Non tutti gli aerei passeggeri che volano oggi hanno un sistema di pilota automatico. Gli aerei più vecchi e più piccoli dell’aviazione generale sono ancora pilotati a mano, e anche i piccoli aerei di linea con meno di venti posti possono essere sprovvisti di autopilota, poiché vengono utilizzati per voli di breve durata con due piloti. L’installazione di autopiloti in aerei con più di venti posti è generalmente resa obbligatoria dai regolamenti dell’aviazione internazionale. Ci sono tre livelli di controllo negli autopiloti per gli aerei più piccoli. Un autopilota a singolo asse controlla un aereo solo sull’asse di rollio; tali autopiloti sono anche conosciuti colloquialmente come “livellatori d’ala”, riflettendo la loro capacità singola. Un autopilota a due assi controlla un aereo sull’asse del passo e del rollio, e può essere poco più di un livellatore di ali con una limitata capacità di correzione dell’oscillazione del passo; oppure può ricevere input dai sistemi di radionavigazione di bordo per fornire una vera guida di volo automatica una volta che l’aereo è decollato fino a poco prima dell’atterraggio; oppure le sue capacità possono trovarsi da qualche parte tra questi due estremi. Un autopilota a tre assi aggiunge il controllo sull’asse dell’imbardata e non è richiesto in molti piccoli aerei.
Gli autopiloti nei moderni aerei complessi sono a tre assi e generalmente dividono un volo in fasi di rullaggio, decollo, salita, crociera (volo livellato), discesa, avvicinamento e atterraggio. Esistono autopiloti che automatizzano tutte queste fasi di volo tranne il rullaggio e il decollo. Un atterraggio controllato dall’autopilota su una pista e il controllo dell’aereo in fase di rollout (cioè mantenendolo al centro della pista) è noto come atterraggio in CAT IIIb o Autoland, disponibile oggi su molte piste dei principali aeroporti, soprattutto in aeroporti soggetti a fenomeni meteorologici avversi come la nebbia. Il controllo di atterraggio, rollout e rullaggio fino alla posizione di parcheggio dell’aereo è noto come CAT IIIc. Questo non è usato fino ad oggi, ma potrebbe essere usato in futuro. Un autopilota è spesso un componente integrale di un sistema di gestione del volo.
I moderni autopiloti usano un software per computer per controllare l’aereo. Il software legge la posizione attuale dell’aereo e poi controlla un sistema di controllo del volo per guidare l’aereo. In un tale sistema, oltre ai classici controlli di volo, molti autopiloti incorporano capacità di controllo della spinta che possono controllare le manette per ottimizzare la velocità dell’aria.
L’autopilota in un moderno aereo di grandi dimensioni legge tipicamente la sua posizione e l’atteggiamento dell’aereo da un sistema di guida inerziale. I sistemi di guida inerziale accumulano errori nel tempo. Essi incorporano sistemi di riduzione degli errori come il sistema a carosello che ruota una volta al minuto in modo che gli errori siano dissipati in diverse direzioni e abbiano un effetto di annullamento generale. L’errore nei giroscopi è noto come deriva. Questo è dovuto a proprietà fisiche all’interno del sistema, sia esso meccanico o a guida laser, che corrompono i dati di posizione. Le divergenze tra i due vengono risolte con l’elaborazione digitale del segnale, più spesso un filtro di Kalman a sei dimensioni. Le sei dimensioni sono di solito rollio, beccheggio, imbardata, altitudine, latitudine e longitudine. Gli aerei possono volare su rotte che hanno un fattore di prestazione richiesto, quindi la quantità di errore o il fattore di prestazione effettivo devono essere monitorati al fine di volare quelle particolari rotte. Più il volo è lungo, più l’errore si accumula nel sistema. Aiuti radio come DME, aggiornamenti DME e GPS possono essere utilizzati per correggere la posizione dell’aereo.
Control Wheel SteeringEdit
Un’opzione a metà strada tra il volo completamente automatizzato e il volo manuale è il Control Wheel Steering (CWS). Anche se sta diventando meno utilizzato come opzione a sé stante nei moderni aerei di linea, il CWS è ancora una funzione su molti aerei oggi. Generalmente, un autopilota dotato di CWS ha tre posizioni: off, CWS e CMD. In modalità CMD (Command) l’autopilota ha il pieno controllo dell’aereo e riceve i suoi input dall’impostazione di prua/altitudine, dalla radio e dai navaid, o dal FMS (Flight Management System). In modalità CWS, il pilota controlla l’autopilota attraverso gli input sulla forcella o sullo stick. Questi input sono tradotti in una specifica direzione e assetto, che l’autopilota manterrà fino a quando non gli verrà detto di fare altrimenti. Questo fornisce stabilità nel beccheggio e nel rollio. Alcuni aerei impiegano una forma di CWS anche in modalità manuale, come l’MD-11 che usa un CWS costante nel rollio. Per molti versi, un moderno Airbus fly-by-wire in Normale è sempre in modalità CWS. La differenza principale è che in questo sistema i limiti del velivolo sono custoditi dal computer di volo, e il pilota non può guidare il velivolo oltre questi limiti.
Dettagli del sistema informaticoModifica
L’hardware di un autopilota varia tra le implementazioni, ma è generalmente progettato con ridondanza e affidabilità come considerazioni principali. Per esempio, il Rockwell Collins AFDS-770 Autopilot Flight Director System usato sul Boeing 777 usa microprocessori FCP-2002 triplicati che sono stati formalmente verificati e sono fabbricati in un processo resistente alle radiazioni.
Il software e l’hardware in un autopilota sono strettamente controllati, e sono messe in atto procedure di test estese.
Alcuni autopiloti usano anche la diversità di progettazione. In questa caratteristica di sicurezza, i processi software critici non solo vengono eseguiti su computer separati e possibilmente anche utilizzando architetture diverse, ma ogni computer eseguirà software creato da diversi team di ingegneri, spesso programmato in diversi linguaggi di programmazione. È generalmente considerato improbabile che team di ingegneri diversi commettano gli stessi errori. Man mano che il software diventa più costoso e complesso, la diversità di progettazione sta diventando meno comune perché sempre meno società di ingegneria possono permetterselo. I computer di controllo del volo sullo Space Shuttle usavano questo design: c’erano cinque computer, quattro dei quali eseguivano in modo ridondante un software identico, e un quinto backup che eseguiva un software sviluppato in modo indipendente. Il software sul quinto sistema forniva solo le funzioni di base necessarie per far volare lo Shuttle, riducendo ulteriormente ogni possibile comunanza con il software che girava sui quattro sistemi primari.