Автопилот при посадке самолета
Добавил пользователь Alex Обновлено: 19.09.2024
Для этого использовалась система распознавания изображений.
Airbus показала результаты тестового взлёта на автопилоте без помощи пилотов на тестовом самолёте А350-1000. Автопилоты на современных самолётах могут управлять почти всем процессом полёта, но взлётом и посадкой занимаются пилоты.
В ходе испытаний поведение самолёта полностью соответствовало нашим ожиданиям. После занятия исполнительного старта и ожидания разрешения на взлёт от диспетчерской службы мы включили автопилот.
Мы перевели ручки управления двигателем в положение взлёта и наблюдали за работой систем ВС. Самолёт начал набирать скорость, автоматически придерживаясь осевой линии ВПП.
Нос самолета начал автоматически подниматься, пока не достиг заданного угла тангажа при взлёте, и через несколько секунд мы поднялись в воздух
Airbus утверждает, что не планирует отказываться от пилотов — автоматика позволит им тратить меньше времени на технические задачи и уделять больше внимания стратегическим решениям и выполнению полётного задания. В середине 2020 года компания планирует протестировать посадку и руление в автоматическом режиме с помощью системы распознавания изображений.
В современном самолете, пилоты включают автопилот на высоте около 500 метров после взлета (в зависимости от аэропорта), т.е. практически сразу. Автопилот набирает эшелон, летит по маршруту, снижается и заходит на посадку (если полоса оборудована ILS 2 или 3 категории). Т.е. уже сейчас пилот может практически не участвовать в управлении самолетом, да и нереально это - несколько часов держать штурвал и следить за приборами (только в крайних случаях). Пилоты практикуются в ручном заходе на посадку, но некоторые авиакомпании запрещают делать ручную посадку, если возможно автоматическая.
Автопилот не может:
- распознать механическое повреждение корпуса (механик забыл закрыть люк или оставил инструмент).
- распознать безопасность погодных условий (в случае какой-либо опасности облетит облако, хотя можно было этого не делать) - потратил лишнее топливо, а это деньги.
- банальная техническая поломка оборудования: опасна она или нет? Самолет постоянно ломается, но продолжает лететь, пилоты по прилету сообщают о проблеме (отказал один датчик скорости, лететь дальше или возвращаться?).
- посадка на кукурузное поле - чтобы делал автопилот в этой ситуации?
Т.е. чтобы самолет летал без участия людей, нужно чтобы самолет обладал искусственным интеллектом, ощущая себя как организм, а это уже совсем другие бабки и сложности ПО.
Для справки В 1947 году самолёт C-54 ВВС США совершил трансатлантический перелёт полностью под управлением автопилота (включая взлёт и посадку).
Анекдот: когда появился автопилот, девушка бросила своего парня-пилота, заявив ему,что он может потерять работу и даже не умеет водить грузовик.
Зарождение авиастроения много чего изменило в конструкции самолетов и их управлении. Еще 20-30 лет назад такой прибор, как автопилот, был неизвестен практически никому. За эти годы ситуация в корне изменилась. Большую часть полета управление огромными пассажирскими авиалайнерами осуществляют именно автопилоты. Можно сказать, что пилот активно участвует только на рулении и взлете, после чего передает управление системе. Также нужно вмешательство пилота при посадке судна. Бортовой компьютер самолетов значительно упрощает задачи в управлении и контроле.
Что же такое автопилот в широком понимании данного термина? Это программно-аппаратная система, которая имеет возможность вести транспортное средство по заданному маршруту. С каждым годом инноваций становится все больше во многих отраслях транспортного строения. Все же лидирующие позиции занимает воздушный транспорт.
Автопилот самолета создан для стабилизации всех параметров полета судна и ведения по заданному курсу. При этом соблюдается установленная пилотом скорость и высота полета. Перед тем как переводить летательный аппарат на режим автопилота, необходимо создать четкий полет без скольжения или завала машины. После стабилизации самолета по всем плоскостям можно производить включение системы автоматического управления, но при этом необходимо проводить регулярный контроль показателей. Стоит отметить, что и военные самолеты имеют такие системы.
