سیستم های کنترل پرواز خودکار

خلبان خودکار یک سامانه است که برای هدایت یک هواپیما بدون کمک انسان استفاده می‌شود. که حتی برای فضاپیما و موشک نیز استفاده می شود.

سیستم های کنترل پرواز خودکار(Automatic Flight Control Systems: AFCS)

سیستم هایی هستند که شامل سطوح کنترل پرواز مانند ایلرون ها، اولویتور و غیره به همراه مکانیزم های مرتبط با آن ها مثل سروو-اکچویتور ها(Servo-Actuators)، سنسورهای مختلف مانند ژیروسکوپ، کامپیوترهای پروازی می باشند، که از آن ها برای کنترل مسیر پرواز، ضمانت پایداری هواپیما و غیره، به صورت خودکار مورد استفاده قرار می گیرند. سیستم های افزاینده ی پایداری و نیز خلبان خودکار از زیر مجموعه های سیستم های کنترل پرواز خودکار می باشند. این سیستم ها، کاملاً جایگزین انسان برای کنترل وسیله نمی‌شود، بلکه به وی این امکان را می دهد تا تمرکز بیشتری بر روی مسائل دیگر داشته باشد و خلبان فقط بر درستی و کیفیت عملکرد سیستم و دنبال کردن مسیر نظارت کند. در جدول زیر تنها بخشی از این سیستم ها را برای نمونه، که در اکثر هواپیماهای بزرگ امروزی وجود دارند، آورده ایم. توجه شود که جدول زیر تنها برخی از این سیستم ها می باشد.:

سیستم های کنترل طولی	سیستم های کنترل عرضی-سمتی
نگه دارنده ی زاویه (Pitch Attitude Hold Mode)	میراگر یاو(Yaw Damper)
نگه دارنده ارتفاع بارومتریک	نگه دارنده ی زاویه رول
نگه دارنده سرعت (Airspeed or Mach Hold)	نگه دارنده جهت مسیر (Heading Angle Hold Mode)
سیستم مانور Pitch	دور موزون
کنترل Thrust خودکار	سیستم دنبال کننده راستای موج رادیویی فرکانس بالا (VHF Omnidirectional Range:VOR)
دنبال کننده زاویه گلاید در هنگام فرودخودکار	سیستم فرود خودکار

سیستم‌های افزاینده ی پایداری

سیستم‌های افزایندهی پایداری (Stability Augmentation System: SAS) نوعی از سیستم‌های کنترل اتوماتیک پرواز هستند. هرچند به جای قرار دادن هواپیما در یک شرایط یا مسیر از پیش تعیین شده، باعث اصلاح میرایی نوسانات به مقدار مطلوب، بدون در نظر گرفتن شرایط و مسیر پروازی می‌شود. سیستم افزایندهی پایداری می‌تواند باعث پایداری هواپیما در یک یا چند محور بشود. برای مثال، یک نوع معمول آن میراگر یاو(Yaw Damper) نام دارد که برای پایداری و برطرف کردن مود غلت هلندی(Dutch Roll) در هواپیماهای دارای Sweep back می‌شود؛ و نیز برخی از این سیستم‌ها همراه با سیستم اتوپایلوت هستند. میراگرهای یاو شامل حسگر نرخ یاو، کامپیوتر یا آمپلیفایر و سروو-اکچویتور(Servo-Actuator) می‌باشد. این سیستم با استفاده از سنسور خود، زمان شروع نوسان غلت هلندی را می‌سنجد. رایانه میزان جابه جایی‌های سکان عمودی را محاسبه کرده و سپس به عملگرها فرمان مربوطه را می‌دهد تا سطوح کنترلی را حرکت دهند. از آنجا که تمام هواپیماهای دارای بال سوییپ(Sweep back)، مود داچ-رول ناپایداری دارند، از این سیستم، در آن‌ها استفاده می‌شود.

نخستین خلبان خودکار

در روزهای اولیه از حمل و نقل هوایی، هواپیماها به منظور یک حمل و نقل هوایی به یک خلبان جهت پرواز ایمن نیاز داشتند. محدوده زمانی پرواز گاهی اوقات افزایش میابد و این خود باعث خستگی جدی می‌گردد. خلبان اتوماتیک طراحی شده است برای انجام برخی از وظایف خلبان. اولین خلبان اتوماتیک هواپیما توسط شرکت اسپری در سال ۱۹۱۲ توسعه داده شد. خلبان اتوماتیک به یک شاخص عنوان ژیروسکوپی و شاخص اپراتور هیدرولیکی و سکان متصل بود. ایلرونز به بال دوسطحی برای تولید پایداری ثبات رول متصل ولازم نبود. این مجازه که هواپیما بر روی یک سطح پرواز کند و از حجم کار خلبان کاسته بشود. همه هواپیمای مسافربری پروازی امروزی یک سیستم خلبان اتوماتیک دارا می‌باشند..

در این سیستم ها، هدف کاهش بار کاری خلبان و همچنین افزایش راحتی مسافران می باشد. اما این به این معنا نیست که چنین سیستم هایی همواره و در هر شرایط جوی، ایمنی در پرواز را برقرار می کنند، بنابراین تمام این سیستم ها طوری ساخته می شوند که در هنگامی که خلبان متوجه شود که آنها به درستی کار نمی‌کنند، آنها را بتوانند از کار بیندازند و به حالت کنترل دستی بازگردانند. در زیر روند پیشرفت این سیستم ها را در طول زمان می توان مشاهده کرد:

• کاهش بار کاری خلبان و افزایش راحتی مسافران
• افزایش ایمنی با افزایش کیفیت خوشدستی(Handling)
• افزایش کارآیی در شرایط جوی نامناسب تر

منابع

·  Jan Roskam; Airplane Flight Dynamics and Automatic Flight Controls, Part II, Lawrence, 1998

·  Brian L. Stevens, Frank L. Lewis; Aircraft Control and Simulation, 2nd Edition, John Wiley & Sons, Inc. , 2003