Autopandu

Pilot otomatis (dari bahasa Inggris: autopilot) adalah sebuah sistem mekanikal, elektrikal, atau hidraulik yang memandu sebuah kendaraan tanpa campur tangan dari manusia. Umumnya pilot otomatis dihubungkan dengan pesawat, tetapi pilot otomatis juga digunakan di kapal dengan istilah yang sama.

Panel pilot otomatis pesawat terbang Boeing 747 yang lama.

Dalam masa-masa awal transportasi udara, pesawat udara membutuhkan perhatian terus menerus dari seorang pilot agar dapat terbang dengan aman. Hal ini membutuhkan perhatian yang sangat tinggi dari awak pesawat dan mengakibatkan kelelahan. Sistem pilot otomatis diciptakan untuk menjalankan beberapa tugas dari pilot.

Sistem pilot otomatis pertama diciptakan oleh Sperry Corporation tahun 1912. Lawrence Sperry (anak dari penemu ternama Elmer Sperry) mendemonstrasikannya dua tahun kemudian pada 1914 serta membuktikan kredibilitas penemuannya itu dengan menerbangkan sebuah pesawat tanpa disetir olehnya.

Pilot otomatis menghubungkan indikator ketinggian menggunakan giroskop dan kompas magnetik ke rudder, elevator dan aileron. Sistem pilot otomatis tersebut dapat menerbangkan pesawat secara lurus dan rata menurut arah kompas tanpa campur tangan pilot, sehingga mencakup 80% dari keseluruhan beban kerja pilot dalam penerbangan secara umum. Sistem pilot otomatis lurus-dan-rata ini masih umum sekarang ini, lebih murah dan merupakan jenis pilot otomatis yang paling dipercaya. Sistem tersebut juga memiliki tingkat kesalahan terkecil karena kontrolnya yang tidak rumit.

Pada awal 1920-an, tanker Standard Oil J.A Moffet menjadi kapal pertama yang menggunakan pilot otomatis.

Auto Pilot Systems

Sebuah sistem pilot otomatis yang melakukan kontrol pesawat tanpa pilot yang langsung mengontrol manuver pesawat. Autopilot mempertahankan sikap dan/atau arah pesawat dan mengembalikan pesawat ke kondisi semula. Sistem pilot otomatis mampu menjaga pesawat stabil lateral, vertikal, dan membujur.

Tujuan utama dari sistem autopilot adalah untuk mengurangi ketegangan dan kelelahan mengendalikan pesawat bekerja selama waktu yang panjang dalam penerbangan. Kebanyakan pilot otomatis memiliki baik manual dan mode operasi otomatis. Dalam modus manual, pilot memilih setiap manuver dan membuat input kecil ke sebuah kontroler autopilot. Sistem autopilot bergerak menggantikan kontrol pesawat untuk melakukan manuver. Dalam modus otomatis, pilot memilih sikap dan arah yang diinginkan untuk sebuah segmen penerbangan. Autopilot kemudian bergerak melakukan kontrol untuk mencapai dan mempertahankan parameter ini.

Sistem autopilot menyediakan satu, dua kontrol, atau tiga sumbu pesawat terbang. Instrumen yang hanya mengelola pesawat sekitar satu sumbu mengontrol aileron. Instrumen itu adalah pilot otomatis sumbu tunggal, dikenal sebagai sistem menyama-ratakan sayap, biasanya ditemukan pada pesawat ringan. Pilot otomatis lainnya adalah sistem dua sumbu mengontrol aileron dan elevator. Tiga sumbu pilot otomatis mengontrol aileron, elevator, dan rudder. Dua dan tiga axis sistem autopilot dapat ditemukan pada pesawat dari semua ukuran.

Ada banyak sistem autopilot yang tersedia. Mereka memiliki berbagai kemampuan dan kompleksitas. Pesawat ringan biasanya memiliki pilot otomatis dengan kemampuan kurang dari performance tinggi dan kategori transportasi pesawat. Integrasi fungsi navigasi umum, bahkan pilot otomatis di pesawat ringan.

Sebagai pilot otomatis meningkatkan kompleksitas, mereka tidak hanya memanipulasi permukaan kontrol penerbangan, tapi parameter penerbangan lainnya juga. Beberapa pesawat modern kecil, kinerja tinggi, dan Pesawat kategori transportasi memiliki sistem autopilot yang sangat rumit yang dikenal sebagai Automatic Flight Control Systems (AFCS). Ketiga sumbu sistem jauh melampaui kemudi pesawat. Mereka mengendalikan pesawat selama tanjakan, keturuna , cruise, dan pendekatan untuk mendarat.