Более сложные в своей конструкции и надежные автопилоты начали устанавливаться на отечественные самолеты с конца 70-х годов.
Краткая история создания автопилота
Первый автопилот в мире был создан еще в далеком 1912 году. Изобретение принадлежит американской компании Sperry Corporation, которая смогла создать систему, удерживающую самолет на заданной траектории, при этом стабилизируя крен. Это было достигнуто за счет связи высотометра и компаса с рулями направления и высоты. Связь была настроена за счет использования блока и гидравлического привода.
На схеме показано, как работает типичный автопилот.
Заранее рассчитанные параметры полета вводятся в компьютеры самолета (1).
После взлета автопилот вступает в действие.
Два дисплея(2)показывают положение самолета, его предполагаемый маршрут и высоту.
Изменение положения маленьких заслонок(3) на наружной поверхности самолета оповещает компьютеры о малейшем изменении в ориентации самолета.
Для определения положения используется глобальная система навигации (ГСН) (4).
Приемник расположен на верхней части корпуса (5).
Компьютеры следят за маршрутом и автоматические производят необходимые изменения посредством сервомеханизмов (6),
которые управляют рулем (7),
рулями высоты (8),
и настройкой дросселей двигателей (11)
При необходимости пилот может в любой момент отключить автопилот и перейти к ручному управлению (12)
Начиная с 30-х годов 20 века, автопилотами начали оснащать некоторые пассажирские авиалайнеры. Новый виток в развитие автоматических систем управления внесла Вторая мировая война, которая требовала подобных технологий для дальних бомбардировщиков. Впервые полностью автоматический полет через Атлантику, включая посадку и взлет, осуществил самолет C-54, принадлежавший США. Это произошло в 1947 году.
Автопилот самолета ведет аппарат по заданному маршруту, при этом используется комплексная информация навигационных приборов собственных и наземных датчиков, которые проводят анализ полета. Данная система проводит управление всеми агрегатами летательного судна. Также работают траекторные системы, которые проводят заход на посадку с высокими показателями точности без каких-либо действий пилотов.
Проблемы автоматического управления самолетами
Для повышения безопасности автоматика управления работает в многоканальном режиме. Параллельно могут работать сразу четыре системы пилотирования с одинаковыми параметрами и возможностями. Также система проводит постоянный анализ и мониторинг входящих информационных сигналов. Полет осуществляется на основе так называемого метода кворумирования, который состоит из принятия решения по данным большинства систем.
В случае поломки автопилот способен самостоятельно выбрать дальнейший режим управления. Это может быть переключение на другой канал управления или передача управления пилоту. Для проверки работы систем необходимо проводить так называемый предполетный прогон систем. Данный тест состоит из запуска пошаговой программы, которая подает имитацию сигналов полета.
Все же ни одна проверка не позволяет достичь 100%-й гарантии безопасности и работы в полете. Из-за нестандартных ситуаций в воздухе могут возникать дополнительные проблемы с автоматикой управления. Некоторые автопилоты имеют различные программы, которые позволяют наиболее безопасно проводить полет соответствующего авиалайнера.
Самые современные системы автоматического управления типа fly-by-wire позволили значительно снизить общую массу конструкции самолета. При этом надежность бортовых систем возросла в разы. Оборудование реагирует без промедлений, а также способно исправлять ошибки, вызванные человеческим фактором при управлении. Это говорит о том, что система не позволит пилоту завести машину в опасную для нее и пассажиров на борту ситуацию. Современные самолеты типа Airbus перестали комплектоваться стандартными рычагами и педалями управления, вместо этого устанавливаются джойстики. Все это позволяет пилотам не задумываться над тем, какую команду и как необходимо передать отдельному агрегату. Не нужно продумывать угол отклонения элеронов или закрылок, достаточно наклонить джойстик управления – и компьютер сделает все сам.
Все же, несмотря на всю радужную картину, по вине автопилотов произошло немало крушений и аварий, которые привели к человеческим жертвам. История авиакатастроф по вине автоматических систем управления, к сожалению, очень богата фактами ненадежности таких систем.
