ربان آلي

الربان الآلي أو الطيار الآلي autopilot، هو نظام يستخدم للتحكم في مسار الطائرة دون الحاجة لتحكم مستمر "عملي" من قبل مشغل بشري. لا تحل أنظمة الربان الآلي محل المشغلين البشريين، لكنها تساعدهم في التحكم في الطائرة. تسمح هذه الأنظمة بالتركيز على جوانب أشمل للعمليات مثل مراقبة المسار، الطقس والأجهزة الأخرى في الطائرة.^[1]

لوحة تحكم الربان الآلي في طائرة بوينگ 747-200

عادة ما يستخدم الطيار الآلي بالتزامن مع Autothrottle، عندما يكون موجوداً، وهو جهاز مناظر يتحكم في الطاقة التي توفرها المحركات.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

النسخ المبكرة

لوحة تحكم ربان آلي لطائرة هني‌ول سي-1 من الحرب العالمية الثانية.

في عام 1912 اخترع الأمريكي لورنس سپري ـ ابن إلمر سپري ـ واختبر بالطيران جهاز توازن جيروسكوبي باستخدام أربعة جيروسكوبات. وفي عام 1932 طوّرت شركة سبيري للجيروسكوب رباناً آلياً للتحكّم في الطيران. وقد ركب هذا الربان الآلي في طائرة الطيار الأمريكي وايلي پوست المسماة ويني ماي. وقد ساعد الربان الآلي بوست على القيام بأوّل طيران منفرد حول العالم في عام 1933م. وأكمل طيرانه في مدّة َتَزيد قليلاً على سبعة أيام وثماني عشرة ساعة.

شهد الربان الآلي المزيد من التطور، ليشمل، على سبيل المثال، لوغاريتمات التحكم المحسنة وآليات الحركة الهيدروليكية. بإضافة المزيد من الأجهزة مثل مساعدات الملاحة الراديوية أصبح من الممكن التحليق ليلاً وفي الطقس السيء. عام 1947 قامت الطائرة دوگلاس سي-54 برحلة عبر الأطلسي.، تضمنت الإقلاع والهبوط، وكانت بالكامل تحت سيطرة الربان الآلي.^[2]^[3] قام بيل لير بتطوير الربان الآلي للطائرة إف-5 ونظام التحكم الآلي، وحاز من أجلها على كأس كولير عام 1949.^[4]

في أوائل العشرينيات، أصبحت الناقلة ج.أ. موفت التابعة لشركة ستاندرد أويل أول سفينة تستخدم الربان الآلي.

أنظمة الطيار الآلي الحديثة

وحدة تحكم طيران حديثة في طائرة إيرباص إيه 340.

ليست جميع طائرات الركاب تستخدم نظام الطيار الآلي. فطائرات (خاصة الطيران العام) القديمة والصغيرة لا تزال تستخدم الطيران اليدوي، وهناك طائرات الركاب ذات المقاعد الأقل من 20 كرسي لايوجد بها نظام طيار آلي حيث أن الرحلة تكون قصيرة وبها طياران. لكن الطائرات ذات المقاعد الأكثر من 20 راكب فتركيب نظام الطيار الآلي يكون إجباري من قبل هيئات الطيران الدولية. يوجد هناك 3 مستويات للتحكم بالطيار الآلي لتلك الطائرات الصغيرة. طيار آلي ذو محور مفرد فيتحكم بمحور الإلتفاف فقط Roll. أما الطيار الآلي ذو محورين فيتحكم بالطائرة بالإنحدار Pitch كما الإلتفاف. وقد تستقبل مدخلات من أجهزة الملاحة الراديوية (radio navigation systems) لإعطاءها ارشاد الطيران الآلي من لحظة اقلاعها وحتى ماقبل الهبوط بقليل: وقدرتها يكمن في ما بين هذين النقيضين. الطيار الآلي ذو 3 محاور بحيث يكون مضافا إليها محور الإنعراج Yaw وهو غير مطلوب أحيانا عند بعض الطائرات الصغيرة.

