Гироскопический автопилот

Гироскопический автопилот — тип системы автопилота, разработанный в первую очередь для использования в авиации в начале 20-го века. С тех пор принципы этого автопилота стали основой многих различных систем управления самолетами, как военных, так и гражданских.

Sperry Corporation разработала оригинальный гироскопический автопилот в 1912 году. Устройство называлось «гироскопическим стабилизатором», и его целью было улучшить устойчивость и управление самолетом. Он использовал входные данные от нескольких других приборов, чтобы позволить самолету автоматически поддерживать желаемый компасный курс и высоту. ^[1]

Ключевой особенностью аппарата гироскопического стабилизатора было то, что он включал гироскоп для регулирования поверхностей управления самолета. ^[1] Лоуренсу Сперри удалось разработать меньшую и более легкую версию гироскопа, ^[1] и устройство было интегрировано в гидравлическую систему управления самолета. Используя отрицательную обратную связь, гироскоп автоматически регулировал поверхности управления самолета для поддержания прямого и ровного полета. ^[1]

Автопилот Лоуренса Сперри был впервые продемонстрирован во Франции 18 июня 1914 года. Сперри участвовал в выставке, на которой 57 самолетов были оснащены новыми усовершенствованиями и инновациями. Самолет Сперри, Curtiss C-2 , был единственным, оснащенным гироскопическим стабилизатором. Сперри вместе со своим помощником Эмилем Кашеном совершили три прохода перед трибуной, полной зрителей и военных наблюдателей. На своем первом проходе Сперри включил автопилот и пролетел мимо трибуны, держа руки высоко над штурвалом. На втором проходе Кашен вылез на правое крыло в семи футах от фюзеляжа, руки Сперри все еще не были на штурвале. Когда самолет накренился из-за смещения веса, автопилот немедленно стабилизировал крылья. На своем последнем проходе Сперри вылез на противоположное крыло, оставив место пилота пустым. Наблюдатели были поражены способностью самолета поддерживать горизонтальный полет без ручного управления пилотом. Сперри также прокатил Джозефа Барреса, командующего французским армейским воздушным корпусом, чтобы продемонстрировать способность своего устройства выполнять самостоятельный взлет и посадку. ^[1]

Уайли Пост прославился после своего рекордного кругосветного путешествия 23 июня 1931 года. На своем самолете Lockheed Vega , прозванном « Винни Мэй », он сумел совершить кругосветное путешествие за восемь дней, 15 часов и 51 минуту. Он сделал это с помощью Гарольда Гатти , который был его штурманом и вторым пилотом. Два года спустя он решил побить свой предыдущий рекорд, совершив кругосветное путешествие в одиночку. Он хотел доказать, что один человек может совершить такое же путешествие без второго пилота. Чтобы добиться этого, он оснастил « Винни Мэй» автопилотом с гироскопом Sperry и радиопеленгатором . Хотя у него возникли некоторые проблемы с автопилотом, он совершил путешествие за семь дней, 18 часов и 49 минут. Считается, что использование автопилота и радиопеленгатора значительно упростило и повысило эффективность управления самолетом. Использование автопилота снизило физические и умственные нагрузки Поста во время его кругосветного путешествия. ^[2]

Воздушный корпус армии США и ВМС США экспериментировали с автопилотами на военных самолетах до и во время Второй мировой войны. Прямой и горизонтальный полет стал необходимостью для новых методов горизонтального бомбометания, которые разрабатывались в то время. Компания Sperry Gyroscope Company разработала множество систем автопилота для использования на военных самолетах. Когда в конце 1930-х годов был доставлен Boeing B-17 Flying Fortress , он был оснащен коммерческим автопилотом Sperry A-3. A-3 был простым автопилотом и корректировал только угловые отклонения в прямом и горизонтальном курсе самолета. Он использовал пневматические гидравлические сервоприводы, которые имели тенденцию медленно реагировать на входные данные, и это часто приводило к чрезмерной компенсации скорректированного курса самолета. Это вызывало проблемы с навигацией и управлением, когда пилоты летали в плохую погоду или в неспокойном воздухе. ^[3]

Для решения этих проблем был разработан автопилот Sperry A-5. Это был первый полностью электрический автопилот. Этот новый автопилот использовал три двухэлементных усилителя на вакуумных лампах и высокоскоростные гироскопы. Каждый усилитель был связан с отдельной осью: рыскание, тангаж и крен. Высокоскоростные гироскопы были более чувствительны и устанавливали базовый уровень отсчета траектории горизонтального полета самолета. Всякий раз, когда самолет отклонялся от базового уровня отсчета, автопилот корректировал количество времени, которое происходило между изменениями в уровнях отсчета. Это позволяло автопилоту определять скорость и ускорение изменения. Затем рассчитанное изменение быстро передавалось на поверхности управления с помощью независимых электрогидравлических сервоприводов. Это приводило к более быстрым и стабильным коррекциям самолета. ^[3]

Более быстрая стабилизация самолета автопилотом A-5 сделала возможным использование новых бомбовых прицелов на военных самолетах. Norden Bombsight и Sperry Bombsight использовались на борту бомбардировщиков армии и флота во время войны. Оба бомбовых прицела использовали гироскопы, телескопы и аналоговые компьютеры для расчета точки сброса, чтобы бомбардировщики могли точно сбрасывать свои грузы на наземные цели. A-5 имел возможность интегрироваться с этими бомбовыми прицелами. Как только бомбардир находил цель и настраивал бомбовый прицел, автопилот включался, чтобы вести самолет прямо и горизонтально к цели, где бомбовый прицел автоматически рассчитывал точку сброса бомб. ^[3]

Немецкая V-1 Buzz Bomb также использовала систему автопилота для наведения. Она использовала маятниковую систему, которая была демпфирована гироскопом, подобно тем, которые использовались в автопилотах Sperry. Она также использовала радиопеленгацию для поддержания курса. ^[4] Использование автопилота на беспилотном оружии можно рассматривать как предшественника современных крылатых ракет.

• «Оборудование управления полетом B-17».
• «Как работает автопилот».
• «Уайли Пост».
• Оригинальный каталог компании Sperry