Bir uçağı, verilen bir doğrultuda, sürekli olarak yatay uçuşta tutmak ve yönetmek için geliştirilmiş seri kontrol mekanizmaları "Otomatik Pilot" ya da "Otopilot" olarak adlandırılır. Bu sistem sayesinde, uzun süreli uçuşların yorucu yükü pilot üzerinden alınarak, gerekli seyrüsefer işlemlerini yapabilmesi için yeterli olanak tanınır.
Pilot; sürekli uçuşta, uçağı kontrol ederken, uçağın seçilen sürekli durumdan ayrıldığını gözleriyle görerek anlamak, uçağı ilk duruma geri getirmek için uygulanacak manevraya karar vermek ve bunun sonucu olarak kas gücüyle, ilgili kumanda yüzeyinin lövyesine uygun yönde ve miktarda kuvvet uygulamak zorundadır. Bu durumda, bir otomatik pilot sistemi, bir insan tarafından yerine getirilen anlama, komuta etme ve uygulama görevlerini aynen kopya etmelidir.
Havayolu ulaşımı, tepkili uçakların hizmete girmesinden sonra, yeni işletme problemleriyle karşılaşır. Tepkili uçaklar, yerlerini almış oldukları piston motorlu uçaklardan çok daha geniş bir menzile sahiptir. Tepkili uçakların, seyrüsefer ve yaklaşma hızları, hemen hemen piston motorlu uçaklarınkinden iki kat daha fazladır. Bundan başka, tepkili uçakların "koltuk x kilometre" cinsinden üretim özellikleri, öncekilerden iyice üstün olmakla birlikte, fiyatları çok yüksektir. Bu durum, havayolu işletme şirketlerini, uçaklardan maksimum faydalanma yöntemleri aramaya sevk etmiştir.
İlk tepkili uçakların sınırlı uçuş süresi, daha hassas bir seyrüseferin gerekli olduğunu ortaya çıkarmıştır. Performansların çabuk gelişmesi, daha etkin otomatik uçuş kumanda sistemlerine ihtiyaç olduğunu göstermiştir.
Havayolu ulaşımı, meteorolojik faktörlerin yarattığı engellemeleri yenmek için devamlı bir şekilde uğraşmaktadır. Havacılıkta, otomatikleşme eğilimi, son yıllarda gelişmiş ve zorunlu bir hale gelmiştir. Bu otomatikleşme, büyük ölçüde, uzay araştırmaları ile gerçekleşen elektroniğin hızla ilerlemesi sayesinde mümkün olmuştur.
Otomatikleşmenin amaçları şunlardır:
İlk başta, uçak bordasındaki bazı görevlerin otomatik oluşu, hizmetin kalitesini, emniyetini, düzgünlüğünü ve rahatlığını iyileştirme olanağı sağlar. Meteorolojik şartlar nedeniyle bir uçuşun gerçekleştirilememesi riskini azaltır.
Mürettebat, sıkça tekrarlanan ve yorucu olan mekanik işlerden kurtulur ve bir insanın yapmasının zorunlu olduğu işlere daha fazla zaman ayırabilir. İş yükünün hafiflemesi sayesinde, bütün uçuş süresince gerçekleşen olaylar daha iyi gözlemlenebilir ve böylece emniyetin artması sağlanır.
Buna ek olarak, yeni uçakların fazla karışık olmalarına rağmen, mürettebat sayısını azaltmak mümkün görülmektedir.
Otomatik Pilotun Görevleri
Uçak, üç kumanda ekseninde yeterli bir kararlılığa sahiptir ve bu eksenler etrafındaki durumunda herhangi bir değişim olmaz ise havada yatay doğrusal uçuş yapmak üzere ayarlanabilir. Yakıt depolarının boşalması ve uçak içindeki mürettebat ve yolcuların yer değiştirmeleri sonucu, uçağın denge ayarı değişebilir. Bu değişim, otomatiksel olarak veya pilot tarafından düzeltilmedikçe, uçağın uçuş durumu bozulacaktır. Diğer taraftan, en büyük ve en sık denge değişimleri, bazı atmosferik şartlar altında görülen havadaki çalkantılardan ya da sağanaklardan doğmaktadır. Sağanaklar, uçağa herhangi bir doğrultuda çarpabilir ve uçağın tamamını veya bir parçasını etkileyebilir.
