«Полёт на автомате»: как умные технологии изменили управление самолётом

Первые аэропланы мало чем отличались от первых автомобилей: силу для покорения небес они получали от бензиновых поршневых моторов, а эффективность управления зависела от острого глаза и крепкой руки пилота. Однако по мере совершенствования техники и увеличения дальности полётов конструкторы стали задумываться над автоматизацией полётов, чтобы уменьшить нагрузку на пилота и, соответственно, сократить риски при продолжительном нахождении аэроплана в воздухе.

Об этом рассказывает начальник департамента механики полёта ПАО «Яковлев» (входит в Объединённую авиастроительную корпорацию Ростеха) Сергей Алексеев.

Автопилоты первых поколений

Работу первого автопилота успешно продемонстрировал американец Лоуренс Сперри в далёком 1914 году, спустя чуть больше 10 лет после исторического полёта братьев Райт. Изобретённое им устройство позволяло стабилизировать параметры полёта воздушного судна по курсу и тангажу (углу наклона). Этот и другие подобные «стабилизаторы» аэропланов позволяли разгрузить пилота при простом горизонтальном полёте или при прямолинейном наборе высоты, когда от пилота не требовалось совершать каких-то особых действий.

— Предпосылкой для изобретения такого рода устройств стало появление на борту самолётов первых пилотажно-навигационных приборов, по которым члены экипажа могли отслеживать параметры движения самолёта и его углового положения. Тогда естественно родилась идея: если мы уже можем оценивать параметры полёта, почему бы на основании этих параметров не обеспечить какую-то автоматизацию управления ими, — отмечает эксперт.

С усложнением авиационной техники и кратным увеличением дальности полётов потребовалась разработка более сложных устройств, которые позволяли бы не только стабилизировать полёт по горизонтали, но и обеспечивать запланированные манёвры, не требующие большой точности, такой как, например, при заходе на посадку. Это потребовало от конструкторов создания дополнительного, независимого от лётчика, контура управления самолётом, включая собственные исполнительные механизмы — рулевые машинки автопилота. Автопилот становился «умнее»: он не просто стабилизировал отдельные параметры полёта, но, отталкиваясь в своих управляющих действиях от сигналов самолётных датчиков, мог обеспечивать маневрирование по заданной экипажем траектории полёта.

Однако усложнение техники имеет и свою оборотную сторону: чем сложнее техника, тем больше отказных сценариев необходимо рассмотреть для обеспечения надёжности и отказобезопасности. Поэтому конструкторам пришлось подумать и о запасных механизмах, которые бы позволили отключать агрегаты автопилота от рулевых поверхностей самолёта в случае их неправильной работы или отказа. Например, на массовом советском пассажирском лайнере Ту-134 существовали специальные управляемые экипажем пиротехнические механизмы аварийного отстрела рулевых машинок автопилота, которые отключали этот дополнительный канал управления, когда работа автопилота после отказа была недопустима или значительно усложняла ручное пилотирование. В любом случае, экипаж всегда мог отключить автопилот самостоятельно и перейти на ручное управление воздушным судном.

Электроника в помощь

Массовое внедрение электроники в 1960-1970-х годах привело к развитию цифрового бортового радиоэлектронного комплекса самолётов, что, конечно же, сказалось и на автопилоте.

Прежде всего, на времени его работы. Электро-дистанционные системы управления (fly-by-wire) позволили продлить автоматический полёт на любую дистанцию за счёт повышения надёжности работы и точности ставших электронными датчиков.

Кроме того, у современного самолёта практически для каждой бортовой системы появляются свои электронные блоки управления — вычислители. В состав САУ (система автоматического управления) вошёл автопилот, автомат управления тягой — всем этим управляет бортовой компьютер, который подключается через провода к тем же каналам управления самолётом, что и пилот для дистанционных систем управления. Это позволило уйти от дублирования агрегатов для ручного и автоматического управления рулевыми поверхностями, что, в свою очередь, положительно сказалось на весе конструкции и, как следствие, на экономичности пассажирских лайнеров.

Внедрение электроники и развитие цифрового бортового оборудования привело к значительному росту объёма работ при разработке авиационной техники в части валидации и верификации бортового радиоэлектронного оборудования и программного обеспечения. В совокупности со становлением процессов, стандартов, требований для разработки авиационного радиоэлектронного оборудования и программного обеспечения за счёт значительного повышения надёжности и отказобезопасности это замедлило введение в строй новых самолётов, на разработку которых сейчас уходят иногда целые десятилетия.

Однако в том числе благодаря такому развитию автопилота мы теперь можем безопасно совершать длительные перелёты типа Москва — Владивосток или Сан-Франциско — Нью-Йорк. В 1930-е годы, например, чтобы покрыть такую дистанцию в СССР приходилось совершать две посадки, в США — одну посадку с ночёвкой пассажиров.

Таким образом, переход от аналогового управления к современной электронике произвёл настоящую революцию в области автоматического пилотирования и помог сильно упростить жизнь пилотам и пассажирам, а также повысить безопасность полётов.

Материал подготовлен при поддержке Минобрнауки России