Beberapa bahkan mengintegrasikan fungsi auto throttle yang secara otomatis mengontrol dorong mesin yang membuat auto-landings menjadi mungkin. Untuk kontrol otomatis lanjut, memiliki sistem manajemen penerbangan yang telah dikembangkan. Melalui penggunaan komputer, sebuah penerbangan seluruh profil dapat diprogram sebelumnya yang memungkinkan pilot untuk mengawasi pelaksanaannya. Sebuah komputer FMS koordinat hampir setiap aspek penerbangan, termasuk autopilot dan auto throttle sistem, pemilihan rute navigasi, skema pengelolaan bahan bakar, dan banyak lagi.

Operasi Dasar Auto Pilot

Dasar untuk operasi sistem autopilot adalah koreksi kesalahan. Ketika sebuah pesawat gagal untuk memenuhi kondisi yang dipilih, kesalahan dikatakan telah terjadi. Sistem autopilot otomatis mengoreksi kesalahan itu dan mengembalikan pesawat ke flight attitude yang diinginkan oleh pilot. Ada dua cara dasar yang dilakukan oleh sistem autopilot modern. Salah satunya adalah posisi yang berdasarkan dan lainnya adalah tingkat berbasis. Sebuah posisi yang berdasarkan autopilot memanipulasi kontrol pesawat itu sehingga setiap penyimpangan dari yang diinginkan flight attitude tersebut diperbaiki. Hal ini dilakukan dengan menghafal sikap pesawat yang diinginkan dan menggerakkan kontrol sehingga pesawat kembali ke attitude semula.

Tingkat berbasis pilot otomatis menggunakan informasi tentang tingkat pergerakan pesawat, dan memindahkan kontrol permukaan untuk melawan laju perubahan yang menyebabkan kesalahan. Penggunaan pesawat paling besar berbasis autopilot sistem. Pesawat kecil dapat menggunakan salah satunya.

Komponen Auto Pilot

Kebanyakan sistem autopilot terdiri dari empat komponen dasar, ditambah berbagai switch dan unit pembantu. Empat dasar komponen: Sensing Elemen, Computer Elemen, Output Elemen, dan Command Elemen. Banyak sistem autopilot yang lebih maju dengan memiliki elemen kelima: feedback dan follow up. Ini mengacu pada sinyal yang dikirim sebagai koreksi yang dilakukan oleh elemen output menyarankan autopilot dari kemajuan yang dibuat.

Sensing Elemen

Sikap dan directional gyros, Turn Coordinator, dan Altitude Control adalah Sensing Elemen autopilot. Unit ini merasakan pergerakan pesawat. Mereka menghasilkan sinyal-sinyal listrik yang digunakan oleh autopilot untuk secara otomatis mengambil tindakan korektif yang diperlukan yang diperlukan untuk menjaga pesawat terbang sebagaimana dimaksud. Sensing Salad-gyros dapat ditemukan di kokpit yang dipasang instrumen. Mereka juga dapat dihubungkan secara remote.

Sensor gyro terpencil mendorong menampilkan servo panel kokpit, serta memberikan sinyal input ke komputer autopilot. Pilot otomatis digital modern dapat menggunakan berbagai sensor berbeda. Gyros MEMS dapat digunakan atau disertai dengan menggunakan accelerometers solid state dan magnetometer. Laju sistem berbasis tidak boleh menggunakan gyros sama sekali. Berbagai sensor input mungkin terletak dalam unit yang sama atau unit terpisah dan transfer informasi melalui bus data digital. Informasi navigasi juga terintegrasi melalui koneksi bus data digital untuk komputer avionik.

Komputer dan Amplifier

Unsur komputasi autopilot mungkin analog atau digital. Fungsinya adalah untuk menafsirkan data Sensing Elemen, mengintegrasikan Command dan input navigasi, dan mengirim sinyal ke elemen Outpur untuk memindahkan pesawat kontrol yang diperlukan untuk mengendalikan pesawat. Sebuah Amplifier digunakan untuk memperkuat sinyal untuk diproses, jika diperlukan, dan untuk digunakan oleh perangkat output, seperti motor servo. Amplifier dan sirkuit terkait adalah sistem autopilot komputer analog. Informasi ditangani saluran sesuai dengan sumbu kontrol yang sinyal dimaksudkan (yaitu, pitch channel, roll channel, atau yaw channel). Sistem digital menggunakan teknologi komputer mikroprosesor solid state dan biasanya hanya memperkuat sinyal dikirim ke elemen output.

Elemen Output

Elemen output dari sebuah sistem autopilot adalah servos yang menyebabkan ada pergerakkan dari kontrol penerbangan. Mereka adalah perangkat independen untuk masing-masing saluran kontrol yang mengintegrasikan ke dalam sistem kontrol penerbangan reguler. Desain servo autopilot sangat bervariasi tergantung pada metode aktuasi kontrol penerbangan. Sistem kabel-actuated biasanya memanfaatkan motor servo listrik atau elektro-pneumatik servos. Sistem kontrol penerbangan digerakkan secara hidrolik menggunakan servos electrohydraulic autopilot. Pesawat fly-by-wire digital memanfaatkan aktuator yang sama untuk melaksanakan manual dan autopilot manuver. Ketika autopilot bergerak, aktuator agak merespon perintah dari autopilot daripada eksklusif dari pilot. Apapun, autopilot servos harus memungkinkan gerakan kontrol tanpa hambatan ketika autopilot tidak beroperasi.