Еще в Советской авиации были случаи, когда испытатель сажал самолет с вовсе отвалившимся в воздухе стабилизатором – путем тончайшей игры тяги и закрылок.
И рядовой летчик должен хоть отчасти быть подобным виртуозом, чтобы его руки были продолжением органов управления самолетом и в пиковом случае могли уловить выход из него. Как опытный таксист может так чутко обойтись с рулем, газом и тормозом, чтобы уйти со льда в сугроб, а не в пешехода или в переднюю машину.
Но для этого надо менять всю эту идеологию: по умолчанию – автопилот, а человек вступает в управление только в аврале. Наоборот: летчик должен сажать самолет как правило – а автопилот включаться только тогда, когда весь экипаж вдруг поразит внезапный паралич.
Это не даст дремать тому спасительному навыку, который лишь и позволяет уходить от самых непредвиденных технических и компьютерных отказов.
В чем состоит управление вниманием при полете с включенным автопилотом.
Рассмотрим этапы захода на посадку по ILS:
– Погасить скорость от 250 до выпуска механизации
– Выйти на посадочный курс
– Начать выпуск механизации таким образом, чтобы обеспечить FLAPS 2 к началу снижения и посадочную конфигурацию к высоте (alt) 1500 футов
– Переход на визуальный полет
– Отключение автопилота после разрешения посадки
Пилотирование с включенным автопилотом мы уже рассматривали выше. Поэтому остановимся на управлении вниманием для выполнения захода на посадку.
Для того, чтобы не иметь проблем при любом заходе на посадку, сразу после получения разрешения на заход (Approach clearance) нужно проверить 5 элементов. Для захода по ILS такими моментами являются:
– Activate Appr Phase
Запоминать более трех элементов не совсем правильно, поэтому разобьем все элементы на две группы. Первая группа (Activate Appr Phase + Sequence FPL) будет общей для всех типов инструментального захода. Оставшиеся три элемента для каждого типа инструментального захода будут различными. Раз мы уже коснулись других типов заходов, сведем весь контроль после получения разрешения на заход в таблицу, которая будет выглядеть следующим образом:
Некоторые из этих элементов могут быть выполнены значительно раньше (Activate Appr Phase), некоторые выполняются автоматически (Sequence FPL), но проверить их нужно сразу после получения разрешения на заход. Если после этой проверки мы выполняли какие-либо действия, то на FMA необходимо проверить вновь, что Appr по прежнему armed.
Далее, когда автоматика работает корректно, мы должны определить, как управлять вниманием на этом этапе. А для этого давайте решим, какие приоритеты должны быть в этот момент.
Самое главное при заходе на посадку это начать снижение по глиссаде в нужной точке, в нужной конфигурации, на нужной скорости. Чтобы всё это обеспечить необходимо строго следовать рекомендациям FCTM и указаниям СОП по рубежам начала выпуска механизации крыла, выдерживаемым скоростям, взаимодействию с ОВД и учёту метеоусловий (направление и сила ветра, турбулентность и т.п.).
Если говорить об особенностях, о которых не говорится в указанных источниках, то можно только отметить, что для обеспечения установленных условий стабилизации целесообразно на предпосадочном брифинге определить не только высоту стабилизации по QNH (Alt Stab), но и рубежи выпуска механизации и действия при нестабилизированном заходе. А главное, когда и по каким параметрам мы поймём, что заход стабилизировать не удастся. Особое внимание уделяем случаям, когда есть факторы, усложняющие своевременную стабилизацию самолёта. К таким факторам относятся:
– Более крутая глиссада;
– Низкий вход в глиссаду;
– Тренд роста скорости при снижении по глиссаде;
– Очень высокая температура;
Требования по выдерживанию повышенной (более 160 KT) скорости до OM или до 4 NM от торца ВПП.
Кроме того может оказать помощь в ситуции, когда есть факторы усложняющей стабилизацию, готовность выполнить посадку с неполностью выпущенной механизацией. Если мы как дополнительный вариант на предпосадочном брифинге рассмотрели возможность выполнить посадку и Conf 3 (посчитали посадочную дистанцию, определили использование реверса и другие особенности), то в условиях, когда ес ть дефицит времени для выпуска механизации в положение FULL можно принятть решение продолжить заход и выполнить посадку в Conf 3.
