No todos los aviones de pasajeros que vuelan hoy en día tienen un sistema de piloto automático. Especialmente los aviones de aviación general más antiguos y pequeños siguen siendo pilotados a mano, e incluso los pequeños aviones de menos de veinte plazas también pueden carecer de piloto automático, ya que se utilizan en vuelos de corta duración con dos pilotos. La instalación de pilotos automáticos en aviones de más de veinte plazas suele ser obligatoria por la normativa de aviación internacional. Hay tres niveles de control en los pilotos automáticos de los aviones más pequeños. Un piloto automático de un eje controla la aeronave sólo en el eje de balanceo; estos pilotos automáticos también se conocen coloquialmente como «niveladores de alas», lo que refleja su capacidad única. Un piloto automático de dos ejes controla una aeronave en el eje de cabeceo, así como en el de balanceo, y puede ser poco más que un nivelador de alas con una capacidad limitada de corrección de la oscilación del cabeceo; o puede recibir entradas de los sistemas de radionavegación de a bordo para proporcionar una verdadera guía de vuelo automática una vez que la aeronave ha despegado hasta poco antes del aterrizaje; o sus capacidades pueden estar en algún lugar entre estos dos extremos. Un piloto automático de tres ejes añade control en el eje de guiñada y no es necesario en muchas aeronaves pequeñas.
Los pilotos automáticos de las aeronaves complejas modernas son de tres ejes y generalmente dividen un vuelo en las fases de rodaje, despegue, ascenso, crucero (vuelo nivelado), descenso, aproximación y aterrizaje. Existen pilotos automáticos que automatizan todas estas fases de vuelo excepto el rodaje y el despegue. El aterrizaje controlado por el piloto automático en una pista y el control de la aeronave en el rollout (es decir, mantenerla en el centro de la pista) se conoce como aterrizaje CAT IIIb o Autoland, disponible en las pistas de muchos aeropuertos importantes hoy en día, especialmente en los aeropuertos sujetos a fenómenos meteorológicos adversos como la niebla. El control de aterrizaje, rollout y rodaje hasta la posición de estacionamiento de la aeronave se conoce como CAT IIIc. No se utiliza hasta la fecha, pero podría utilizarse en el futuro. Un piloto automático suele ser un componente integral de un Sistema de Gestión de Vuelo.
Los pilotos automáticos modernos utilizan un software informático para controlar la aeronave. El software lee la posición actual de la aeronave y luego controla un sistema de control de vuelo para guiar la aeronave. En un sistema de este tipo, además de los controles de vuelo clásicos, muchos pilotos automáticos incorporan capacidades de control de empuje que pueden controlar las mariposas para optimizar la velocidad del aire.
El piloto automático de una aeronave grande moderna suele leer su posición y la actitud de la aeronave a partir de un sistema de guía inercial. Los sistemas de guiado inercial acumulan errores con el tiempo. Incorporan sistemas de reducción de errores, como el sistema de carrusel que gira una vez por minuto para que cualquier error se disipe en diferentes direcciones y tenga un efecto global de anulación. El error en los giroscopios se conoce como deriva. Se debe a las propiedades físicas del sistema, ya sea mecánico o guiado por láser, que corrompen los datos de posición. Las desviaciones se resuelven con el procesamiento digital de la señal, casi siempre con un filtro de Kalman de seis dimensiones. Las seis dimensiones suelen ser balanceo, cabeceo, guiñada, altitud, latitud y longitud. Las aeronaves pueden volar por rutas que tienen un factor de rendimiento requerido, por lo que hay que controlar la cantidad de error o el factor de rendimiento real para poder volar por esas rutas concretas. Cuanto más largo sea el vuelo, más errores se acumulan en el sistema. Para corregir la posición de la aeronave se pueden utilizar radioayudas como el DME, las actualizaciones del DME y el GPS.
Dirección de la rueda de control
Una opción a medio camino entre el vuelo totalmente automatizado y el vuelo manual es la dirección de la rueda de control (CWS). Aunque cada vez se utiliza menos como opción independiente en los aviones modernos, el CWS sigue siendo una función en muchos aviones hoy en día. Generalmente, un piloto automático equipado con CWS tiene tres posiciones: off, CWS y CMD. En el modo CMD (Comando), el piloto automático tiene el control total de la aeronave, y recibe su entrada desde el ajuste de rumbo/altitud, radio y ayudas a la navegación, o el FMS (Sistema de Gestión de Vuelo). En el modo CWS, el piloto controla el piloto automático a través de las entradas en el yugo o el stick. Estas entradas se traducen en un rumbo y actitud específicos, que el piloto automático mantendrá hasta que se le indique lo contrario. Esto proporciona estabilidad en cabeceo y balanceo. Algunos aviones emplean una forma de CWS incluso en modo manual, como el MD-11, que utiliza un CWS constante en el balanceo. En muchos sentidos, un avión moderno Airbus fly-by-wire en ley normal está siempre en modo CWS. La principal diferencia es que en este sistema las limitaciones de la aeronave están protegidas por el ordenador de vuelo, y el piloto no puede dirigir la aeronave más allá de estos límites.
Detalles del sistema informáticoEditar
El hardware de un piloto automático varía entre las implementaciones, pero generalmente se diseña con la redundancia y la fiabilidad como consideraciones principales. Por ejemplo, el sistema de dirección de vuelo del piloto automático AFDS-770 de Rockwell Collins, utilizado en el Boeing 777, utiliza microprocesadores triplicados FCP-2002 que han sido verificados formalmente y se fabrican en un proceso resistente a la radiación.
El software y el hardware de un piloto automático están estrechamente controlados, y se establecen amplios procedimientos de prueba.
Algunos pilotos automáticos también utilizan la diversidad de diseño. En este dispositivo de seguridad, los procesos de software críticos no sólo se ejecutarán en ordenadores separados y posiblemente incluso utilizando diferentes arquitecturas, sino que cada ordenador ejecutará software creado por diferentes equipos de ingeniería, a menudo programado en diferentes lenguajes de programación. En general, se considera poco probable que diferentes equipos de ingeniería cometan los mismos errores. A medida que el software se vuelve más caro y complejo, la diversidad de diseños es cada vez menos común porque menos empresas de ingeniería pueden permitírselo. Los ordenadores de control de vuelo del transbordador espacial utilizaban este diseño: había cinco ordenadores, cuatro de los cuales ejecutaban de forma redundante un software idéntico, y un quinto de reserva que ejecutaba un software desarrollado de forma independiente. El software del quinto sistema sólo proporcionaba las funciones básicas necesarias para hacer volar el transbordador, lo que reducía aún más cualquier posible coincidencia con el software que se ejecutaba en los cuatro sistemas primarios.