Örneğin; yatay doğrusal devamlı uçuş yapmakta olan uçağın sol yanına, zaman başlangıcı olarak seçilen bir anda, sağanak çarmış olsun. Uçak, düşey ekseni etrafında kararlı bir dengeye sahip olduğundan, ortalama sağanak basınç kuvveti, uçak kütle merkezinin gerisinde etkili olacaktır ve uçakta sola doğru bir sapma momenti doğuracaktır. Bu momenti karşılamak ve uçağın uçuş doğrultusundaki bozulmayı önlemek için, düşey kumanda yüzeyi sağ yana oynatılmalıdır.
Pilot veya otomatik pilot, uçağın uçuş durumunda meydana gelen bir bozulmayı, ancak bozulma başladıktan sonra anlayabilir. Bu yüzden uçağın uçuş doğrultusundaki bozulma anlaşılmadan önce, uçakta bir miktar sapma olacaktır. Bundan başka, mekanik sınırlamalar, kumanda yüzeyinin derhal harekete geçirilmesini gerektireceğinden, sola yönelmiş sağanak sapma momentini karşılayacak olan, kumanda yüzeyinin sağa hareketinin etkisi başlayıncaya kadar da bir süre geçecektir.
Uçak ilk uçuş doğrultusuna gelmeden önce, bu durumu aşmaması için kumanda yüzeyleri bir süre sonra zıt tarafa oynatılmalıdır.
Herhangi bir anda, düşey ekseni etrafında uçağı etkileyen net sapma momenti; sağanak momenti ve kumanda yüzeyi momentinin cebirsel toplamına eşittir. Burada, basitlik düşüncesiyle, aerodinamik dirençten doğan söküm momentini ihmal etmek sureti ile, uçağın bu sapma hareketindeki açısal ivmenin, dinamik kanunlarına göre, her an net sapma momenti ile orantılı olduğu söylenebilir. Böylece, zamanın fonksiyonu olarak çizilen net sapma momenti eğrisi, sapma hareketindeki açısal ivmenin değişimini gösterecektir.
İvme eğrisinin zamana bağlı olarak integrali alınırsa, herhangi bir andaki açısal hız elde edilir. İkinci bir integral ile de uçak doğrultusundaki açısal sapmanın derecesi bulunabilir.
Günümüzde, askeri ve sivil bütün uçaklarda standart bir donanım olarak bulunan otomatik pilotun görevleri şunlardır:
Pilotun işini hafifletme:.Devamlı doğrusal ve yatay uçuşun tutulması, daha ayrıntılı olarak, yüksekliğin, hava hızının veya mach sayısının ve rotanın daima sabit tutulması sık sık tekrarlanan usandırıcı ve yorucu bir iştir. 1939-1945 yılları arasındaki İkinci Dünya Savaşı'ndan önce, daha basit bir sisteme sahip olan otomatik pilot ile yüksekliği ve rotayı sabit tutmak olanağı sağlanmıştır.
Hassas manevraların yapılması:Bazı manevralar, pilottan büyük bir beceri ve devamlı dikkat gerektirir. Bunların dikkatsizce yapılması uçuş emniyetini tehlikeye sokabilir. Bunun tipik bir örneği, kapalı havalarda ve çok zayıf görüş şartları altında bir iniş pistine yaklaşma manevrasıdır. Pilot, yerel bir radyo-elektrik cihazdan, ideal bir yaklaşma doğrultusu ile birlikte uçağın yeri hakkında bilgi alır ve bu yaklaşma doğrultusu üzerinde tutunmak için uygun manevraları saptayarak uygular. Bu yaklaşma manevrası, bir otomatik pilottan istenebilir. Böylece uçuş emniyeti artırılır, yaklaşma doğrultusu daha hassas şekilde tutulur ve yaklaşma sırasında pilot, kendini tamamen uçuşun kontrolüne ve izlenmesine verebilir.