الطيار الآلي بالطائرات الحديثة المعقدة تكون ذات 3 محاور وتقسم الرحلة إلى المدرج taxi، الإقلاع take-off، الصعود ascent، المستوى الطيران level النزول descent الوصول approach ومراحل الهبوط landing phases. الطيار الآلي سيعمل بجميع تلك المراحل أتوماتيكياً ماعدا مرحلة المدرج (taxi). الهبوط الآلي على المدرج والتحكم بالطائرة بالخروج من المدرج وهو ما يسمى (CAT IIIb) الهبوط الآلي يكون متوفر بالعديد من مدارج المطارات الرئيسية (وليس بجميع المطارات) خاصة تلك المطارات التي تتأثر بالأحوال الجوية المعاكسة كالضباب. الهبوط، خروج الطائرة من المدرج وتحكم المرور إلى موقع الوقوف لتنزيل الركاب يسمى ب (CAT IIIc). وهي لا تستخدم بالوقت الحالي إلا في القلة القليلة من المطارات وإن لايحبذ استخدامها لكثرة الإحتياطات. بعض أنظمة الطيران الآلي يدرج بها نظام تجنب الإصطدام الآلي ويسمى نظام تجنب التصادم الجوي (Traffic Collision Avoidance System (TCAS. يعتبر الطيار الآلي جزأ لا يتجزأ من نظام التحكم بالطيران (Flight Management System).

أنظمة الطيران الآلي الحديثة تستخدم برامج كمبيوتر للتحكم بالطائرة. تلك البرمجيات تقرأ إحداثيات الطائرة ومنها يتم التحكم بنظام أسطح التوجيه (Flight Control System) لتوجيه الطائرة. مثل هذا النظام بالإضافة إلى الروابط التقليدية فإن الطيار الآلي يستخدم امكانيات الدفع التي تتحكم بصمام الوقود لإنتاج السرعة الجوية المطلوبة، وتحرك الوقود ما بين الخزانات لمعادلة الطائرة للحصول على أفضل وضع للطائرة بالجو. بالإضافة إلى أن الطيار الآلي يهتم بالأوضاع الخطرة، ويستطيع الطيران بشكل عام وباستهلاك وقود أقل من الطيار البشري.

الطائرات الحديثة الضخمة يستطيع الطيار الآلي قراءة موقع ووضعية الطائرة من خلال يسمى نظام التوجيه بالعطالة (inertial guidance system). تلك أنظمة التوجيه بالعطالة تراكم الأخطاء خلال الوقت. وستدمج أنظمة تقليل الخطأ وذلك بدورانها مرة بالدقيقة مما يبدد الخطأ باتجاهات مختلفة ولا يكون لها أي خطأ أو صفر خطأ. الخطأ بالجيروسكوب يسمى انجراف (Drift) وذلك من خلال خصائص فيزيائية موجودة بالنظام من اختلال بالليزر أو خطأ ميكانيكي وقد تفسد المعلومات عن الموقع. وإن حصل اختلاف بالقراءات سوف يقوم منظم الإشارة الرقمية (digital signal processing) بحلحلة الإختلاف، وبواسطة مرشح كالمن (Kalman filter) للأبعاد الست. وتلك الأبعاد هي الإنحدار (PITCH) والإنعراج (YAW) والإلتفاف (ROLL) والارتفاع وخطوط الطول والعرض. قد تحتاج الطائرة إلى عامل اداء عند طيرانها على بعض الخطوط. لذلك فكمية الخطأ أو عامل الأداء يجب أن يخضع للمراقبة خلال تلك الرحلة. فكلما طالت الرحلة كلما تكدست الأخطاء داخل النظام، لذلك فهناك أنظمة راديوية مساعدة كنظام (DME) وال(GPS) والتي تعدل من موقع الطائرة خلال الرحلة.

التحكم في عجلة القيادة

الخيار الأوسط بين الطيران المؤتمت بالكامل والتحليق اليدوي هو التحكم في عجلة القيادة (CWS). على الرغم من أنه أصبح أقل استخداماً كخيار منفرد في الطائرات الحديثة، إلا أنه لا زال خياراً قائماً في الكثير من الطائرات. بصفة عامة، فإن نظام الطيار الآلي المجهز بتقنية التحكم في عجلة القيادة يكون متاحاً بثلاث مواضع: وضع الإغلاق، وضع التحكم في عجلة القيادة ووضع القيادة CMD. في وضع القيادة يتحكم الطيار الآلي بالطائرة بشكل كامل، ويتلقى مدخلاته إما من ضبط التوجه/الارتفاع، أو عند طريق الراديو ومساعدات الملاحة، أو عن طريق نظام التحكم بالطيران. في حالة تفعيل خيار التحكم في عجلة القيادة، يتحكم الطيار في نظام الطيار الآلي عن طريق المدخلات على مقود الطائرة أو عصا القيادة. تُترجم هذه المدخلات إلى إلى وجه وارتفاع معين، والذي يحتفظ به الطيار الآلي حتى يتم إصدار تعليمات للقيام بخلاف ذلك. يوفر هذا الاستقرار أثناء ارتفاع الطائرة ودورانها. تستخدم بعض الطائرات أحد أشكال التحكم في عجلة القيادة حتى في وضع الطيران اليدوي، مثل MD-11 التي تستخدم هذه التقنية أثناء الدوران.

