УДК 629.7

Развитие систем автоматического управления полетом воздушных судов

Семенин Сергей Станиславович – студент Санкт-Петербургского государственного университета гражданской авиации

Журавлёв Иван Сергеевич – студент Санкт-Петербургского государственного университета гражданской авиации

Сагитов Дамир Ильдарович – кандидат технических наук, доцент кафедры «Системы автоматизированного управления» Санкт-Петербургского государственного университета гражданской авиации

Аннотация: Статья обсуждает возможность появления полностью автономных систем управления самолетами в будущем. Авторы указывают на то, что на данный момент сложно сказать, когда это произойдет, но с постоянным развитием технологий и исследований в этой области, это становится все более реальной перспективой. В статье также отмечается, что для реализации таких систем необходимо учитывать множество факторов, включая технические возможности, безопасность, регулирование и доверие общества к таким системам.

Ключевые слова: автопилот, авиация, промышленность, стандарты безопасности, искусственный интеллект, перспективы развития, технологии, исследования, проблемы, человеческий фактор.

Авиационная промышленность постоянно стремится повысить безопасность полетов и уменьшить вмешательство человека в процесс пилотирования самолета.

Важным направлением такого развития является разработка автопилотов, позволяющих летательным аппаратам осуществлять автономный полет без вмешательства пилота. Со временем автопилоты прошли путь от простых механических систем до сложных автоматизированных систем, способных поддерживать стабильность и надежность в полете.

 В статье представлен обзор современных технологий и достижений в этой области, рассмотрены сроки появления автопилотов, способных управлять самолетом в автономном режиме.

Первые шаги в создании автопилотов в авиации были предприняты ещё в начале 20-го века. Одним из ранних примеров автопилота была система, созданная в 1912 году Лоуренсом Сперри (Lawrence Sperry), американским инженером и изобретателем. Он разработал гиростабилизатор, который мог автоматически управлять высотой и углом атаки самолёта.

Затем в 1930-х годах автопилоты стали более распространёнными и разнообразными. Одним из важных этапов стало внедрение трехосевых автопилотов, которые управляли высотой, креном и тангажем. Эти системы стали широко использоваться в авиации того времени.

Во время Второй мировой войны автопилоты стали стандартным оборудованием для военных самолётов. Они позволяли пилотам сосредотачиваться на выполнении боевых задач, а не постоянном управлении самолётом.

С развитием электроники в послевоенные годы автопилоты стали все более сложными и точными. В 1950-60-х годах появились автопилоты с инерциальными навигационными системами, которые обеспечивали высокую стабильность и точность полета.

Сегодняшние автопилоты в авиации обладают различными функциональными возможностями, которые могут различаться в зависимости от типа воздушного судна и уровня автоматизации. Вот некоторые общие функции и возможности современных автопилотов:

  1. Управление полетом:
  • Автопилоты способны управлять ориентацией воздушного судна в трех основных направлениях: курсом (направление), креном (наклон) и тангажом (высота/наклон вверх-вниз).
  1. Автоматический пилотаж:
  • Автопилоты могут выполнять автоматический пилотаж, удерживая заданный курс, высоту и скорость. Это позволяет осуществлять долгие перелеты с высокой стабильностью.
  1. Автоматическое управление двигателями:
  • Современные автопилоты интегрированы с системами автоматического управления двигателями, что позволяет оптимизировать тягу и топливопотребление.
  1. Автоматическое следование маршруту:
  • Автопилоты способны следовать определенному маршруту, предварительно введенному пилотом или определенному авиационному компьютеру.
  1. Системы управления автоматической высотой (A/P):
  • Эти системы позволяют установить и поддерживать определенную высоту воздушного судна в автоматическом режиме.
  1. Системы автоматического приближения и посадки (AP/FD):
  • Некоторые автопилоты оборудованы системами, которые позволяют осуществлять автоматическое приближение и посадку в аэропортах, оборудованных соответствующей инфраструктурой.
  1. Системы управления скоростью (A/THR):
  • Эти системы автоматически управляют тягой двигателей, чтобы поддерживать заданную скорость.
  1. Системы детекции и избежания столкновений (TCAS):
  • Современные автопилоты интегрированы с системами TCAS, предназначенными для обнаружения и предотвращения столкновений с другими воздушными судами.
  1. Автоматическое управление навигацией:
  • Автопилоты используют системы инерциальной навигации и GPS для точного определения положения в пространстве и следования заданному маршруту.

