Skip to content

Autopilot гэж юу вэ?

Autopilot-Агаарын хөлгийн автомат удирдлагын систем

Autopilot үүссэн түүх болон өнөөгийн autopilot

Autopilot яаж үүссэн бэ? Эрт үед агаарын хөлгийн хөгжил эхэлж байхад ойрхон зайд, бага цагаар л нисдэг агаарын хөлгүүд байсан. Үүний дараагаар агаарын хөлөг хөгжиж нислэгийн цаг ихсэж, зай холдсоноор нисгэгч байнгын гараар удирдаж, алдаагүй ажиллах нь маш хэцүү болж байсан. Иймээс нисгэгчийн ажлын механик ачааллыг багасгах, нислэгийг илүү аюулгүй болгох шаардлагын улмаас autopilot үүссэн байдаг. Анхны autopilot-г Sperry Corporation 1912 онд ашигласан бөгөөд тухайн үедээ гироскоп чигийг заагч (gyroscopic heading indicator) болон байдлыг үзүүлэх (attitude indicator) хэрэгслүүдийг ашиглаж байсан. Мөн зөвхөн rudder болон elevator-г удирддаг байсан байна.

Хөөрөлтийн жин 5700кг-аас дээш ба 10-аас дээш зорчигчидтой агаарын хөлөгт autopilot-той байхаар ИКАО-ийн болон ИНДБ-ийн дүрэмд заасан байдаг.   

Автомат удирдлагын систем

AFCS-Автомат нислэгийн хяналтын систем(Automatic flight control system)

Automatic flight control system (AFCS) нь сүүлийн үеийн тийрэлтэт агаарын хөлгүүдэд байх бөгөөд агаарын хөлгөөсөө хамаарч өөр өөр байх хэдий ч нийтлэг шинж чанартай хийгдсэн байна. Жишээ нь: DC9 агаарын хөлгийн AFCS-ийн нислэгийн аэродинамик нь Boeing-ийн агаарын хөлгүүдээс өөр байх хэдий ч хоёулаа байдлыг барих (attitude hold) горимтой байдаг.

Энэ тохиолдолд attitude hold горим нь автомат удирдлагын үйлдлийн хувьд хоёуланд нь ижилхэн байх хэдий ч агаарын хөлгийн аэродинамик шинж чанар нь өөр өөр учир үүнээс хамаарч өөр өөрийн шинж чанартай байна. AFCS бүр босоо болон чиглэлийн гироскоп (vertical and directional gyro)-оос attitude болон heading мэдээллийг дохио(signal) буюу мэдээлэл хэлбэрээр хүлээн авна. Үүний дараагаар өөрт буй гироскоп болон хурдатгал хэмжих хэрэгслээр(accelerometer) хэмжээд буцаад дохио буюу мэдээлэл явуулна. Ингэснээр агаарын хөлгийг тогтвортой байлгах боломжтой болно.

Өөрөөр хэлбэл AFCS-ийн компьютерүүд элетроник тархитай(electronic brain) байх бөгөөд мэдрүүрүүдээс дохио хүлээн авч боловсруулаад буцаагаад удирдлагын жолоонуудын цахилгаан болон шингэний актуаторууд руу явуулж удирдана.

Autopilot system-Автомат нислэгийн систем

Өнөө үеийн агаарын хөлгийн autopilot нь нисгэгчийн хүссэн 3 тэнхлэгийн дагуух хөдөлгөөний(pitch, roll, yaw) тэнцвэрийг хадгалдаг. Эдгээр 3 үндсэн тэнхлэгийн мэдээллийн эх үүсвэр болон ажиллагааны талаар тус бүрт нь илүү дэлгэрэнгүй авч үзье.