تفاصيل نظام الحاسوب

تختلف أجهزة الطيار الآلي من تطبيق لآخر، لكن بشكل عام فإن التكرار والموثوقية من أهم أولويات التصميم. على سبيل المثال، نظام الطيار الآلي في روك‌ول كولينز AFDS-770 المستخدم على طائرات بوينگ 777 يستخدم ثلاث معالجات دقيقة طراز FCP-2002 التي المعتمدة رسمياً والخاضعة لعملية مقاومة للإشعاع.^[5]

نظم تعزيز الثبات

نظام تعزيز الثبات (SAS) هو نوع آخر من نظام تحكم الطيران الآلي؛ إلا أنه بدلاً من الحفاظ على الطائرة وفقاً لارتفاع محدد مسبقاً أو ضمن مسار الرحلة، ستيمل نظام تعزيز الثبات على تشغيل أدوات التحكم في تحليق الطائرة لتخفيف تأرجح الطائرة بغض النظر عن الارتفاع أو مسار الرحلة. يمكن لنظام تعزيز الثبات تثبيت الطائرة أتوماتيكياً على محور واحد أو عدة محاور. النوع الأكثر شيوعاً من نظام تعزيز الثبات هو نظام التحكم بذيل الطائرة yaw damper الذي يستخدم للقضاء على Dutch roll tendency of swept-wing aircraft. تعد بعض أنظمة التحكم بذيل الطائرة جزءاً لا يتجزأ من نظام الطيار الآلي بينما البعض الآخر عبارة عن أنظمة قائمة بذاتها.

الربان الآلي لعمليات الإبرار الآلي

حسب المنظمة الدولية للطيران المدني فيندرج الإبرار بمساعدة الأجهزة ضمن تصنيفات. تعتمد عمليات الإبرار الآلي على مستوى ودرجة الرؤية المطلوبة التي يمكن عندها الإبرار أتوماتيكياً بدون تدخل الطيار.

النموذج المشغّلة بالراديو

في النماذج المشغّلة بالراديو، وخاصة الطائرات والمروحيات، عادة ما يتضمن الربان الآلي مجموعة إضافية من المعدات والبرمجيات التي تتعامل مع تحليق النموذج المبرمج مسبقاً..^[6]

انظر أيضاً

المصادر

^ "Automated Flight Controls" (PDF). faa.gov. Federal Aviation Administration. Retrieved 20 February 2014.
^ Stevens, Brian; Lewis, Frank (1992). Aircraft Control and Simulation. New York: Wiley. ISBN 978-0-471-61397-8.
^ Flightglobal/Archive [1] [2] [3] [4]
^ Collier Trophy awards
^ "Rockwell Collins AFDS-770 Autopilot Flight Director System". Rockwell Collins. 3 February 2010. Archived from the original on 22 August 2010. Retrieved 14 July 2010. {{cite web}}: Unknown parameter |deadurl= ignored (|url-status= suggested) (help)
^ Alan Parekh (April 14, 2008). "Autopilot RC Plane". Hacked Gadgets. Archived from the original on 27 July 2010. Retrieved 14 July 2010. {{cite web}}: Unknown parameter |deadurl= ignored (|url-status= suggested) (help)

وصلات خارجية

"How Fast Can You Fly Safely", June 1933, Popular Mechanics page 858 photo of Sperry Automatic Pilot and drawing of its basic functions in flight when set

[1] "Automated Flight Controls" (PDF). faa.gov. Federal Aviation Administration. Retrieved 20 February 2014.

[2] Stevens, Brian; Lewis, Frank (1992). Aircraft Control and Simulation. New York: Wiley. ISBN 978-0-471-61397-8.

[3] Flightglobal/Archive [1] [2] [3] [4]

[4] Collier Trophy awards

[5] "Rockwell Collins AFDS-770 Autopilot Flight Director System". Rockwell Collins. 3 February 2010. Archived from the original on 22 August 2010. Retrieved 14 July 2010. {{cite web}}: Unknown parameter |deadurl= ignored (|url-status= suggested) (help)

[6] Alan Parekh (April 14, 2008). "Autopilot RC Plane". Hacked Gadgets. Archived from the original on 27 July 2010. Retrieved 14 July 2010. {{cite web}}: Unknown parameter |deadurl= ignored (|url-status= suggested) (help)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]