Современные автопилоты значительно облегчают работу пилотов, повышают безопасность и эффективность полетов, а также предоставляют поддержку в сложных ситуациях. Однако важно отметить, что пилоты по-прежнему играют ключевую роль в управлении самолетом и принимают решения в критических ситуациях. Существует несколько препятствий для того, чтобы автопилоты стали полностью автономными, то есть способными принимать самостоятельные решения без вмешательства пилотов. Некоторые из основных препятствий включают в себя:

  1. Безопасность:
  • Автономные системы должны быть абсолютно надежными и обеспечивать высокий уровень безопасности. Возможность предотвращения аварий и адекватное реагирование на нештатные ситуации являются критическими аспектами.
  1. Нормативные и юридические вопросы:
  • Разработка и внедрение автономных систем требует установления строгих нормативов и стандартов, чтобы обеспечить их безопасное функционирование. Также нужно разработать юридические рамки для регулирования ответственности в случае инцидентов.
  1. Сложность авиационной среды:
  • Атмосферные условия, изменчивость погоды, сильные турбулентности и другие факторы делают авиацию сложной средой для автономных систем. Эффективное функционирование в таких условиях требует высокоточных и надежных датчиков.
  1. Человеческий фактор:
  • Пользовательское доверие к автономным системам и понимание их функций являются важными аспектами. Необходимо решить вопросы, связанные с тем, как пилоты и другие работники воздушного транспорта будут взаимодействовать с автономными системами.
  1. Ценовые и технологические ограничения:
  • Разработка и внедрение передовых технологий, необходимых для создания полностью автономных систем, может быть затратной. Также требуется обеспечить доступность этой технологии для всех сегментов авиации.
  1. Этические вопросы:
  • Вопросы, связанные с этикой использования автономных систем в критических ситуациях, например, вопросы о жизни и смерти, требуют серьезного обсуждения и разрешения.

Помимо этих факторов, необходимо продолжать исследования и тестирования, чтобы убедиться в том, что автономные системы в авиации могут действовать надежно в самых различных сценариях.

Перспективы уже существуют и активно изучаются в авиационной отрасли. Существует оптимизм по поводу возможности внедрения автопилотов, способных управлять самолетами в автономном режиме. С развитием технологий и ростом доверия к автономным системам авиационная промышленность может рассчитывать на достижение этой цели в ближайшие десятилетия.

Кроме этого, уже сейчас можно утверждать, что дальнейшее развитие систем управления самолетами откроет перед нами множество позитивных перспектив, которые могут привести к более безопасным, эффективным и доступным перевозкам.

  1. Повышение безопасности:
  • Развитие автопилотов может привести к созданию более продвинутых систем предотвращения столкновений, что значительно улучшит безопасность полетов. Автопилоты способны быстрее и точнее реагировать на нештатные ситуации, предотвращая аварии.
  1. Экономия топлива и снижение выбросов:
  • Продвинутые автопилоты могут оптимизировать маршруты, поддерживать стабильный полет и управлять двигателями более эффективно, что приводит к снижению расхода топлива и, как следствие, к снижению выбросов в атмосферу.
  1. Улучшение эффективности и пунктуальности:
  • Автопилоты способны точно следовать заданным маршрутам, оптимизировать процессы взлета и посадки, что приводит к сокращению времени в пути и улучшению пунктуальности рейсов.
  1. Расширение возможностей в сложных условиях:
  • Автопилоты могут обеспечивать более стабильный полет в сложных метеоусловиях и на больших высотах, что открывает новые возможности для планирования маршрутов и выполнения полетов.
  1. Сокращение человеческих ошибок:
  • Автопилоты помогут сократить человеческие ошибки, которые могут возникнуть из-за усталости, стресса или человеческого фактора, что, в свою очередь, повысит общую безопасность полетов.
  1. Борьба с дефицитом пилотов:
  • Автопилоты могут стать важным инструментом для справления с дефицитом опытных пилотов, обеспечивая надежную и безопасную авиацию при росте объема воздушного движения.
  1. Стимулирование инноваций:
  • Развитие автопилотов требует инноваций в области авиационных технологий, что может способствовать росту индустрии, стимулированию научных исследований и созданию новых рабочих мест.

В заключение, развитие автопилотов в авиационной промышленности прошло путь от простых механических систем до современных автоматизированных систем, использующих передовые технологии.  Современные автопилоты поддерживают курс и высоту и обеспечивают автоматический контроль и коррекцию параметров полета. Автоматизация воздушных судов-сложная и многогранная тема, требующая совместных усилий промышленности, научных кругов и регулирующих органов. Однако дальнейший прогресс в области технологий и безопасности может в будущем позволить автопилотам управлять самолетами автономно, повышая безопасность полетов и сокращая вмешательство человека.

Список  литературы

  1. Влияние человеческого фактора на безопасность полетов при техническом обслуживании авиатехники / А. И. Кружалов. // Научный вестник МГТУ ГА. – 2006. – N – С. 1-4
  2. Воробьев, В.В. Системы управления летательных аппаратов: учебник / В. В. Воробьев, А. М. Киселев, В. В. Поляков. – Москва : Изд-во ВВИА им. проф. Н. Е. Жуковского, 2008. – 203 с.
  3. Основы теории авиационных эргатических систем: учеб. пособие / В. С. Мехоношин. – Ульяновск: УВАУ ГА(И), 2011 – 75 с.
  4. Современное состояние и перспективы развития систем авиационного оборудования: материалы IV научно-практической конференции «Молодежные чтения, посвященные памяти Ю.А. Гагарина», Воронеж, 17 мая 2017 г. / отв. ред. В. В. Шипко. – Воронеж : ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», 2017. – 184 с.

Интересная статья? Поделись ей с другими: