飞机驾驶技术——自动驾驶仪

Posted 2021-04-27 航空知识

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了飞机驾驶技术——自动驾驶仪相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

自动驾驶系统（自动驾驶仪），是一种通过飞行员按一些按钮和旋转一些旋钮，或者由导航设备接收地面导航信号，来自动控制飞行器完成三轴动作的装置。不同型号的飞机所装备的自动驾驶仪可能会有一些小的差别，但是大体相似。

自动驾驶系统能做些什么？

• 保持机翼水平，不发生滚转。

• 保持飞机当前的仰俯角。

• 保持选定的飞行方向。

• 保持选定的飞行高度。

• 保持选定的上升率或下降率。

• 跟踪一个VOR电波射线（Radial）。

• 跟踪一个定位信标（Localizer）或反向航路定位信标（Localizer Back Course）。

• 跟踪仪器降落系统（Instrument Landing System）的定位信标和下滑道指示信标（Glide Slope）。

• 跟踪一个GPS航路。

•GPS 不支持垂直方向制导的自动导航。

自动飞行控制系统，包括自动驾驶仪，自动油门（自动节流阀门）和飞行指引仪。

•保持一个选定的飞行速度（空速或地速）。

• 消除有害的偏航。

• 帮助飞行员正确的手动控制飞机。

•飞行管理计算机（Flight Management Computers）

• 垂直方向导航（Vertical Navigation）

• 横向导航（Lateral Navigation）

• 飞行水平改变（Flight Level Change）

• 机轮控制（Control Wheel Steering）

• 自动降落（Autoland）

飞机驾驶技术——自动驾驶仪

为什么要使用自动驾驶仪？

有些人认为真正的飞行员是不需要自动驾驶仪的，这个观点是有一点偏颇的，因为适当的使用自动驾驶仪可以减少飞行员的工作量，特别是在仪器飞行规则（Instrument Flight Rules）的时候。你可以让自动驾驶仪帮助你完成一些辅助工作（比如像保持航向和高度），可以让你集中精力去完成其他一些与飞行安全相关的工作（比如导航，观察交通，通话等等）。

使用自动驾驶仪也会减轻你在完成一次长距离飞行后的疲劳程度。在整个飞行进程中最危险的进近和降落阶段（尤其在是在云层中颠簸时），飞行员已经被简单的飞行操作耗去了大量的精力和体力。

两个最重要的准则：

当两个飞行员（比如一个教练，一个学员）轮流操作飞机时，在任何时候他们都会非常清楚现在谁在控制飞机。当一个飞行员移交控制给另一个飞行员时，他会说：“你来控制飞机。”当第二个飞行员开始控制飞机时，他会说：“我来控制飞机。”这种方法避免了两个飞行员同时控制飞机或者两个人都不在控制飞机的危险情况。

使用自动驾驶仪的话就不一样了。两个最重要的准则就是在使用两轴或三轴自动驾驶仪时，要记住：

　1. 自动驾驶仪关闭时，你控制飞机。

　2. 自动驾驶仪打开时，你监控和控制自动驾驶仪。

自动驾驶和飞行：

在任何时候都不要试图使用自动驾驶仪去完成你无法完成的事情，没有哪个飞行员能转一个120度的弯，并且截取定位信标，而当时飞机的飞行速度是300 节，离定位信标却只有不到1英里，这个做法根本是不现实的。如果你让自动驾驶仪轻松的完成你给定的任务，自动驾驶仪就会让你轻松完成飞行。

但要明白的是，有了自动驾驶仪并不意味着你就可以睡大觉了。使用自动驾驶仪的目的是使你有更多的注意力去完成其他重要的操作。别茫然的盯着窗外傻看，你还有很多事情要做——

知道自己的位置。虽然自动驾驶仪在控制飞机，但是你还是有责任去控制飞行的。别指望自动驾驶仪会带你飞到目的地。如果你在任何时候都知道自己的位置，就算自动驾驶仪出了问题，你也可以轻松的接手控制飞机。

监控打开的自动驾驶仪功能。可以自言自语，比如，“自动驾驶仪打开。高度保持模式打开，将上升到平均海平面（Mean Sea Level）7000英尺。航向保持模式打开，保持航向260，空中交通管制（Air Traffic Control）分配截取西雅图（Seattle）VOR 290航路。

确定自动驾驶仪的操作是你想要的。如果某些地方看起来不对，或者自动驾驶仪故障，立即断开自动驾驶，注意这个操作并没有断开自动油门控制，他们是两个相对独立的系统。

监控引擎状态。留一些注意力去检查引擎动力。确定引擎的动力设置燃料的供应。

不同类型飞机的自动驾驶仪会有一些小的差别。

自动化飞机事故特征分析

高度自动化的飞机有效地避免了如飞机相撞、失控等传统飞机经常发生的事故。但是FMS( FlightManagement System ) 、FMC ( Flight ManagementComputer) 、CDU (Cont rol Display Unit) 、FADEC(FullAuthority Digital Elect ronics Cont rol) 的使用带来了新工作方式, 引入了新的人机关系和人机界面, 这些新的东西与传统的工作方式和思维方式发生了矛盾和冲突, 从而导致了新问题的发生。另外, 自动化装置(或系统) 都是在分析已知问题的基础上设计的。换言之，它处理的是设计者所能考虑到的情况, 一旦设计者没有考虑到的情况发生, 自动化系统也就可能变得无能为力了。通过对现代喷气客机与自动化相关事故的分析, 可以看出其事故有如下特征。