Агаарын хөлөг нь бие биетэйгээ перпендикуляр байрлах 3 тэнхлэгийг тойрон эргэдэг. Агаарын хөлгийн хүндийн төвийг дайрсан эгц дээш чиглэсэн тэнхлэгийг vertical буюу босоо тэнхлэг гэдэг. Энэ тэнхлэгийн дагуу агаарын хөлгийн хамар хажуу тийш эргэх хөдөлгөөнийг yaw буюу курс гэдэг. Курс нь чиглэлээ барина нислэг үйлдэх ба үндсэн удирдлагийн гадаргуу нь раддэр буюу чигийн жолоо ( Rudder) юм. Курсийн горим нь үндсэн мэдээллээ дэлхийн хойд туйлын соронзон орны чиглэл ( Magnitic sensor )-ээс авдаг ба энэхүү мэдээллийг автопилотын компьютер боловсруулан гүйцэтгэх механизм руу илгээн мэдээлэл өгч удирдлагийн эд анги ( Rudder )-ийг хөдөлгөнө. Эндээс буцах холбоосоор дамжина дахин автопилотын компьютерт очих ба анхны өгсөн өгөгдлөөс зөрсөн тохиолдолд  засварлан анхны өгсөнд горимд оруулна. Энэхүү чигийн мэдээллийг Navigation Display буюу навигацийн дэлгэц дээр харуулдаг. Раддэр хөдөлгөгч эд анги нь босоо тэнцвэржүүлэгчийн ард байрлах бөгөөд хөл педалаар удирдагдана. Зүүн педалыг дарвал раддэр зүүн тийш хөдлөх ба агаарын хөлөг мөн зүүн тийш эргэнэ. Мөн раддэр нь соронзон компьютерээс тэжээлээ авдаг.

Агаарын хөлгийн хүндийн төвийг дайрсан нэг далавчнаас нөгөө далавч хүртэлхийг  Lateral буюу хөндлөн тэнхлэг гэдэг.  Энэ тэнхлэгийг тойрон эргэх буюу агаарын хөлгийн хамар дээш эсвэл доош чиглүүлэх хөдөлгөөнийг pitch буюу тангаж гэнэ. Тангаж нь өндрөө барина нислэг үйлдэх ба үндсэн удирдлагийн гадаргуу нь  элеватор (Elevator ) буюу өндрийн жолоо юм. Тангажийн горим нь өндрийн мэдээллээ ADC-ээс авах ба ADC нь pitot-static хоолойн тусламжтай өндрийн хэрэглэлээс мэдээллээ авна. Өндрийн хэрэглэл  нь анеройд мембран дахь тогтмол даралт ба орчны статик даралт 2-ын харилцан үйлчлэлээр өндрийг хэмждэг.Энэхүү мэдээллийг автопилотын компьютер боловсруулан гүйцэтгэх механизм руу илгээн мэдээлэл өгч удирдлагийн эд анги ( Elevator )-ийг хөдөлгөнө. Эндээс буцах холбоосоор дамжина дахин автопилотын компьютерт очих ба анхны өгсөн өгөгдлөөс зөрсөн тохиолдолд  засварлан хэвийн горимд оруулна. Өндрийн мэдээллийг нислэгийн үндсэн дэлгэцэнд харуулдаг. Тэжээлээ анеройд мембранаас авна. Мөн элеватор хөдлөгч эд анги нь агаарын хөлгийн хэвтээ тэнцвэржүүлэгчийн ард байрлах ба хоорондоо зэрэгцээ ажиллагаатай хөдөлнө. Нисгэгч удирдлагаа ( stick \ yoke ) татах үед элеватор дээш өргөгдөж, түлхэх үед элеватор доош бууна.

Агаарын хөлгийн хүндийн төвийг дайрсан урд хамраас сүүл хүртэлхийг Longitudinal буюу уртааш тэнхлэг гэнэ. Энэ тэнхлэгийг тойрон эргэх буюу агаарын хөлгийн далавч дээш, доош эргэх  хөдөлгөөнийг roll буюу крен  гэж нэрлэх бөгөөд үндсэн удирдлагын гадаргуу нь элерон юм. Крен нь хазайлтыг барина нислэг үйлдэх ба AHRS-ын платформ ( gyro and accelometer ) буюу нислэгийн анхны барьсан горимоос үүссэн хазайлтыг засварлана . Өөрөөр хэлбэл AHRS -аас авсан мэдээллийг автопилотын компьютер боловсруулан гүйцэтгэх механизм руу илгээн мэдээлэл өгч удирдлагийн эд анги ( Элерон )-ийг хөдөлгөнө. Эндээс буцах холбоосоор дамжина дахин автопилотын компьютерт очих ба анхны өгсөн өгөгдлөөс зөрсөн тохиолдолд  засварлан хэвийн горимд оруулна. Элерон хөдөлгөгч эд анги нь далавчны ард байрлах ба хоорондоо эсрэг ажиллагаатай. Нисгэгч удирдлагаа ( Stick\yoke) баруун тийш хөдөлгөхөд баруун элерон дээш, зүүн элерон доош хөдөлнө. Баруун элерон өргөгдөхөд тухайн баруун далавчны өргөх хүч багасан агаарын хөлөг баруун тийш эргэнэ. Крен нь тэжээлээ гироскопоос авдаг.

Агаарын хөлгийн тогтвортой нислэгийг хангахын тулд дараах зүйлсийг заавал хийх хэрэгтэй:

  1.  Нисгэгчийн сонгосон агаарын хөлгийн attitude hold-г мэдэж байх
  2. Яг одоо агаарын хөлгийн байдал ямар байгаа талаар үзүүлэлт зөв байх
  3. Хэрэв дээрх 2 үйлдэл зөрүүгүй буйвал нисгэгчид мэдээллэх
  4. Алдаа болон ялгааг засахын тулд жолоодлогын гадаргуугийн дохиог ашиглаж хурд болон өөр шаардлагатай өөрчлөлтүүдийг гаргах

Нисгэгч буюу хүн бол өөрийн мэдэрхүйгээр агаарын хөлгийн байрлалыг тодорхойлдог. Тэгээд тархиндаа боловсруулан шаардлагатай зөв хариу үйлдлийг хийхийн тулд дохиог гар хөл буюу булчин руугаа явуулж агаарын хөлгийг удирддаг. Autopilot system нь хүний хийх бүх зүйлийг хийж чадах бөгөөд гагцхүү ялгаа нь тархины оронд элепктроник тархи байх бөгөөд үүнийгээ серво механизмд илгээж үйлдэл гүйцэтгэнэ.

Autopilot нь үндсэн 4 хэсгээс бүрддэг.

1. Error Sensing (Алдааг мэдрэх)

Тухайн нислэг буюу агаарын хөлгийн байрлал тухайн нисгэгчийн зааснаас хэр зөрүүтэй байгааг тодорхойлох юм. Ихэнх агаарын хөлгүүдэд үүнийг хийхийн тулд зарим төрлийн гироскопуудыг ашигладаг. Алдааны дохио нь 2 замаар үүссэн байж болдог. Аль нь ч байсан attitude gyros(байдлын гиро) болон rate gyro байдаг. Attitude gyro нь зөвхөн агаарын хөлөг очих ёстой байрлалаас хэр хол байгааг тодорхойлдог. Харин rate gyro нь агаарын хөлөг замаасаа гажих, хазайх зэргийг хэмжинэ

2. Correction-Засварлалт

Энэ нь оролтыг засварлан жолоодлогын гадаргуунуудад холбогдсон актуатор руу илгээдэг. Оролт нь автомат удирдлагаас ирж буй комманд байх юм. Мөн энэ нь хэзээ зогсох талаар ямар ч ойлголтгүй байх ба энэ нь дагах механизмын(follow-up mechanism) хийх ажил юм.

