اتوپایلوت چیست و چگونه کار می کند؟

بسیاری از مسافران تصور می کنند خلبان پرواز، ایفاگر مهمترین نقش در سفر هوایی آنان است. بدیهی است که پرواز با اختیار و خواست خلبان آغاز می شود اما آیا این اراده در طول سفر نیز ادامه می یابد؟ اغلب هواپیماهای امروزی به گونه ای ساخته شده اند که بخش عمده ای از سفر را بدون دخالت خلبان و در حالت اتوماتیک به انجام می رسانند. این امر شاید در ابتدا برای برخی از مسافران دلهره اور به نظر برسد اما اگر بدانید رایج ترین علت سقوط هواپیماها خطای انسانی خلبانان آنهاست، قطعاً شما هم به معجزه اتوپایلوت ایمان می آورید!

خلبان خودکار چیست؟

همانطور که می دانید هر وسیله پرنده باید در طول و کلیه حالات پروازی قابل کنترل، پایدار و متعادل باشد. در واقع همین اصل است سبب طراحی و راه اندازی سیستمی شده که هدایت هواپیما را پس از تیک آف به صورت خودکار به دست می گیرد. به عبارت دیگر سامانه اتوپایلوت یک سیستم مکانیکی، الکترونیکی و یا هیدرولیکی جهت هدایت یک وسیله نقلیه، بدون دخالت انسان می باشد. این سیستم می تواند بر روی انواع هواپیما، چرخ دنده ها و پروانه های هم محور قایق، موشک های هوا فضا و پهبادهای نظامی مورد نصب و استفاده قرار گیرد. در هواپیماهای امروزی، خلبان خودکار به نام " George " نیز شناخته می شود!

اولین سامانه اتوپایلوت

در نخستین روزهای رونق صنعت حمل و نقل هوایی، هواپیماها جهت حفظ ایمنی در طول پرواز، نیاز مبرمی به توجه و دقت خلبانان داشتند. بدیهی است که این موضوع در بردهای طولانی پرواز و ساعت های مداوم سفر، خلبانان را دچار خستگی می ‎کرد بنابراین سیستمی برای انجام برخی از وظایف خلبان در طول پرواز، طراحی و راه اندازی شد. اولین سامانه اتوپایلوت در سال 1912 میلادی و توسط کمپانی Sperry به کار گرفته شد. این سامانه به خلبانان کمک می کرد تا بدون توجه ویژه، هواپیمای تحت فرمان خود را در جهت تعیین شده قطب نمایی و به صورت مستقیم و بدون تغییر ارتفاع به پرواز در بیاورند. گفتنی است این سیستم قادر به انجام تیک آف و لندینگ هواپیما به صورت کاملاً خودکار بود و در همان دوره مورد توجه فرماندهی نظامی فرانسه قرار گرفت.

بیشتر بخوانید: سفرهای هوایی چگونه بر محیط زیست و سلامتی اثر می گذارند؟

خلبان خودکار چگونه کار می کند؟

در خصوص اهمیت سیستم اتوپایلوت می بایست یادآور شویم که امروزه هیچ هواپیمای مسافربری بدون خلبان خودکار پرواز نمی کنند مگر قدیمی ترین و کوچکترین هواپیماهای عمومی در جهان که کمتر از 20 سرنشین دارند و موظف به بهره گیری از دو خلبان می باشند. به عبارت دیگر بر اساس مقررات بین المللی حمل و نقل هوایی، تمامی هواپیماهایی که بیش از 20 نفر ظرفیت دارند ملزم به نصب و استفاده از سیستم اتوپایلوت می باشند.

خلبان خودکار با اتکا بر اطلاعات دریافتی از سنسورهای نصب شده در اطراف هواپیما نظیر سنسور سرعت، ارتفاع و تلاطم های هوا، تقریباً می تواند تمام وظایف یک خلبان را به انجام رساند. از این رو خلبان قبل از تیک آف اطلاعات مسیر، موقعیت پایانی و چگونگی رسیدن را وارد سیستم کرده و آن را راه اندازی می کند. بدین ترتیب اتوپایلوت پس از تیک آف، کنترل ادامه مسیر پروازی تا هنگام فرود را بر عهده می گیرد. شایان ذکر است در جدیدترین مدلهای هواپیما مرحله تاکسی و تیک آف نیز بر عهده خلبان خودکار می باشد. در حالت کلی در هواپیماهای کوچک، 3 سطح متفاوت برای کنترل و بهره گیری از سیستم کنترل خودکار پرواز به شرح ذیل وجود دارد.

1. خلبان اتوماتیک تک محور (Single Axial): این سیستم هواپیما را حول محور طولی و با استفاده از ایلرون ها کنترل می نماید از این رو به تنظیم کننده بال نیز معروف است.
2. خلبان اتوماتیک دو محور (Two Axial): این سیستم هواپیما را حول محورهای طولی و عرضی کنترل می نماید از این رو قابلیت دفع و مقابله با لرزش های طولی وارده به هواپیما را نیز دارا می باشد. سیستم دو محوره همچنین جهت هدایت و پرواز دقیق می تواند با استفاده از رادیوهای کمک ناوبری، پروازی ایمن و آسوده را برای سرنشینان خود به ارمغان بیاورد.
3. خلبان اتوماتیک سه محور (Three Axial): این سیستم هواپیما را حول محورهای طولی، عرضی و عمودی کنترل و هدایت می نماید به همین جهت اغلب هواپیماهای کوچک قابلیت نصب و تطابق با این سیستم را ندارند. بیشتر هواپیماهای مدرن امروزی به سیستم اتوپایلوت سه محوره مجهزند و در تمامی مراحل تاکسی، تیک آف، صعود، سیر، نزول و تقرب از خلبان خودکار بهره می گیرند.

بیشتر بخوانید: همه اتفاقات درون کابین خلبان از لحظه پرواز تا فرود

انواع سیستم کنترل پرواز طولی

از جمله مهمترین سیستم های کنترل خودکار پرواز در محور طولی میتوان به نگه دارنده زاویه، نگه دارنده ارتفاع بارومتریک، نگه دارنده سرعت، سیستم مانور pitch، کنترل thrust خودکار و دنبال کننده زاویه گلاید در هنگام فرود خودکار اشاره کرد.

انواع سیستم کنترل پرواز عرضی

از میراگر یاو، نگه دارنده زاویه رول، نگه دارنده جهت مسیر، دور موزون، سیستم دنبال کننده راستای موج رادیویی فرکانس بالا و سیستم فرود خودکار نیز می توان به عنوان مهمترین سیستم های کنترل خودکار پرواز در محور عرضی نام برد.

جزئیات سیستم کامپیوتری اتوپایلوت

قطعات سخت افزاری به کار رفته در سیستم کنترل خودکار پرواز نسبت به نمونه مشابه شان دارای تفاوت های عمده ای می باشند و همین امر نیز موجب می شود تا این سیستم از قابلیت اطمینان بالایی برخوردار باشد.

به طور مثال خلبان خودکار" AFDS-770" ساخت کمپانی" Rockwell Collins" که در انواع هواپیماهای Boeing 777 مورد استفاده قرار می گیرد از میکرو پردازنده های فوق العاده حساس FCP-2002 بهره گرفته است که در یک فرآیند تشعشعی مقاوم گردیده‌اند! جالب است بدانید علاوه بر مثال ذکر شده کلیه نرم افزارها و سخت افزارهای مرتبط با سامانه اتوپایلوت نیز پیش از نصب و استفاده تحت دقیق ترین آزمایشات و تست های فنی قرار می گیرند. با این حال تمامی سیستم ها به گونه ای طراحی می گردند تا در زمان نیاز به راحتی توسط خلبان تصحیح یا غیرفعال گردند.

با همه اینها برخی اتوپایلوت ها از طراحی متفاوتی برخوردارند. در اینگونه سیستم ها به جهت امنیت و ایمنی بیشتر، اکثر فرآیندهای پردازشی در سخت افزارهای موجود، تنها بر روی یک کامپیوتر اجرا نمی شوند و ممکن است در طول پرواز تعدادی کامپیوتر پشتیبان نیز وارد عمل شوند.

