.

Разница в том, что, например, если внезапный порыв ветра заставит самолет подняться, например, на 100 футов, автопилот вернется на заданную высоту. Если вы летите по той же траектории полета с ручным управлением, тот же порыв оставит вас на новой высоте, и для возврата на желаемую траекторию полета потребуется вмешательство пилота.

Если автопилот выйдет из строя, полетом можно будет управлять в ручном режиме со всеми доступными вкусностями. Опять же, если критические компьютеры управления откажут, возможно, помимо ухудшенного закона управления не работает и автопилот. Автопилот управляет поверхностями управления через те же компьютеры, что и пилот.

*Есть еще и комбинации разных режимов, но это основная концепция

Вы уже получили ряд отличных ответов, и я просто хочу добавить кое-что очень короткое и по существу относительно вопроса, который вы ставите в своем заголовке:

В чем разница между автопилотом и системой управления по проводам?

Автопилот относится к тому , кто отвечает за входные данные управления полетом , а дистанционное управление относится к тому , как входные данные управления полетом преобразуются в управляющие выходные данные . Автопилот делает свои собственные входные данные, FBW переводит входные данные, которые он получает от кого-то еще (либо от пилота, либо от автопилота), в выходные данные.

Без FBW обычно существует какая-то форма прямой механической связи между входами управления полетом (руль, педали, рычаги) и выходами управления (аэродинамическими рулями, дросселями и т. д.). С FBW задействована какая-то форма электронной или компьютерной поддержки. . Крайний случай, когда прямой связи вообще нет: датчик в коромысле измеряет угол и отправляет команду, например, мотору лифта.

FBW не делает управляющие входы самостоятельно, он только переводит управляющие входы в управляющие выходы.

Автопилот делает свои собственные управляющие входы . Для этого вообще не требуется никакой FBW. Есть автопилоты, которые просто тянут те же тросы, что и пилот. Хотя обычно это работает не так, вы можете думать об этом следующим образом: неважно, насколько прост и механичен ваш самолет, в худшем случае автопилот всегда может состоять просто из набора двигателей, которые делают именно то, что вам нужно. сделать — вы могли бы даже иметь автопилот для дельтаплана, который перемещает некоторые веса на веревках. Или, знаете, это .

ф Короче говоря

Очень простой способ понять разницу между автопилотом и системой управления по проводам — сравнить их с автономным автомобилем и его системой противоскольжения.

Более авиационный способ - посмотреть, как на самом деле управляется газотурбинный двигатель: пилот отдает свои команды с помощью дросселя, но команды отменяются FADEC на двигателе, который фактически управляет органами управления двигателем. Даже когда включен автомат тяги и команды поступают не от пилота, а от компьютера, FADEC все равно их перехватывает. В обоих случаях:

• Автономный автомобильный компьютер и автоматический дроссель — это функции автопилота.
• Противоскольжение и FADEC являются функциями FBW.

Они живут своей жизнью независимо друг от друга, точно так же, как автопилот и управляющие поверхности компьютеров FBW живут независимо друг от друга.

Автопилот — это пилот

Автопилот или бортовой компьютер можно сравнить с заменой ручного управления пилотом. То, что делает бортовой компьютер, можно было сделать с помощью ручного ввода. Однако зачем отправлять ручные приказы летать в зоне ожидания, если компьютер может делать это автоматически, управляя ветром, скоростью, ограничениями угла крена и т. д.?

Для Airbus автопилотом является система управления полетом (FMGS) .

Flight-by-wire — сложная противоскользящая система.

FBW, на мой взгляд, очень плохой выбор для концепции, которую он охватывает, поскольку он вводит идею о том, что между рукой или ногой пилота и приводом поверхности управления есть провода и электроника.

На самом деле есть провода и электроника, но провода не обязательны, это может быть механическое соединение, которому помогает электроника. А на самом деле в Airbus FBW есть и провода, и механические соединения.

Суть системы FBW в том, что полученные команды, независимо от того, исходят ли они от пилота или бортового компьютера, «управляются» компьютером управления полетом. В авионике Airbus экипаж и FMGS (автопилот) посылают команды на резервные компьютеры:

• 2x ELAC (компьютер элеронов высоты) для рулей высоты/THS и элеронов,
• 3x SEC (компьютер лифта спойлеров) для лифтов/THS и спойлеров,
• 2x FAC (компьютер увеличения полета) для руля направления,

^{Airbus летает по проводам, Источник}

Компьютеры посылают команды исполнительным механизмам. ELAC, SEC и FAC не имеют ничего общего с FMGS, компьютером, используемым для функций автопилота. Входные данные FGMS видны выше на уровне ELAC и FAC.

Проще говоря: FBW похожа на противоскользящую систему. Тормоза автомобиля могут получить слишком жесткую команду, которая, как известно, в определенных условиях приводит к заносу и менее эффективному тормозному усилию, чем более плавная команда. Тормозной компьютер (антипробуксовочная система) затем отменяет действия водителя и преобразует первоначальный приказ в более эффективную команду торможения.

Компьютер способен очень быстро реагировать и анализировать фактическое торможение, чтобы модулировать команду. Роль этой противоскользящей системы не зависит от того, как был отправлен заказ, человеком или компьютером.