3. Follow-Up

Энэ нь агаарын хөлөг autopilot-ын коммандын дагуу өөрийгөө чиглүүлдэг. Мөн сонгосон байрлалдаа ойртохын хэрээр засварлалт багасах ба агаарын хөлөг сонгосон байрлалд очиход актуатор руу засварлалтын дохио илгээхээ болидог.

4. Command-Комманд

Коммандын систем нь нисгэгчийн сонгосон чиглэлийн, өндрийн, хурдны эсвэл өгсөлтийн хэмжээгээр агаарын хөлгийг хөдөлгөх боломжтой юм. Энгийнээр Mode Control Panel нь нисгэгчийн өгсөн маш олон өөр өөр параметрүүдийн коммандыг агуулсан байдаг. Жишээ нь: өндөр, босоо хурд, агаарын хурд, Махын тоо гэх мэт параметрүүдийг агуулж болно.Доорх схемд энгийн автопилотын энгийн бүдүүвч схемийг харуулав.

Тайлбар: Vertical Gyroscope, Compass Gyroscope, Air Data Computer-ийн мэдээллийг автомат нислэгийн компьютерт боловсруулан жолоодлогын гадаргуунуудын серво руу илгээж буйг харуулсан байна.

Vertical Gyroscope төхөөрөмжөөс roll болон pitch хөдөлгөөний мэдээллийг хүлээж авна. Харин compass gyroscope-с yaw буюу чиглэлийн өөрчлөлтийг хүлээж авна. Air data computer бол хурд, босоо хурд, өндөр гэх мэт утгууд буюу питот статик систем болон анероид мембраны мэдрэгчүүдийн мэдээллийг autopilot-ийн компьютерт дамжуулна.

Autopilot Interlocks-Автомат нислэгийн дотоод түгжээ

Autopilot system нь агаарын хөлгийг удирдахын өмнө тодорхой шалгуурыг давсан байх ёстой. Үндсэн шаардлага нь системийн цахилгаан тэжээл, системд багтаж буй элементүүд болон тодорхой дохионууд асуудалгүй ажиллаж байх ёстой юм. Доорх зурагт холболтын хэлхээг харуулав.

Зургийн тайлбар: №1 залгуур (switch) Yaw damper горим дээр байгаа тохиолдолд K1 реле хаагдаж хэлхээ битүүрэн Servo Rudder Clutch(босоо тэнцвэржүүлэгч)-г тэжээж Rudder-н гирогоос сигнал хүлээн авч компьютер тооцоолон Rudder-г хөдөлгөнө.

Харин №1 залгуур (switch) auto pilot тал дээр байвал K1 реле тэжээгдэн мөн №2 болон №3 залгуурууд бүгд тэжээгдэн rudder, aileron, elevator-ууд ажиллана.

Өөрөөр хэлбэл №1 залгуур yaw damper горим дээр байвал завхөн yaw damper ажиллана харин autopilot горим дээр байвал aileron, elevator, rudder бүгд ажиллана гэсэн үг юм.        

Дээрх A.C-D.C swtich нь AC болон DC цахилгаан тэжээл ямар нэгэн алдагдалгүй ирсэн тохиолдолд залгагдах ба ямар нэгэн алдагдал үүссэн тохиолдолд салгах үүрэгтэй. Зарим системд Mach trim нь autopilot систем залгаатай байгаагаас үл хамааран байнга хаалттай буюу залгаатай байдаг.

Pitch trim бол autopilot систем залгагдсан үед л залгаатай байдаг.

Servomotors

Дохиог хүлээн аваад механик ажил хийдэг төхөөрөмжийг актуатор гэдэг. Servomotor ч мөн адил юм. Бүх Automatic Flight Control System нь servomotor-с бүрддэг. Хэдэн тооны servomotor байна тэр хэмжээний удирдлагын төхөөрөмж шаардлагатай байдаг.