برنامه های به کار گرفته شده در اتوپایلوتها نیز تحت زبان های متفاوتی نوشته می شوند تا در صورت بروز خطا در یک زبان، سیستم بتواند آن بند را از روی زبان های دیگر بررسی نماید؛ پروسه ای که امکان بروز هرگونه تکرار اشتباه مهندسی و ویرایشی را به صفر می رساند! در نتیجه می توان گفت خلبان خودکار نسل پیشرفته، یکی از شاهکارهای صنعت هوایی است. این سیستم روز به روز کامل تر شده و کار خلبان و مهندسین اویونیک را کاهش و عیب یابی ها را خودکار و رایانه ای می نماید. در حقیقت اتوپایلوتهای امروزی دارای ضریب ایمنی و کارایی بسیار بالایی می باشند که موجب می گردند استفاده از سیستم خلبان خودکار، در تمامی شرایط پروازی و حالات اضطراری، بهترین راه جهت هدایت هواپیما باشد.

بیشتر بخوانید: مخزن اسرار هواپیما

خلبانان در چه زمانی سیستم اتوپایلوت را غیرفعال می کنند؟

همانطور که گفتیم تمامی سیستم های کنترل خودکار پرواز به گونه ای طراحی می گردند تا در زمان نیاز به راحتی توسط خلبان تصحیح یا غیرفعال گردند. این بدین معناست که خلبانان می بایست در طول پرواز همواره جهت غیر فعال کردن سیستم اتوپایلوت و کنترل دستی هواپیما، گوش به زنگ باشند. با این حال هیچ مشخصه معینی وجود ندارد که بتوان بر اساس آن، زمان خاموش کردن سیستم کنترل خودکار پرواز را تعیین نمود.

بر این اساس خلبان قادر است هر زمان که بخواهد با خاموش کردن سیستم اتوپایلوت، به صورت دستی مشکل احتمالی به وجود آمده را حل کند؛ مشروط بر اینکه هواپیما به حداقل ارتفاع از زمین ( 80 پایی) نرسیده باشد. شما نیز به عنوان یک مسافر، قطعاً متوجه خواهید شد که خلبانان در چه زمانی سیستم اتوپایلوت را غیرفعال نموده اند. چرا که سیستم های کامپیوتری هواپیما قاعدتاً سریع تر و کارآمدتر از انسان ها عمل می کنند و سرنشینان به هنگام کنترل و هدایت دستی هواپیما، متوجه دست اندازها و چاله های هوایی بیشتری می شوند.

تفاوت سیستم اتوپایلوت و سیستم های افزاینده پایداری در چیست؟

در واقع تفاوت آشکار است. سیستم های " stabilizer" تنها پایدارکننده هستند. بدین معنا که این قبیل سیستم ها توانایی آن را دارند که جسم پرنده را تنها به یک وضعیت از پیش تعیین شده در آورند و نمی تواند به صورت هدفمند و مشخص آن را از مکانی به مکان دیگر هدایت کنند. به عبارت دیگر سیستم های افزاینده پایداری نوعی کمک خلبان اند نه خود خلبان !

جمع بندی

در نتیجه به طور کلی می توان گفت سیستمهای کنترل پرواز خودکار، سامانه هایی شامل سطوح کنترل پرواز نظیر ایلرون ها، اولویتور و مکانیزم های مرتبط با آن، سنسورهایی چون ژیروسکوپ و کامپیوترهای پروازی می باشند که جهت کنترل مسیر پرواز، ضمانت پایداری هواپیما و... به صورت خودکار مورد استفاده قرار می گیرند. این سیستم ها هر چند به جهت هدایت خودکار وسیله نقلیه پرنده طراحی شده اند اما به طور کامل جایگزین انسان نمی شوند بلکه به وی این امکان را می دهد تا تمرکز بیشتری بر روی مسائل دیگر داشته باشد؛ بدین ترتیب نظارت خلبان تنها بر درستی و کیفیت عملکرد سیستم و دنبال کردن مسیر خواهد بود.

سوالات متداول درباره سیستم اتوپایلوت چیست؟