*-* آشنایی با سامانه خلبان اتوماتیک (Autopilot) *-*

[CAPTAIN PILOT]

 [External Link Removed for Guests]  
  سامانه خلبان اتوماتیک (Autopilot) یک سیستم مکانیکی, الکترونیکی و یا هیدرولیکی جهت هدایت یک وسیله نقلیه و بدون دخالت انسان میباشد. سیستم Autopilot میتواند بر روی انواع هواپیما, چرخ دنده ها و پروانه های هم محور قایق و همچنین موشک های هوا فضایی و نظامی نصب و مورد استفاده قرار گیرد. سامانه Autopilot در هواپیماهای امروزی گاهی نیز با نام George شناخته میشود!

 اولین سامانه های Autopilot:

در اولین روزهای رونق صنعت حمل و نقل هوایی و هوانوردی, هواپیماها جهت حفظ ایمنی پرواز, نیاز مبرمی به توجه خلبانان در طول پرواز داشتند و با توجه به برد پروازهای طولانی و ساعت های مداوم پرواز, خلبانان دچار خستگی انکار ناپذیری میشدند, در آن دوره سیستم Autopilot جهت انجام برخی از وظایف خلبان در طول پرواز طراحی گشت.


[External Link Removed for Guests]

سامانه خلبان اتوماتیک برای اولین بار در سال 1912 میلادی, توسط کمپانی Sperry توسعه یافت. در آن دوره سامانه خلبان اتوماتیک به جهت کنترل و هدایت هیدرولیکی فرامینی همچون Elevator ها و Rudder با نشاندهنده های Heading (جهت نما) و Altitude (ارتفاع نما) هماهنگ گردید. این قابلیت باعث شد تا هواپیماهای مجهز به Autopilot در آن زمان بتوانند بدون توجه ویژه خلبان, در جهت تعیین شده قطب نمایی (Compass Course) و به صورت مستقیم و بدون تغییر ارتفاع (Straight and Level) پرواز نمایند و بدین ترتیب بار کاری خلبان در طول پرواز تا حد زیادی کاهش یافت.

[External Link Removed for Guests]

آقای Lawrence Sperry (پسر مخترع مشهور: Elmer Sperry) 2 سال پس از آن و در سال 1914 میلادی, در جریان برگزاری مسابقه ایمنی پرواز در پاریس از این سیستم پرده برداری نمود. در این مسابقه Lawrence Sperry با به پرواز در آوردن یک هواپیمای کوچک و کنترل از راه دور در حضور تماشاچیان, اعتبار و ارزش اختراع خود را به همگان نشان داد. این سیستم خلبان اتوماتیک قادر به انجام نشست و برخاست هواپیما به صورت کاملا" اتوماتیک بود و در همان دوره, فرماندهی نظامی فرانسه نصبت به خرید و بهره برداری از سیستم Autopilot ساخت آقای Sperry علاقه نشان داد. آقای Wiley Post در سال 1933 میلادی, با استفاده از سیستم خلبان اتوماتیک ساخت Sperry توانست در کمتر از 8 روز دور دنیا را طی نماید.

[External Link Removed for Guests]

پس از آن دوره , Autopilot بازهم توسعه یافت و از جمله دست آوردهای آن میتوان به بهبود الگوریتم های کنترلی در خصوص Servo (موتور) های مکانیکی و هیدرولیکی اشاره داشت. همچنین میتوان به بهره گیری از رادیو های کمک ناوبری و امکان پرواز در شب و آب و هوای نامساعد را از جمله مزایای توسعه Autopilot دانست. در سال 1947 میلادی, نیروی هوایی ایالات متحده آمریکا با نصب سامانه Autopilot بر روی یکی از هواپیماهای C-53 خود توانست یک پرواز کامل (شامل نشست و برخاست) بر فراز اقیانوس اطلس را با بهره گیری از این سیستم به انجام برساند.

[External Link Removed for Guests]

در اوایل سال 1920 میلادی, یک فروند کشتی استاندارد حمل روغن با نام J.A Moffet به سامانه Autopilot مجهز گشت.