Компьютеры FBW — это противоюзовые системы, используемые для управления рулем направления, рулем высоты, элеронами и другими управляющими поверхностями. Они удерживают самолет в его режиме полета, то есть в области, в которой он может летать безопасно и эффективно, и там, где управляющие поверхности работают (например, если воздушная скорость слишком мала на элеронах, они будут глохнуть, диапазон полета защита действует для предотвращения такой возможности).

Законы о семейном образе жизни

Способ работы FBW основан на том, что ELAC и FAC работают и получают входные данные от множества датчиков, таких как ADIRU (данные о воздухе и инерциальная ссылка). Если один из этих компьютеров выходит из строя или ему не хватает входных данных, то их роли перераспределяются деградировавшим образом, а если ничего не работает, то управление возвращается пилоту. Эта прогрессивная «деавтоматизация» осуществляется путем переключения «законов полета». Деградированные законы:

• Альтернативный закон (два уровня: с ослабленной защитой и без нее),
• Прямой закон (без защиты),
• Механический (механическая связь между органами управления и поверхностями управления).

^{Законы об управлении полетами Airbus, источник}

См. Отображается ли ухудшение закона управления в самолетах Airbus в ECAM? для большего.

Ответы на ваши вопросы

1. Да, большую часть времени автопилот (Airbus FMGS) активен и, следовательно, отправляет команды на управляющие поверхности летать по заранее определенному маршруту. Он управляет ошибками отслеживания.

2. Да, компьютеры управления полетом (Airbus ELAC, FAC, SEC) всегда игнорируют действия пилота. Это все еще верно, когда FMGS фактически пилотирует самолет. (Это сравнимо с приказами водителей автомобилей, которые всегда игнорируются системой противоскольжения, даже когда компьютер управляет автономным автомобилем.)

3. В случае частичного или полного отказа компьютеров управления полетом используются некоторые ухудшенные способы отмены действий пилота, чтобы продолжать максимально возможно защищать зону полета. В крайнем случае некоторые функции полностью возвращаются пилотам: Это этап механической связи. В этом случае пилот может вручную управлять рулем направления и рулем высоты.

Обратите внимание, что одна ось (тангаж, крен, рыскание) может подчиняться одному закону, а другая — другому закону. Так что в большинстве случаев неверно говорить, что самолет находится под альтернативным законом .

Вопрос, кажется, основан, по крайней мере частично, на предпосылке, что «автопилот» и «управление по проводам» — это волшебные электронные компьютеризированные системы. Хотя это верно для современных Airbus (и я верю в некоторые, но не все последние модели Boeing), это не всегда так, особенно с меньшими самолетами.

Автопилот в некотором роде существует уже более 100 лет. В то время как современные автопилоты могут брать ряд путевых точек и других направлений и «делать все это», даже посадку самолета, более простые автопилоты управляют некоторыми ключевыми показателями (например, скоростью, высотой, углом крена) и регулируют двигатели и поверхности управления, чтобы сохранить самолет на трассе. Они могут выполнять основные функции вообще без цифровых компьютеров, используя механические и гидравлические связи между органами управления, задаваемыми пилотом, и рулевыми поверхностями и двигателями.

По моему ограниченному пониманию, Fly-by-wire действительно состоит из двух основных компонентов. Он использует электронные соединения по проводам (нет, вы не будете управлять своими лифтами через Wi-Fi с планшета в кабине, я надеюсь) вместо механических и гидравлических связей, обеспечивая снижение веса (что означает меньше топлива и/или больше груза). и некоторые другие физические преимущества. Технически для этого не нужны никакие компьютеры — простой диммерный переключатель можно (теоретически) настроить для управления какой-либо удаленной частью самолета по паре проводов без участия компьютеров (даже микроконтроллеров).

Он также включает (во всех текущих реализациях, о которых я знаю, но я не эксперт) компьютер посередине, который интерпретирует входные данные для управления выходными данными, позволяя включать защиту оболочки и другие функции (как очень хорошо объяснено). в других ответах). Вы могли быиметь электронное управление, которое представляет собой просто перевод механических / гидравлических связей в электрические соединения. Но как только вы уже делаете это (что требует новых конструкций и сертификации), имеет смысл включить компьютер и все функции безопасности и эффективности, которые он может предоставить. Это не имеет особого смысла на небольшом самолете из-за относительно фиксированной стоимости добавления компьютера (на самом деле нескольких компьютеров для резервирования), но в небольшом самолете механическая и гидравлическая связь не так важна.

Автомобильное сравнение — круиз-контроль. Круиз-контроль использовался в автомобилях более 100 лет, а в поездах — еще дольше, задолго до появления цифровых компьютеров. С другой стороны, в то время как большинство автомобилей все еще не летают по проводам (у них есть механическая/гидравлическая связь между рулевым колесом и педалями и двигателем, колесами и тормозами, но с гидроусилителем, подобно тому, как это было в самолетах на протяжении долгого времени). время), круиз-контроль, как правило, компьютеризирован в настоящее время, по крайней мере, в некоторой степени.