1 、错误地选用飞行模式

现代飞机增加了预先输入数据、预定飞行模式的工作方式。当选择了不恰当的工作方式飞行时,遇上复杂情况时就有可能导致事故。例如, 巴西Brasilia 公司的一架飞机自动飞行时采用的是俯仰方式，而不是爬升或空速方式爬升至巡航高度。高俯仰角使空速减慢, 并由于机体结冰导致突然失速, 损失365 716m(12 000ft) 的高度,飞机在下降的过程中和随后的紧急着陆时遭到损坏。

2、过分依赖自动驾驶, 忽略了对飞机的监控

由于自动驾驶成功地取代了许多原先由人来完成的工作, 在某些方面甚至比人做的更好, 因此某些驾驶员产生了过分依赖自动驾驶的思想。当飞行环境发生变化或飞机发生某些故障时, 自动驾驶仪将仍按照正常设计条件运作, 自动地进行调节以维持给定模态进行飞行, 设定的参数被自动驾驶仪维持着, 但其它的参数发生了变化, 飞机的姿态发生了变化, 使飞机进入危险状态。另外, 自动驾驶修正能力有限, 一旦修正能力饱和, 就失去了修正能力, 如果此时驾驶员仍然指望自动驾驶, 那就更加危险了。

例如, 1992 年某航空公司一架B737 2300飞机, 在临近机场下降改平飞时, 自动油门发生故障, 右发一直保持慢车位, 造成飞机长时间推力不对称, 结果自动驾驶横侧操纵能力饱和致使飞机坡度不断增加。当飞行员发现情况异常时, 为时已晚。

另一次类似的事故发生在1995年, 一架罗马尼亚航空公司的A310飞机,起飞时使用了自动油门和自动控制推力。当飞机爬升到60 916m(2 000ft) 高度时,自动控制推力选择了爬升推力, 此时自动油门发生故障, 飞机左发推力降为慢车, 而右发仍然维持起飞推力, 造成飞机推力不对称, 飞机坡度迅速增加、高度降低。这两起事故都是由于自动油门故障导致的事故。实际上, 两起事故都可以由驾驶员及时断开自动油门改为手动操纵油门得以避免。但是, 对自动驾驶的依赖性, 导致驾驶员没有对飞机和自动驾驶实施有效的监控, 驾驶员没有及时改为手动操纵, 结果贻误了时机导致了事故。

3 、人与自动化相互“沟通”发生困难

现代飞机的自动驾驶系统已发展到比较完善的程度, 只要飞行员输入一些指令, 自动驾驶系统就能承担其几乎全部操纵任务。因此带来了人与自动驾驶系统的“沟通”和人与人的沟通问题。当自动驾驶系统按照驾驶员给定的输入进行工作时发生了一些特殊情况, 飞行员上手操作时使情况就可能变得非常复杂, 甚至造成人与自动化系统的对抗。一架华航A3002600 在名古屋失事就是一个典型的例子, 1994 年A3002600 在名古屋“进近”时, 副驾驶非故意地按下了“复飞”按钮。飞机处于“复飞”模态, 推力增加到“复飞”推力。在这种情况下,在占用仪表着陆系统后, 自动飞行必须用一个开关脱离, 不能象较老的飞机上仅仅对操纵杆用力就可以脱开。但驾驶员继续进近, 并用力推杆力图使机头低下去。自动驾驶仪将此作为一个有害输入信号,并使机头上仰补偿配平。驾驶员用升降舵工作, 而自动驾驶仪(有更大的权力) 用安定面工作, 人与自动驾驶仪产生了矛盾, 导致了对抗, 使飞机的上仰姿态越来越大。当机长发现不能着陆改为“复飞”时, 飞机俯仰姿态迅速增加, 速度减少, 进入失速。

4 、自动化逻辑异常

自动化所能处理的是设计者预想到的情况, 而飞行是非常复杂的活动, 受到“人、机、环境”的影响, 情况千差万别, 时常会出现预想不到的事情。遇到这些预想不到的情况自动化系统就可能作出不恰当的处理, 导致事故的发生。1994 年英国一架B7372200 飞机起飞时选择了最大功率和飞机轻(97 000kg) 的设置。飞机以大迎角爬升, 飞机自动驾驶仪高度截获状态定在1 524m (5 000ft ) 。因为飞机的上升率太大, 飞机在穿越670 156m (2 200ft ) 高度时, 自动驾驶仪就被激活了, 自动驾驶仪控制飞机自动收油门。由于在大迎角下减少了推力, 飞机的空速迅速减少, 导致了事故的发生。1994 年,A330 在空客总部法国图鲁兹进行试飞, 当飞机自动驾驶系统进行发动机故障“复飞”模拟试验时, 飞机自动驾驶仪定位在高度“捕获”状态。自动驾驶仪一开始工作, 飞机维持着高度保持的模态, 造成飞机推力损失后飞机不能下俯, 导致速度降低, 失去控制。2 次事故自动控制系统都没有出现故障,自动驾驶系统控制状态异常造成了飞行事故。

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