 سامانه های مدرن Autopilot:

امروزه همه هواپیماهای مسافربری با Autopilot پرواز نمیکنند. حتی قدیمی ترین و کوچکترین هواپیماهای عمومی در جهان نیز توسط دستان خلبان کنترل و هدایت میشوند و این در حالی است که هم اکنون نیز برخی از هواپیماهای مسافربری کوچک و با ظرفیت کمتر از 20 سرنشین بدون استفاده از خلبان اتوماتیک و تنها توسط 2 خلبان پرواز مینمایند. اما طبق مقررات بین المللی حمل و نقل هوایی, نصب و استفاده از سیستم Autopilot در هواپیماهای دارای بیش از 20 صندلی الزامی میباشد. بطور کلی در هواپیماهای کوچک, 3 سطح متفاوت برای کنترل و بهره گیری از Autopilot وجود دارد.

1- خلبان اتوماتیک تک محور (Single Axial): این سیستم تنها میتواند هواپیما را حول محور طولی (Roll) و با استفاده از Aileron ها کنترل نماید, این نوع Autopilot به تنظیم کننده بال نیز معروف میباشد.

2- خلبان اتوماتیک دو محور (Two Axial): این سیستم علاوه بر کنترل محور طولی و حرکت Roll میتواند هواپیما را حول محور عرضی (Pitch) نیز کنترل نماید. یکی دیگر از قابلیت های این سیستم, توانایی دفع و مقابله با لرزش های طولی وارده به هواپیما میباشد. همچنین این سیستم جهت هدایت و پرواز دقیق, میتواند با رادیوهای کمک ناوبری ارتباط برقرار نماید و اینگونه میتوان شاهد یک پرواز ایمن و آسوده بود.

3- خلبان اتوماتیک سه محور (Three Axial): این سیستم علاوه بر کنترل و هدایت هواپیما حول محورهای گذشته, از توانایی کنترل و هدایت حول محور عمودی (Yaw) نیز برخوردار میباشد. هواپیماهای کوچک قابلیت نصب و تطابق با این سیستم را ندارند.

 [External Link Removed for Guests]

[External Link Removed for Guests]

اکثر هواپیماهای مدرن امروزی از سامانه خلبان اتوماتیک 3 محوره بهره میبرند و این سیستم توانایی کنترل و هدایت هواپیما در تمامی مراحل: تاکسی, برخاست, صعود, سیر, نزول و تقرب را دارا میباشد. اما ممکن است بعضی از Autopilot های مدرن و اتوماتیک Tree Axial توانایی کنترل و حرکت هواپیما بر روی زمین (Taxi) را نداشته باشند. بخشی از قوانین تالیف شده در CAT III B به توانایی فرود در مرکز (وسط) باند با استفاده از Autopilot و سیستم موسوم به Auto Land اختصاص دارد و امروزه این قابلیت در اکثر فرودگاه های مهم و دارای آب و هوای نامساعد (مخصوصا" هوای مه آلود) لازم الاجرا میباشد. کنترل مراحلی همچون: فرود, اصلاح چرخش های طولی, خزش بر روی باند و پارک هواپیما در رده CAT III C قرار میگیرند (این رده هم اکنون مورد استفاده عمومی قرار نمیگیرد اما ممکن است در آینده نه چندان دور به صورت الزامی در فرودگاه های مهم و پر ترافیک جهان به اجرا درآید). خلبان اتوماتیک همواره به عنوان یک عضو جدایی ناپذیر از سیستم مدیریت پرواز (Flight Management System یا FMS) شناخته میشود.

[External Link Removed for Guests]

Autopilot های مدرن برای هدایت هواپیما از نرم افزارهای کامپیوتری بهره میبرند. این نرم افزار با استفاده از بازخوانی موقعیت هواپیما و کنترل فرامین آن, اقدام به هدایت هواپیما مینماید. در این سیستم, خلبان اتوماتیک علاوه بر کنترل هواپیما به روش کلاسیک, اقدام به کنترل پارامترهای محوری همچون تنظیم گاز(Throttle) و سرعت هواپیما و همچنین انتقال سوخت بین مخازن به جهت بالانس وزن در طول پرواز مینماید. اگرچه Autopilot در برابر شرایط سخت و خطرناک کمی ناسازگار میباشد اما استفاده از آن به لحاظ مدیریت مصرف سوخت نسبت به پرواز های کنترل شده توسط خلبان مقرون به صرفه تر میباشد. در هواپیماهای بزرگ و مدرن, خلبان اتوماتیک جهت دریافت اطلاعات از موقعیت و ارتفاع هواپیما از سیستمی موسوم بهInertial Guidance System (سیستم هدایت با استفاده از اینرسی حرکتی) بهره میبرد. این سیستم تمامی خطاهای به وقوع پیوسته در طول پرواز را جمع بندی مینماید. مکانیزم حرکتی این سیستم به صورت یک Gyroscope چرخشی و حول یک محور میباشد و اگر خطایی در چرخش Gyro بوقوع بپیوندد به نشانه بروز خطا و انحراف در پرواز میباشد. (این موضوع به ماهیت فیزیکی و قانون دوران حول محور واحد بازمیگردد), پس از شناسایی انحراف نوبت به اندازه گیری ان میرسد, با توجه به حساسیت این مرحله, معمولا" از تکنولوژی لیزر جهت اندازه گیری دقیق میزان انحراف بهره میبرند.