Servomotor нь ихэвчлэн цахилгаан-хийн, цахилгаан-механик, цахилгаан-шингэн гэсэн үндсэн ажиллагаатай байдаг. Эдгээр нь өөр өөрийн гэсэн давуу болон сул талуудтай. Жишээ нь: Хийн-цахилгаан серво үнэ өртөг багатай хэдий ч хүч бага нарийвчлал бага байдаг. Харин цахилгаан-механик серво үүнийг бодвол үнэ өртөг ихтэй ч хүчтэй, нарийвчлал сайтай байдаг.

Энэ зурагт мэдрүүрүүд болон нисгэгчийн комманд мөн автомат нислэгийн горим сонголтын дохиог боловсруулан серво мотор руу илгээн удирдаж буй бүдүүвч зургийг харж байна.

Attitude sensing болон error sensing-г дээр хэсэгт тайлбарласан билээ. Өөрөөр хэлбэл нисгэгч нислэгийн горимыг autopilot mode select хэсэгт сонгож энэ нь боловсруулалтын хэсэгт очно. Харин feedback буюу буцах холбоос нь сервомотороос мэдээллийг боловсруулалтын хэсэгт хүргэнэ. Ингэснээр боловсруулалтын хэсэг буюу signal processing нь дахин боловсруулж шаардлагатай бол servomotor буюу актуаторт шаардлагатай өөрчлөлтийг хийнэ.

Удирдлагын тоо эсвэл сувгийн тоо нь тухайн системийн тэнхлэгийн тооноос хамаардаг тул системийг дараах байдлаар ангилдаг.

  1. Single axis system
  2. Two-axis system
  3. Three-axis system  

 Single Axis Control System

Энэ нь зөвхөн нэг тэнхлэгийн систем бөгөөд удирдлага нь зөвхөн уртааш тэнхлэгийн дагуу хөдөлгөөнийг буюу roll хөдөлгөөнийг удирддаг. Энэ нь “ailerons”-ийн хөдөлгөөнийг удирдана. Энэ систем нь ихэвчлэн жижиг агаарын хөлгүүдэд ашиглагддаг.

Two-Axis System

2 Тэнхлэгийн систем нь уртааш болон хөндлөн тэнхлэгийн хөдөлгөөнийг удирдах ба (roll and pitch) aileron болон elevator-ийг удирдана. Энэ нь дунд оврын өндөр болон чиглэлийн автомат системтэй агаарын хөлөгт ашиглагдана.

 Three-Axis System

3 тэнхлэгт систем нь 3 тэнхлэгийн дагуу хөдөлгөөн буюу roll, pitch, yaw-г удирдана. Энэ нь том оврын агаарын хөлгүүдэд ашиглагддаг. Доорх зурагт тэнхлэгүүдийн хөдөлгөөн болон дээрх системийг харуулсан

Энэхүү зурагт агаарын хөлгийн үндсэн 3 тэнхлэг болон тэр тэнхлэгийн дагуух хөдөлгөөн мөн ямар мэдрэгчээр мэдэрдгийг харуулсан байна.

Үүнд pitch axis буюу хөндлөн тэнхлэг, roll axis буюу уртааш тэнхлэг, yaw axis буюу босоо тэнхлэг орох юм. Эдгээрийг өөрөөр lateral, longitudinal, vertical axis гэж нэрлэдэг.

Pitch axis дээр хийх хөдөлгөөнийг pitch буюу өлийх болон тонгойх хөдөлгөөн гэх ба үүнийг хэмжих төхөөрөмж нь pitch rate gyro байна. Харин yaw axis дээр хийх хөдөлгөөнийг yaw гэх бөгөөд чигийн хөдөлгөөн ба мэдрэх элемент нь yaw rate gyro байна. Roll axis дээр хийх хөдөлгөөнийг roll гэх ба хазайх хөдөлгөөн бөгөөд мэдрэгч элемент нь roll rate gyro юм.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s

<span>%d</span> bloggers like this: