Гироскопический автопилот - Gyroscopic autopilot
Гироскопический автопилот был типом системы автопилота разработан в основном для авиационных применений в начале 20 - го века. С тех пор принципы работы этого автопилота легли в основу множества различных систем управления самолетами, как военных, так и гражданских.
Ранняя разработка
Сперри Корпорация разработала оригинальный гироскопический автопилот в 1912 году устройство , называемое «гироскопический стабилизатор аппарата,» и его цель состояла в том, чтобы улучшить устойчивость и управляемость самолета. Он использовал входные данные от нескольких других инструментов, чтобы позволить самолету автоматически поддерживать желаемый курс и высоту по компасу.
Ключевой особенностью устройства гироскопического стабилизатора было то, что он включал гироскоп для регулирования поверхностей управления самолета. Лоуренсу Сперри удалось сконструировать меньшую и более легкую версию гироскопа, и устройство было интегрировано в гидравлическую систему управления самолета. Используя контур отрицательной обратной связи, гироскоп автоматически настраивал управляющие поверхности самолета для поддержания прямого и горизонтального полета.
Первое использование
Автопилот Лоуренса Сперри был впервые продемонстрирован во Франции 18 июня 1914 года. Сперри участвовал в выставке, на которой 57 самолетов были оснащены новыми усовершенствованиями и инновациями. Самолет Сперри, Curtiss C-2 , был единственным, оснащенным гироскопическим стабилизатором. Сперри вместе со своим помощником Эмилем Качином сделали три прохода перед трибуной, полной зрителей и военных наблюдателей. Во время своего первого прохода Сперри включил автопилот и пролетел мимо трибуны, высоко подняв руки над пультом управления. На втором проходе Качин вылез на правое крыло в семи футах от фюзеляжа, все еще не снимая рук со Сперри. Когда самолет кренился из-за сдвига веса, автопилот немедленно стабилизировал крылья. Во время своего последнего прохода Сперри вылез на противоположное крыло, оставив место пилота пустым. Наблюдатели были поражены способностью самолета выдерживать горизонтальный полет без ручного управления пилотом. Сперри также подвез Джозефа Барреса, коменданта французской армейской авиации, чтобы продемонстрировать способность своего устройства выполнять взлет и посадку без посторонней помощи.
Достижения
Wiley Post стал известен после своего рекордного кругосветного путешествия 23 июня 1931 года. На своем самолете Lockheed Vega по прозвищу «Винни Мэй» он сумел совершить кругосветное путешествие за восемь дней 15 часов 51 минуту. Он добился этого с помощью Гарольда Гатти , который был его штурманом и вторым пилотом. Два года спустя он решил побить свой предыдущий рекорд, совершив кругосветное путешествие в одиночку. Он хотел доказать, что один человек может совершить ту же поездку без второго пилота. Для этого он оснастил Винни Мэй автопилотом с гироскопом Сперри и радиопеленгатором . Хотя у него возникли некоторые проблемы с автопилотом, он завершил поездку за семь дней 18 часов 49 минут. Использование автопилота и радиопеленгатора сделало задачу управления самолетом намного проще и эффективнее. Использование автопилота снизило физические и психические нагрузки на Пост, когда он летал вокруг света.
Ранние военные приложения
US Army Air Corps и ВМС США экспериментировали с автопилотами на военных самолетах до и во время Второй мировой войны. Прямолинейный и горизонтальный полет стал необходимостью для новых методов бомбардировки уровня, которые разрабатывались в то время. Компания Sperry Gyroscope разработала множество систем автопилота для использования на военных самолетах. Когда в конце 1930-х годов был доставлен Boeing B-17 Flying Fortress , он был оснащен коммерческим автопилотом Sperry A-3. А-3 был простым автопилотом и исправлял только угловые отклонения от прямого и горизонтального курса самолета. В нем использовались пневматические гидравлические сервоприводы, которые имели тенденцию медленно реагировать на входные сигналы, и это часто приводило к чрезмерной компенсации скорректированного курса самолета. Это вызывало проблемы с навигацией и управлением, когда пилоты летели в плохую погоду или в суровом воздухе.
Для решения этих проблем был разработан автопилот Sperry A-5. Это был первый полностью электрический автопилот. В этом новом автопилоте использовались три двухэлементных ламповых усилителя и высокоскоростной гироскоп. Каждый усилитель был связан с отдельной осью: рыскание, тангаж и крен. Скоростные гироскопы были более чувствительными и устанавливали базовый опорный уровень траектории горизонтального полета самолета. Каждый раз, когда самолет отклоняется от базового контрольного уровня, автопилот корректирует количество времени, которое имело место между изменениями контрольных уровней. Это позволяло автопилоту определять скорость и ускорение изменения. Затем расчетное изменение быстро передавалось на управляющие поверхности с помощью независимых электрогидравлических сервоприводов. Это привело к более быстрой и стабильной корректировке самолета.
Более быстрая стабилизация самолета автопилотом А-5 позволила использовать новые бомбовые прицелы на военных самолетах. Норден Прицел и Sperry Прицел оба были использованы на борту бомбардировщиков армии и флота во время войны. Оба прицела использовали гироскопы, телескопы и аналоговые компьютеры для расчета точки сброса бомбардировщиков, чтобы они могли точно сбросить свои полезные нагрузки на наземные цели. А-5 мог быть интегрирован с этими прицельными приспособлениями. Как только бомбардир обнаружит цель и настроит бомбовый прицел, включится автопилот, чтобы лететь прямо и выровняться с целью, где бомбовый прицел автоматически рассчитает точку сброса бомб.
Ракеты
Немецкая бомба V-1 Buzz Bomb также использовала систему автопилота для наведения. В нем использовалась маятниковая система, которая подавлялась гироскопом, похожая на те, что используются в автопилотах Сперри. Он также использовал радиопеленгатор для поддержания курса. Использование автопилота в беспилотных вооружениях можно рассматривать как предшественник современных крылатых ракет.