[External Link Removed for Guests]

پس از بدست آوردن میزان انحراف, جهت محاسبه اختلاف بین این دو, داده ها توسط سیگنال های دیجیتال و پردازنده آنها به فیلترهای موسوم به Kalman انتقال میبابند تا در آنجا تحت 6 پارامتر مورد ارزیابی واقع شوند. این 6 پارامتر عبارت هستند از: دوران طولی (Roll), دوران عرضی (Pitch), دوران عمودی (Yaw), ارتفاع (Altitude), طول و عرض جغرافیایی. در طول یک پرواز ممکن است به دلیل خطاهای مکانیکی موجود در Gyroscope ها, نسبت به مسیر اصلی و از پیش تعیین شده, انحرافاتی بوجود آید, لذا لازم است تا این انحرافات توسط رادیوهای کمک ناوبری همچون DME و GPS بطور مستمر مورد ارزیابی و تصحیح قرار گیرند.

[External Link Removed for Guests]

 جزئیات سیستم کامپیوتری:

سخت افزار بکار رفته در Autopilot نسبت به سایر نمونه های موجود دارای تفاوت های عمده ای میباشد و این تفاوت ها باعث شده اند تا این سیستم از قابلیت اطمینان بسیار بالایی برخوردار باشد. به عنوان مثال, سامانه Autopilot با نام تجاری AFDS-770 ساخت کمپانی Rockwell Collins که امروزه در انواع هواپیماهای Boeing 777 مورد استفاده قرار میگیرد, از میکرو پردازنده های فوق العاده حساس FCP-2002 که در یک فرآیند تشعشعی مقاوم گردیده اند بهره میبرد. کلیه نرم افزارها و سخت افزارهای مرتبط با سامانه Autopilot پیش از استفاده و نصب, تحت دقیقترین آزمایشات و تست های فنی قرار میگیرند.

 [External Link Removed for Guests]

ممکن است برخی از Autopilot ها از طراحی متفاوتی بهره ببرند. برای امنیت و ایمنی بیشتر, اکثر فرآیندهای پردازشی در سخت افزارهای موجود, تنها بر روی یک کامپیوتر اجرا نمیشوند و ممکن است در طول پرواز تعدادی کامپیوتر پشتیبان نیز وارد عمل شوند. همچنین این برنامه ها تحت زبان های متفاوتی نوشته میشوند تا در صورت بروز خطا در یک زبان, سیستم بتواند آن بند را از روی زبان های دیگر بررسی نماید. بطور کلی در چنین پروسه ای, امکان هرگونه تکرار اشتباه مهندسی و ویرایشی بعید به نظر میرسد!

[External Link Removed for Guests]

فرآیند طراحی و توسعه کامپیوتری سیستم های Autopilot بسیار پر هزینه و دشوار میباشد, لذا شرکت های مهندسی بسیار کمی در دنیا وجود دارند که میتوانند نسبت به طراحی چنین سیستمی وارد عمل شوند. به عنوان مثال در یک شاتل فضایی که از سیستم Autopilot با این تکنولوژی بهره میبرد, از 5 کامپیوتر مرکزی استفاده میگردد که همواره 4 عدد از آنها در حال پردازش و یکی در حال گرفتن نسخه پشتیبان و مستقل از کل سیستم میباشد.

[External Link Removed for Guests]  



==============================

ترجمه, تالیف و تنظیم: CAPTAIN PILOT

منابع: [External Link Removed for Guests] و نویسنده

[HIGHLIGHT=#ffc000]هرگونه کپی برداری از این مطلب, تنها با ذکر نام CentralClubs.Com به عنوان منبع, و نویسنده مجاز میباشد.  

=================================