Pesawat dengan kontrol digerakkan oleh kabel menggunakan dua dasar jenis listrik servos yang dioperasikan motor. Motor terhubung ke poros output servo melalui pengurangan gigi. Ketika Motor mulai, berhenti, dan berbalik arah dalam menanggapi dengan perintah dari komputer autopilot. Jenis lain dari servo listrik menggunakan motor yang terus berjalan ditujukan untuk poros output melalui dua kopling magnet. Cengkeraman diatur sedemikian rupa sehingga energi satu kopling mentransmisikan torsi bermotor untuk memutar poros output dalam satu arah; energizing kopling lainnya ternyata berputar pada poros dalam arah yang berlawanan. Electropneumatic servos juga dapat digunakan untuk mendorong kontrol penerbangan kabel dalam beberapa sistem autopilot. Mereka dikendalikan oleh sinyal-sinyal listrik dari amplifier autopilot dan digerakkan oleh sumber tekanan udara yang tepat. Sumber mungkin berupa sistem pompa vakum atau mesin turbin udara. Setiap servo terdiri dari sebuah katup elektromagnetik dan output linkage.

Pesawat dengan sistem kontrol penerbangan hidrolik digerakkan memiliki autopilot servos yang elektro-hidrolik. Mereka mengontrol katup bahwa tekanan fluida langsung yang diperlukan untuk memindahkan kontrol melalui aktuator kontrol. Mereka yang didukung oleh sinyal dari komputer autopilot. Ketika autopilot tidak terlibat, servos memungkinkan cairan hidrolik mengalir terbatas dalam sistem kontrol penerbangan untuk operasi normal. Katup servo dapat menggabungkan transduser umpan balik untuk memperbarui kemajuan autopilot selama koreksi kesalahan .

Elemen Command

Unit Command, disebut pengontrol penerbangan, adalah manusia antarmuka dari autopilot. Hal ini memungkinkan pilot untuk memberitahu autopilot apa yang harus dilakukan. Pengendali penerbangan bervariasi dengan kompleksitas sistem autopilot. Dengan menekan tombol fungsi yang diinginkan, pilot menyebabkan controller untuk mengirim sinyal instruksi ke komputer autopilot, memungkinkan untuk mengaktifkan servos yang tepat untuk melaksanakan perintah. Level flight, climb, descent, beralih ke heading, atau terbang menuju heading yang diinginkan beberapa dari pilihan yang tersedia pada kebanyakan pilot otomatis. Banyak pesawat memanfaatkan banyak alat bantu navigasi radio. Ini dapat dipilih untuk mengeluarkan perintah langsung ke komputer autopilot.

Selain on/off pada controller autopilot, kebanyakan pilot otomatis memiliki tombol disconnect yang terletak di kontrol roda. Switch ini, dioperasikan oleh tekanan ibu jari, sistem autopilot harus dapat digunakan untuk memperbaiki sebuah kerusakan yang terjadi pada sistem atau setiap saat pilot ingin untuk mengambil kontrol manual pesawat.

Feedback atau Follow Up

Sebagai manuver autopilot pesawat kontrol untuk mencapai sikap penerbangan yang diinginkan, maka harus mengurangi kontrol permukaan koreksi sebagai sikap yang diinginkan hampir tercapai sehingga kontrol dan pesawat datang untuk beristirahat di jalur. Tanpa dilakukan, sistem akan terus berlebihan. Permukaan defleksi akan terjadi sampai sikap yang diinginkan tercapai. Tapi gerakan masih akan terjadi sebagai permukaan kembali ke posisi pra-kesalahan. Sensor Attitude akan sekali lagi mendeteksi kesalahan dan memulai proses koreksi seluruh lagi.

Berbagai feedback listrik, atau sinyal follow up, yang dihasilkan untuk semakin mengurangi pesan kesalahan di autopilot sehingga bahwa lebih dari koreksi terus menerus tidak terjadi. Ini biasanya dilakukan dengan transduser pada aktuator atau di unit servo autopilot.

Sebuah tingkat sistem menerima sinyal kesalahan dari tingkat gyro yang dari polaritas tertentu dan besaran yang menyebabkan kontrol akan dipindahkan. Sebagai kontrol melawan kesalahan dan bergerak untuk memperbaikinya, tindak lanjut sinyal polaritas berlawanan dan meningkatkan besarnya kontra sinyal error sampai sikap yang benar pesawat itu dikembalikan. Perpindahan follow up sistem A menggunakan kontrol hantaran untuk membatalkan pesan kesalahan bila sikap terbang telah dipindahkan ke posisi yang benar.

Fungsi Autopilot

Berikut ini deskripsi sistem autopilot yang disajikan untuk menunjukkan fungsi analog autopilot sederhana. Pilot otomatis yang jauh lebih paling canggih, namun banyak fundamental operasi serupa. Sistem pilot otomatis pesawat terbang dengan menggunakan sinyal listrik yang dikembangkan dalam unit gyro - sensor. Unit-unit ini terhubung ke instrumen penerbangan yang menunjukkan arah, tingkat gilirannya, bank, atau pitch. Jika flight Attitude atau heading magnetik berubah, sinyal listrik akan mengembang di gyros. Sinyal-sinyal ini dikirim ke komputer autopilot/Amplifier dan digunakan untuk mengendalikan operasi unit servo. Sebuah servo untuk masing-masing dari tiga saluran kontrol mengkonversi sinyal listrik menjadi kekuatan mekanik, kontrol permukaan yang bergerak sebagai respons terhadap sinyal korektif atau perintah pilot.

Saluran kemudi menerima dua sinyal yang menentukan kapan dan berapa banyak kemudi bisa bergerak. Sinyal sinyal course pertama berasal dari sistem kompas. Selama pesawat tetap pada heading magnetic itu pada saat autopilot terlibat, tidak ada sinyal berkembang. Penyimpangan menyebabkan sistem kompas untuk mengirim sinyal ke saluran kemudi yang sebanding dengan sudut perpindahan pesawat dari heading preset. Sinyal kedua yang diterima saluran kemudi adalah sinyal tingkat yang memberikan informasi kapan pesawat berbalik dengan sumbu vertikal. Informasi ini disediakan oleh gyro turn- dan -bank indikator.

Ketika pesawat berupaya untuk mematikan saja, gyro tingkat mengembangkan sinyal yang sebanding dengan tingkat gilirannya, dan gyro saja berkembang sinyal sebanding dengan jumlah perpindahan. Dua sinyal itu yang dikirim ke saluran amplifier kemudi, di mana mereka digabungkan dan kekuatan mereka meningkat. Sinyal itu diperkuat kemudian dikirim ke servo rudder. Ternyata servo kemudi dalam arah yang benar untuk mengembalikan pesawat ke heading magnetik yang dipilih.

Sebagai kemudi permukaan bergerak, sinyal follow up dikembangkan yang menentang sinyal input. Ketika dua sinyal yang sama dalam besarnya, servo berhenti bergerak. Ketika pesawat tiba, tentu saja, sinyal mencapai nilai nol, dan kemudi dikembalikan ke posisi streamline oleh sinyal follow up. Saluran Aileron menerima sinyal input dari pemancar yang terletak di indikator gyro Artificial Horizon. Setiap gerakan Pesawat pada sumbu longitudinal menyebabkan gyro – Unit sensing untuk mengembangkan sinyal untuk mengoreksi gerakan. Sinyal ini diperkuat, fase terdeteksi, dan dikirim ke aileron servo, yang bergerak permukaan kontrol aileron untuk mengoreksi kesalahan.

Sebagai aileron permukaan bergerak, sinyal follow up membangun sinyal yang bertentangan dengan sinyal input. Ketika dua sinyal sama besarnya, servo berhenti bergerak. Sejak aileron menghindar dari arus, pesawat sekarang mulai bergerak kembali ke tingkat penerbangan dengan input sinyal menjadi lebih kecil dan sinyal lanjutan mengemudi kontrol permukaan kembali ke posisi merampingkan. Ketika Pesawat telah kembali ke tingkat penerbangan sikap roll, input sinyal kembali nol. Pada saat yang sama, permukaan kontrol efisien, dan sinyal follow up nol.

Rangkaian saluran lift adalah sama dengan channel aileron, dengan pengecualian bahwa saluran lift mendeteksi dan memperbaiki perubahan pitch attitude pesawat. Untuk kontrol ketinggian, unit dipasang secara remote mengandung ketinggian tekanan diafragma yang digunakan. Mirip dengan Attitude dan gyros directional, ketinggian unit menghasilkan sinyal error ketika pesawat telah bergerak dari ketinggian terpilih. Ini diketahui sebagai fungsi ketinggian. Sinyal mengontrol servos pitch, yang bergerak untuk memperbaiki kesalahan. Fungsi ketinggian yang dipilih menyebabkan sinyal untuk terus dikirim ke servos pitch sampai ketinggian terpilih telah tercapai. Pesawat kemudian mempertahankan ketinggian terpilih menggunakan sinyal altitude hold.

Referensi

• "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
• http://www.navitron.co.uk/NT921_Autopilot.htm