Uçuş özelliklerinin geliştirilmesi:Yeni uçaklarda, performanslar ve uçuş özellikleri (kumanda ve kararlılık) arasındaki en iyi uzlaşmanın saptanması zordur. Uçuşun bazı evrelerinde, pilotun yerine, tamamen otomatik pilot konamaz. Otomatik pilot, uçağa daha iyi bir kararlılık sağlamak için, pilota yardımcı olmak üzere kullanılır, gerekli kumandaları vererek kontrol yüzeylerini hareketlendirir. Bu tip otomatik pilota, otomatik kumanda da denir ve otomatik kumanda yaygın olarak kullanılır. Hızlı manevraları sınırlayan "amortisörler" de bu kategoriye dahildir.
Ayrıca, otomatik pilot, seyrüsefer ünitesine, VOR ve ILS donanımına bağlanabilir ve böylelikle, verilen bir rota veya yol doğrultusu, otomatik olarak izlenebilir.
Özetlersek, uçak bordalarında, otomatikleşme ile gerçekleştirilmesi düşünülen amaçlar; hizmet kalitesinin, emniyetin ve düzenin geliştirilmesi, altyapı tesislerinden daha iyi yararlanılması ve personel ile bakım etkenliğinin artırılmasıdır.
Otomatik Pilotun Çalışma Prensibi
Daha önce de söylediğimiz gibi, bir otomatik pilot, bir pilotun görevlerini başarabilmelidir. Buna göre de otomatik pilot, en az üç temel birime sahip olmalıdır:
Alıcı: Bu birim, insan beyninin görevini yapan, uçağın durumunu tespit etmek üzere yere bağlı sabit referans doğrultular veren ve bu referans doğrultulardan itibaren uçak eksenlerinin ayrılışını fark eden veya alan cihazlardır. Yapay ufuk tipi bir düşey ciroskop, uçağın uzunlama ve yanlama eksenlerinin yatay durumdan ayrılışını alır. Ayrıca bir yön ciroskobu da, uçak uzunlama ekseni ve meridyen doğrultusu arasındaki açıyı, yani uçak rotasının değişimini alır.Ciroskoplar, donanımın yapısına bağlı olarak, pnömatik veya elektrik enerjisi ile çalışır. Daha yeni otomatik pilot donanımında, bu iki alıcı cihaza ek olarak, uçağın her üç ekseni etrafındaki açısal hızını ölçen, ciroskoplu, üç tane açısal hız göstergesi de bulunmaktadır.
İletici devre, amplifikatör ve röle: Bu birim, alıcı tarafından saptanan, uçağın durumundaki değişimi düzeltmek için üçüncü birim servo-motorlara uygun komutu iletir.Ciroskopta tepkinin küçük olması istendiğinden, alıcıdan gelen sinyal genellikle zayıftır. Bu sinyal, amplifikatör veya röle ile büyütülür ve işletici kumanda edilir. İletici birim, donanımın özelliğine göre, pnömatik, hidrolik veya elektrikli olabilir.
İşletici, servo-motorlar: Bu sonuncu birim, donanımın yapısına bağlı olarak, pnömatik, hidrolik veya elektrikli motordan oluşur. Servo-motorların sayısı, her eksene ait kumanda yüzeyi (kanatçıklar, yatay ve düşey kontrol yüzeyleri) olarak üç tanedir ve her birine uygun yönde ve büyüklükte kuvvetler uygulanır.
Bütün otomatik pilot donanımı, uçağın durumundaki bozulmayı karşılamak üzere, uçak kumanda yüzeylerini çalıştırmak için bir komut yaratıcı araç olarak, kararlı bir referanstan itibaren meydana gelen açısal değişimi esas almaktadır veya kullanmaktadır. Sönümün gerçekleşmemesi halinde, açısal değişim kumandası, denge durumunun aşılmasına veya ortalama bir doğrultu etrafında devamlı salınıma sebep olabilir. Genellikle, uçağın aerodinamik sönümü bunu önlemeye yeterlidir. Özel bazı otomatik pilot donanımları, açısal değişim kontrolüne ek olarak, açısal hız veya açısal ivme kontrollerinden birini veya her ikisini de kullanmaktadır. Uçağın, her üç ekseninin referans doğrultulardan ayrılışını ve durumunda meydana gelen bozulmayı daha çabuk anlamak ve kumanda yüzeylerinin daha çabuk karşılık vermesini sağlamak için, özellikle yüksek hızlı yeni uçaklarda, açısal hız göstergeleri tercih edilmektedir.
