Les avions de passagers qui volent aujourd’hui ne sont pas tous équipés d’un système de pilotage automatique. Les avions d’aviation générale plus anciens et plus petits, en particulier, sont encore pilotés à la main, et même les petits avions de ligne de moins de vingt places peuvent également être dépourvus de pilote automatique, car ils sont utilisés pour des vols de courte durée avec deux pilotes. L’installation d’un pilote automatique dans les avions de plus de vingt sièges est généralement rendue obligatoire par les réglementations aériennes internationales. Il existe trois niveaux de contrôle dans les pilotes automatiques pour les petits avions. Un pilote automatique à un seul axe contrôle l’avion uniquement sur l’axe de roulis ; ces pilotes automatiques sont également connus sous le nom de « niveleurs d’ailes », en raison de leur capacité unique. Un pilote automatique à deux axes contrôle un aéronef dans l’axe de tangage et de roulis, et peut n’être guère plus qu’un niveleur d’aile avec une capacité limitée de correction des oscillations de tangage ; ou bien il peut recevoir des entrées des systèmes de radionavigation embarqués pour fournir un véritable guidage automatique du vol une fois que l’aéronef a décollé jusqu’à peu avant l’atterrissage ; ou encore ses capacités peuvent se situer quelque part entre ces deux extrêmes. Un pilote automatique à trois axes ajoute un contrôle dans l’axe de lacet et n’est pas nécessaire dans de nombreux petits avions.
Les pilotes automatiques des avions complexes modernes sont à trois axes et divisent généralement un vol en phases de roulage, de décollage, de montée, de croisière (vol en palier), de descente, d’approche et d’atterrissage. Il existe des pilotes automatiques qui automatisent toutes ces phases de vol, à l’exception du roulage et du décollage. Un atterrissage contrôlé par un pilote automatique sur une piste et le contrôle de l’avion lors du roulage (c’est-à-dire en le maintenant au centre de la piste) est connu sous le nom d’atterrissage CAT IIIb ou Autoland, disponible sur les pistes de nombreux grands aéroports aujourd’hui, en particulier sur les aéroports soumis à des phénomènes météorologiques défavorables tels que le brouillard. Le contrôle de l’atterrissage, du roulage et du roulage jusqu’à la position de stationnement de l’avion est connu sous le nom de CAT IIIc. Cette fonction n’est pas utilisée à ce jour, mais pourrait l’être à l’avenir. Un pilote automatique est souvent un composant intégral d’un système de gestion de vol.
Les pilotes automatiques modernes utilisent un logiciel informatique pour contrôler l’avion. Le logiciel lit la position actuelle de l’avion, puis commande un système de contrôle de vol pour guider l’avion. Dans un tel système, outre les commandes de vol classiques, de nombreux pilotes automatiques intègrent des capacités de contrôle de la poussée qui peuvent commander les gaz pour optimiser la vitesse de l’avion.
Le pilote automatique d’un gros avion moderne lit généralement sa position et l’attitude de l’avion à partir d’un système de guidage inertiel. Les systèmes de guidage inertiels accumulent des erreurs au fil du temps. Ils intègrent des systèmes de réduction des erreurs, comme le système de carrousel qui tourne une fois par minute, de sorte que les erreurs éventuelles sont dissipées dans différentes directions et ont un effet d’annulation global. L’erreur dans les gyroscopes est connue sous le nom de dérive. Elle est due aux propriétés physiques du système, qu’il soit mécanique ou à guidage laser, qui corrompent les données de position. Les désaccords entre les deux sont résolus par un traitement numérique du signal, le plus souvent un filtre de Kalman à six dimensions. Les six dimensions sont généralement le roulis, le tangage, le lacet, l’altitude, la latitude et la longitude. Les aéronefs peuvent emprunter des itinéraires pour lesquels un facteur de performance est requis. Par conséquent, la quantité d’erreur ou le facteur de performance réel doit être surveillé afin de pouvoir emprunter ces itinéraires particuliers. Plus le vol est long, plus l’erreur s’accumule dans le système. Les aides radio telles que le DME, les mises à jour du DME et le GPS peuvent être utilisées pour corriger la position de l’avion.
Direction au volant
Une option à mi-chemin entre le vol entièrement automatisé et le vol manuel est la direction au volant (CWS). Bien qu’il soit de moins en moins utilisé comme option autonome dans les avions de ligne modernes, le CWS est toujours une fonction sur de nombreux avions aujourd’hui. En général, un pilote automatique équipé du CWS a trois positions : off, CWS et CMD. En mode CMD (Command), le pilote automatique a le contrôle total de l’avion et reçoit ses données soit du réglage du cap/de l’altitude, de la radio et des aides à la navigation, soit du FMS (Flight Management System). En mode CWS, le pilote contrôle le pilote automatique par le biais d’entrées sur le manche ou la manette. Ces entrées sont traduites en un cap et une attitude spécifiques, que le pilote automatique maintient jusqu’à ce qu’il reçoive des instructions contraires. Cela assure la stabilité en tangage et en roulis. Certains avions utilisent une forme de CWS même en mode manuel, comme le MD-11 qui utilise un CWS constant en roulis. À bien des égards, un avion Airbus moderne à commandes de vol électriques en loi normale est toujours en mode CWS. La différence majeure est que dans ce système, les limites de l’avion sont gardées par l’ordinateur de vol, et le pilote ne peut pas diriger l’avion au-delà de ces limites.
Détails du système informatiqueEdit
Le matériel d’un pilote automatique varie entre les implémentations, mais est généralement conçu avec la redondance et la fiabilité comme des considérations primordiales. Par exemple, le système de directeur de vol du pilote automatique AFDS-770 de Rockwell Collins utilisé sur le Boeing 777 utilise des microprocesseurs FCP-2002 triples qui ont été formellement vérifiés et sont fabriqués dans un processus résistant aux radiations.
Les logiciels et le matériel d’un pilote automatique sont étroitement contrôlés et des procédures de test approfondies sont mises en place.
Certains pilotes automatiques utilisent également la diversité de conception. Dans ce dispositif de sécurité, les processus logiciels critiques ne s’exécuteront pas seulement sur des ordinateurs distincts et peut-être même en utilisant des architectures différentes, mais chaque ordinateur exécutera des logiciels créés par des équipes d’ingénierie différentes, souvent programmés dans des langages de programmation différents. On considère généralement qu’il est peu probable que des équipes d’ingénieurs différentes commettent les mêmes erreurs. À mesure que les logiciels deviennent plus chers et plus complexes, la diversité de conception devient de moins en moins courante, car moins de sociétés d’ingénierie peuvent se le permettre. Les ordinateurs de contrôle de vol de la navette spatiale utilisaient cette conception : il y avait cinq ordinateurs, dont quatre exécutaient de manière redondante un logiciel identique, et un cinquième de secours exécutant un logiciel développé indépendamment. Le logiciel du cinquième système ne fournissait que les fonctions de base nécessaires au pilotage de la navette, ce qui réduisait encore plus tout point commun possible avec le logiciel fonctionnant sur les quatre systèmes primaires.