Когда самолёт проблем со своевременной стабилизацией уже нет, возникают следующие проблемы: переход на ручное пилотирование и переход на визуальное пилотирование. И то и другое является процедурой перехода, а это всегда самые ответственные моменты.
Поэтому первая рекомендация – не выполнять эти два действия одновременно, если ситуация позволяет это делать.
Выбор какое действие выполнять раньше какое позже зависит от конкретной обстановки и задачи. Чаще приходится сначала отключать автопилот (переходим на ручное управление), а затем переходим на визуальное пилотирование. И с методической точки зрения это проще.
Как отключается автопилот на ВС А320? Что может быть проще! Нажали красную кнопку на РУС и вот тебе ручное управление. И рули самолётом как хочешь. И получаются накладки. Директора сразу побежали, мы за директорами, а автомат тяги тягой начал сильнее шуровать, а значит создавать моменты, которые нужно компенсировать. А тут уже и на визуальное пилотирование нужно переходить. Проблемы словом.
Вторая проблема это переход на визуальное пилотирование. Эта проблема существовала всегда, но в последнее время с повышением надёжности автоматики современных ВС, когда пилот управляет самолётом визуально от 5-ти минут до 1-й минуты за полёт, проблема эта только увеличилась. Поэтому и важность обучения правильному переходу возрасла в разы.
Что самое главное для правильного перехода с инструментального пилотирования на визуальное? Всегда, когда мы хотим чему-то научить пилота, мы должны чётко представлять чему мы собираемся учить. Что есть процесс перехода? Это знание или навык? Ведь от того, что это зависит и принцип обучения.
Естественно, что процедура перехода на визуальное пилотирование это навык, но для того, чтобы убедить обучаемого пилота, что нужно делать именно так ка вы ему говорите он должен обладать знаниями. И первое, что он должен знать это, что означает, когда указатели траектории (FD’s) в центре. Заблуждением будет считать, что в этом случае самолёт находится на заданной траектории. FD’s в центре означает, что самолёт находится на заданной траектории или выходит на неё. Это важно для понимания, как правильно определить момент перехода на визуальное пилотирование. В целях обучения мы должны обеспечить наиболее благоприятные условия перехода ни визуальное пилотирование. Такими условиями является высота 600-700’ над превышением аэродрома и обязательное нахождение самолёта на заданной траектории в стабилизированном состоянии. Как определить высоту мы знаем. А вот как понять, что самолёт на заданной траектории и оттриммирован? Здесь нам поможет наличие указателей положения глиссады и нейтральное положение РУС. То есть если FD’s в центре, указатель курса (УК) и указатель глиссады (УГ) в центре и РУС в нейтральном положении, то можно переходить на визуальное пилотирование. Процедура перехода здесь немного сложнее чем отключения автопилота.
Теперь, когда мы знаем самый главный параметр для ухода на второй круг с очень малой высоты, поговорим о технике выполнения этого манёвра. Вернее об его отличиях от обычного ухода на второй круг.
Если всё же условия позволяют продолжить выполнение посадки, то на 50’ включается в работу режим Flare, что по замыслу конструкторов упрощает приземление самолёта, но, как и любая автоматика (а указанный режим это переход из автоматического управления по тангажу, в DiRECT LAW ) этот режим требует знания особенностей его работы. Автоматика запоминает текущее значение тангажа и с 30’ с темпом, обеспечивающим достижение тангажа -2 за 8 секунд от значения, которое было на 50’ уменьшает тангаж. Это объясняет отчасти, почему ниже 100’ ни в коем случает нельзя отдавать РУС от себя или ставить его нейтрально.
Это первое правило выполнения посадки на этапе выравнивания (flare) на А320:
РУС можно только брать на себя или фиксировать в текущем положении. Это вообще универсальное правило для пилотирования А320 – Не знаешь, что делать замри и ничего не делай.
Теперь непосредственно о процедуре приземления самолета. Приземлением будем считать этап от начала выравнивания до окончания опускания передней стойки (derotation). На важности и сложности этой процедуры не буду останавливаться.
Далее у нас остается две задачи: уменьшить вертикальную скорость до желаемой вертикальной скорости касания и поставить малый газ. С малым газом всё просто. Малый газ ставится тогда, когда пилот уверен, что необходимая скорость в момент приземления обеспечивается. В любом случае РУДы должны стоять в положении малого газа (idle) в момент касания основными стойками шасси полосы. Ещё один немаловажный триггер для установки малого газа это начало уменьшения вертикальной скорости. Если значительное уменьшение вертикальной скорости начинается с работающим автоматом тяги, то автомат тяги увеличит мощность двигателей для выдерживания заданной воздушной скорости, что увеличит воздушный участок и создаст кабрирующий момент. А это ещё и разбалансирует самолёт. Нужно будет компенсировать кабрирующий момент, а сразу же после того как всё же уменьшим тягу до малого газа, нужно будет компенсировать уже пикирующий момент. Всё это не прибавляет комфорта в непосредственной близости от земли. Но если мы попали в ситуацию, когда с началом выравнивания самолёта вертикальная скорость больше чем нам необходима, но не такая большая, что нужно уходить на второй круг, мы можем поставить РУДы в положение малого газа (idle) в момент касания полосы основными стойками шасси. Не позже!
Далее следует этап пробега, выполнение которого мало чем отличается от выполнения на других самолётах. Но, поскольку в наше время приходится учить пилотированию самолёта А320 пилотов, имеющих небольшой опыт пилотирования, стоит вспомнить, что для правильного выдерживания направления взгляд пилота должен быть на осевой линии ВПП максимально далеко от самолёта. Постоянное воздействие на педали в процессе пробега всегда есть следствие того, что взгляд пилота направлен на осевую в непосредственной близости от самолёта. И не стоит выходить на осевую как можно быстрее. Задача выдерживания направления на пробеге состоит в том, чтобы обеспечить такое движение самолёта, чтобы вектор скорости не был направлен за пределы ВПП.
Теперь поговорим об исправлениях ошибок на посадке.
Самые большие сложности на посадке вызывает высокое выравнивание или взмывание.
Обсудим причины, которые могут привести к высокому выравниванию. Основных причин несколько и их желательно знать для того чтобы воспользоваться главным универсальным правилом в исправлении ошибок при пилотировании самолёта: САМЫЙ ПРОСТОЙ СПОСОБ ИСПРАВЛЕНИЯ ОШИБКИ ПИЛОТИРОВАНИЯ - ИЗБЕЖАТЬ ЕЁ.
Избежать ошибки пилотирования позволяет в первую очередь знание причин этой ошибки. Причинами высокого выравнивания самолёта чаще всего являются:
- Повышенная (выше привычной) скорость в момент начала выравнивания. Обычное отклонение руля высоты создаёт больший кабрирующий момент со всеми вытекающими.
- Поздняя установка РУДов на режим малого газа. Если в момент начала выравнивания скорость заданная, то с началом искривления глиссады (а выравнивание и есть искривление траектории) скорость начинает падать (нам это и нужно), а АТ поддерживает заданную скорость. Это приведёт к увеличению кабрируещего момента вследствие того что вектор тяги двигателей находится ниже ЦТ самолёта. Те же последствия (даже немного хуже) будут и в случае плавной установки РУДов на режим МГ в процессе выравнивания.
- Эффект узкой полосы так же может привести к высокому выравниванию. Для того чтобы избежать этой проблемы необходимо разбирать особенности приземления на предпосадочном брифинге и использовать помощь аудио команд радиовысотомера.
- Раннее начало выравнивания из-за страха жесткого приземления на первоначальном этапе обучения или после жесткого приземления.
– уход на второй круг с высоты ниже 50 футов,
– забрать управление кнопкой Take Over PB и, удерживая эту кнопку, выполнить приземление, а также
– отключить автопилот на высоте ниже 200 футов и выполнить посадку в ручном режиме в реальном, не тренажёрном, полете.