Bundan başka, otomatik pilot; uçuş hızı, lineer ivmeler, yükseklik gibi büyüklüklerin değişimlerinden sorumlu olmak üzere de üretilebilir ve böylece daha sıkı bir kontrol sağlanabilir.
Otomatik pilot donanımının kendi iç kontrolü için, dördüncü bir birim daha gereklidir. Bu birim, denge durumunun aşılmasını önlemek ve kumanda yüzeyinin etkisini durdurmak üzere, yüzey hareketini alıcı birime bildiren ve ileticiyi tarafsız kılan "gözetleyici" bir devreden ibarettir.
Yukarıdaki şekilde, alıcı, ciroskoplu bir açısal hız göstergesidir. Uçak, sağanak momenti etkisi ile düşey ekseni etrafında sola doğru bir açısal hız kazanarak sola dönüş yapmakta iken, basınç etkisiyle, ciroskobun çemberi sağa yatar ve çembere bağlı bulunan ibre sola doğru hareket eder. Böylece ibre, ya bir elektrik devresini açar ya da bir potansiyometrenin kontak kolu olarak, iletici birimde voltajı, açısal hız ile orantılı bir elektrik akımı yaratır. Bu akım amplifikatörde büyütüldükten sonra, düşey kumanda yüzeyini hareket ettiren servo-motorun devresini açar ve onu çalıştırır. Kumanda yüzeyinin hareketi, onun miline bağlı bir potansiyometrede, yüzeyin açısal hareketi ile orantılı zıt bir akım yaratır ve bu zıt akım, gözetleyici birim aracılığı ile kontak kolunu tarafsız duruma getirir ve kumanda yüzeyini durdurur.
Otomatik Pilotun Analizi
Yeni otomatik pilot donanımları, duyarlılığı yüksek transistör sistemlerine sahiptir. Sinyaller; manyetik, ciroskobik ve radyo kaynaklarından; uçağın üç eksenine ait ciroskoplu açısal hız göstergelerinden ve pilotun yol göstergesinden alınmaktadır.
Tutulması gereken referans değerler, komuta düğmeleri ile aletlerde belirtilir. Alıcılar, kontrol edilecek durum parametrelerini ölçer. Amplifikatör, ölçülen durum parametrelerini referans değerlerle karşılaştırır ve pilotaj bağına uygun olarak, servo-motorlara gönderilen enerjinin miktarını ayarlar. Pilotaj bağı, amplifikatörün karşılaştırma sonunda saptadığı farklar ve servo-motorun hareketi arasındaki fonksiyonu ifade etmektedir.
Otomatik kontrol ve komutanın başarılı olabilmesi için; gerekli anlama ve uygulama birimlerinin bulunması ve donanımın karakteristiklerinin, geçerli bir duyarlılık ve kararlılık sağlayan, uygun bir pilotaj bağını kurmaya yeterli olması gerekmektedir.
Ulaşım sınıfı uçaklarda, otomatik pilot, kalkıştan hemen sonraki ilk yükselme manevrasından itibaren, son yaklaşma manevrasına kadar süren uçuşun büyük bir kısmında kullanılabilir.
Buna göre gerçekleştirilen görevler özetle şunlardır:
Uzunlamasına durumun veya yüksekliğin tutulması,
Rotanın alınması ve tutulması, sabit yatışlı virajların yapılması,
Bir seyrüsefer bilgisayarının otomatik kontrolü,
Kumanda yüzeyi fletnerlerinin otomatik olarak ayarlanması,
Bir VOR doğrultusunun otomatik kontrolü,
ILS ile yaklaşma.
Berhan Dönmez
V.Captain and ATC
TRVACC11-FlyTHY~7~
Turkish Virtual Airlines Forums
Turkish Virtual Airlines Forums - As Real As It Gets, Since 2001