Всё это позволит инструктору в реальном полете иметь возможность контролировать не только параметры полёта, но и поведение ученика. В этом случае нас интересуют глаза и руки обучаемого. Это позволит на раннем этапе определить возможное отклонение и установить причину ошибки для анализа и исправления. Техника исправления высокого выравнивания описана в методической литературе и сводится в основном к двум моментам:
– Исключить потерю скорости и увеличение тангажа
– Своевременно выявить невозможность безопасного приземления или выполнить прерванную посадку (Bulked Landing).
Если пилот-инструктор знает причину высокого выравнивания, то объяснить пилоту, что нужно делать, чтобы устранить эту ошибку труда не представит.
Следующая проблема на посадке это позднее выравнивание самолёта. Причинами позднего выравнивания могут быть:
– Стремление избежать перелёт, который стал очевиден ученику на высоте 100 футов (как правило, на ранней стадии обучения) и отдача РУС от себя.
– Особенности зрительного восприятия широкой посадочной полосы после посадки на узкую полосу.
– Сложности в визуальном определении высоты начала выравнивания:
– Темная полоса, особенно ночью
– Слепящий солнечный свет
– Отвлечение внимания от пилотирования (птица, звук etc.)
– Возврат РУС в нейтральное положение (отпускание) в процессе выравнивания. В основном на ранней стадии обучения.
– Высокое выравнивание самолёта в предыдущем полёте может привести к позднему выравниванию.
Исправление позднего выравнивания много сложнее чем высокого выравнивания вследствие дефицита времени. Опять же техника исправления непосредственно позднего выравнивания не относится к теме данной работы поскольку это уже обучение пилотированию инструктора. Но актуальность этой темы в свете того, что ушли в прошлое аэродромные тренировки пилотов перед получением первоначального допуска к инструкторской работе, заставляет остановиться на этой проблеме.
Естественно, что лучше научить стажёра избегать позднего выравнивания и не доводить ситуацию до прерывания посадки.
Так же серьёзной проблемой при выполнении приземления может быть ранняя установка РУДов на малый газ при перелёте. Это обучаемый может сделать неосознанно для предотвращения перелёта. Если перелёт значительный, то и уменьшение режима может быть очень ранней, что приведёт к потере скорости на большой высоте и, как следствие, к жёсткому приземлению. Здесь только один совет: При перелёте нужно быть к этому готовым, особенно при выполнении посадки с установкой обеспечить короткий пробег (короткая ВПП, попутный ветер, требование освободить полосу по определённой РД, etc.)
Если нам известны причины, ошибки, то её устранение это рутинная задача.
Для того чтобы избежать ошибки определения начала выравнивания по внешним факторам нужно обращать внимание на факторы, которые могут к этому привести перед каждым заходом на предпосадочном брифинге с выдачей рекомендаций по исключению ошибки.
Такими рекомендациями могут быть:
– уделять внимание RA Callouts. Имея такую установку, ученик при выполнении посадки будет настроен контролировать свою визуальную оценку высоты начала выравнивания аудио информацией от радиовысотомера.
– Правильно переносить взгляд в момент начала выравнивания.
– Учитывать условия ухудшающие визуальное определение высоты самолёта при приземлении.
Для того чтобы не возникали проблемы позднего выравнивания (невыравнивания) инструктор должен быть готов к тому, что такая проблема может иметь место. То есть на этапе выравнивания инструктор постоянно мониторит поведение стажёра по алгоритму:
Для того чтобы воспользоваться предыдущей рекомендацией инструктор должен иметь навык пилотирования с зажатой кнопкой отключения автопилота.
Если в процессе выравнивания самолёта возникает крен, то чаще всего это неправильная регулировка подлокотника. В этом случае стоит вернуться к правильной регулировке кресла.
Внимание: Регулировка кресла на ВС А320 электрическая. Это более надёжная регулировка, чем механическая, но необходимо помнить, что на критических этапах полета пилотирующему пилоту категорически запрещается выполнять регулировку кресла. Потому что замыкание переключателя регулировки кресла приведёт к его неконтролируемому перемещению. А на этапах взлёта и посадки более чем опасно.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящей работе автор старался обсудить моменты, которые не описаны или недостаточно описаны в различных методических пособиях и руководствах. Выбор тем для обсуждения носит абсолютно субъективный характер.
Читайте также: