Was ist der Unterschied zwischen Autopilot und Fly-by-Wire-System?

Ein Autopilot kann das Flugzeug basierend auf vom Piloten ausgewählten Modi fliegen. Der Autopilot entlastet also den Piloten, indem er manuelle Eingaben über Steuerknüppel oder Sidestick ersetzt. Ein Fly-by-Wire (FBW)-System ist eine Art Steuersystem, bei dem mechanische Verbindungen zwischen den Flugsteuerungen und den Steuerflächen durch elektrische Verbindungen ersetzt werden. Meist ist noch ein Computer dazwischengeschaltet, der die an die Steuerflächen gesendeten Signale anpassen oder einschränken kann.

Um Ihre konkreten Fragen zu beantworten:

Ich habe gehört, dass das FBW-System von Airbus die Pilotenbefehle die meiste Zeit außer Kraft setzt.

Das Airbus-FBW-System ist die ganze Zeit aktiv , überschreibt jedoch die Eingabe des Piloten die meiste Zeit nicht. Es wird nur Piloteneingaben außer Kraft setzen, wenn eine solche Eingabe das Flugzeug aus seiner nominellen Flughülle bringen würde. Das FBW - System bietet daher Flughüllenschutz . Diese Schutzmaßnahmen sind jedoch nicht in jedem Steuergesetz aktiv (siehe Antwort des Busfahrers ).

Bedeutet dies, dass das Flugzeug von einem FBW-System gesteuert wird? Was ist mit Autopilot?

Das Flugzeug wird vom Piloten oder Autopiloten über das FBW-System gesteuert . Der Pilot oder Autopilot (A/P-Computer) sendet seine Eingaben elektrisch an die Flugsteuerungscomputer (F/CTL), die dann die Steuerflächen auf der Grundlage des aktuellen Steuergesetzes betätigen:

^{( Airbus A320 FCOM – Flugsteuerung – Beschreibung)}

Da sowohl die Eingaben des Piloten als auch des Autopiloten durch die Flugsteuerungscomputer gehen, werden alle Flugbereichsschutzmaßnahmen immer noch von diesen Computern bereitgestellt, selbst wenn der Autopilot aktiv ist.

Wenn ein Flugzeug auf plötzliche Böen trifft, trägt der Autopilot dazu bei, das Flugzeug stabil zu machen?

Alle Flugzeuge der Transportkategorie müssen statisch und dynamisch stabil sein, auch wenn der Autopilot ausgeschaltet ist. Das FBW-System kann jedoch beim Erreichen der Stabilität helfen (z. B. bei der Gierdämpfung, siehe diese Antwort ).

Wenn Sie meinen, bei böigen Bedingungen einen konstanten Kurs und eine konstante Höhe beizubehalten, muss dies vom Piloten oder Autopiloten durchgeführt werden.

Welches System steuert das Flugzeug und bietet unbeschwertes Manövrieren?

Die Steuerung liegt entweder beim Piloten oder beim Autopiloten (nie beides: Wenn der Sidestick oder die Seitenruderpedale über einen bestimmten Schwellenwert hinaus bewegt werden, wird der Autopilot getrennt). Ich bin mir nicht ganz sicher, was Sie mit "sorglosem Manövrieren" meinen, aber alle Flughüllenschutzmaßnahmen und andere Hilfen (wie z. B. das automatische Beibehalten der Höhe beim Bankieren, siehe diese Antwort ) werden von den FBW-Computern bereitgestellt.

Welches System gewährleistet, dass das Flugzeug an jedem Punkt sicher und stabil bleibt?

Solange die Flughüllenschutzmaßnahmen aktiv sind (abhängig vom Kontrollgesetz), stellt das FBW sicher, dass das Flugzeug sicher bleibt. In degradierten Kontrollgesetzen (insbesondere im direkten Recht) ist der Pilot immer noch dafür verantwortlich, das Flugzeug sicher und stabil zu halten.

Der Autopilot kümmert sich jedoch nicht wirklich um die Sicherheit: Wenn Sie dem Autopiloten sagen, dass er in Reiseflughöhe mit 6000 ft/min steigen soll, wird er dies gerne versuchen, aber der Flughüllenschutz wird eingreifen, bevor die Fluggeschwindigkeit zu stark abfällt und die Flugzeugstände.

Das Fly-by-Wire-System entfernt die physische Verbindung zwischen Cockpitsteuerung und Flugsteuerflächen. Dazu muss es eine Art Regel geben, wie die Eingabe des Piloten interpretiert und in Steuerflächenbewegung umgewandelt wird. Dies wird als Kontrollgesetz bezeichnet.

Bei Airbus gibt es drei* verschiedene Arten von Kontrollgesetzen. „Normales Recht“, „alternatives Recht“ und „direktes Recht“. Im normalen Gesetz werden Side-Stick-Eingaben als G-Last-Bedarf und Rollrate interpretiert. Im direkten Gesetz besteht ein direkter Zusammenhang zwischen der Position des Seitenknüppels und der Ruderauslenkung. Im normalen Recht gibt es auch Flughüllenschutz, im direkten Recht gibt es überhaupt keinen Schutz. Trotzdem sind sie alle Fly-by-Wire. Ich bin viele Jahre lang mehrere verschiedene Airbusse geflogen, und nicht ein einziges Mal hatte ich eine Fehlfunktion, die das Steuergesetz vom "normalen Gesetz" herabgesetzt hätte, noch hat das Fly-by-Wire-System meine manuelle Steuereingabe eingeschränkt.

Der Flight Envelope Protection macht genau das, was der Name schon sagt: Er lässt Sie die Struktur nicht blockieren oder überlasten. Wenn Sie innerhalb des vorgesehenen Bereichs bleiben, erhalten Sie die volle Leistung, die das Flugzeug zu bieten hat. Wenn Sie aus irgendeinem Grund die maximal verfügbare Leistung benötigen, um plötzlich einem Berggipfel auszuweichen, können Sie den Seitenhebel zurückziehen und den Computer seine Magie wirken lassen, ohne befürchten zu müssen, die Flugzeugzelle zu stark zu belasten.

Der Autopilot ist dazu da, den vorprogrammierten Flugweg zu steuern, dh. Beibehalten der Höhe, Wenden und Beibehalten eines bestimmten Steuerkurses oder Verfolgen des Flugplans.

Der Unterschied besteht beispielsweise darin, dass der Autopilot auf die voreingestellte Höhe zurückkehrt, wenn beispielsweise eine plötzliche Böe dazu führt, dass das Flugzeug beispielsweise 100 Fuß steigt. Wenn Sie den gleichen Flugweg in manueller Steuerung fliegen, wird Sie die gleiche Böe in der neuen Höhe zurücklassen und eine Eingabe des Piloten ist erforderlich, um zum gewünschten Flugweg zurückzukehren.

Wenn der Autopilot ausfällt, kann der Flug mit allen verfügbaren Leckereien mit manueller Steuerung betrieben werden. Sollten jedoch kritische Steuerrechner ausfallen, kann es sein, dass neben der verschlechterten Steuergesetzgebung auch der Autopilot nicht funktioniert. Der Autopilot steuert die Steuerflächen über dieselben Computer wie der Pilot.

*Es gibt mehr und Mischungen verschiedener Modi, aber das ist das Grundkonzept

Sie haben bereits eine Reihe hervorragender Antworten erhalten, und ich möchte nur noch etwas sehr kurzes und prägnantes zu der Frage hinzufügen, die Sie in Ihrem Titel stellen:

Was ist der Unterschied zwischen Autopilot und Fly-by-Wire-System?

Autopilot bezieht sich darauf, wer für die Flugsteuerungseingaben verantwortlich ist , Fly-by-Wire bezieht sich darauf, wie Flugsteuerungseingaben in Steuerungsausgaben übersetzt werden . Der Autopilot macht seine eigenen Eingaben, FBW übersetzt Eingaben, die es von jemand anderem (entweder dem Piloten oder dem Autopiloten) erhält, in Ausgaben.

Ohne FBW gibt es normalerweise eine Art direkte mechanische Verbindung zwischen den Flugsteuerungseingängen (Joch, Pedale, Hebel) und Steuerausgängen (aerodynamische Steuerflächen, Drosselklappen usw.). Bei FBW ist eine Form von elektronischer oder Computerunterstützung beteiligt . Im Extremfall fehlt die direkte Verbindung: Ein Sensor im Joch misst den Winkel und sendet beispielsweise einen Befehl an einen Motor am Aufzug.

FBW macht selbst keine Steuereingänge, es übersetzt nur Steuereingänge in Steuerausgänge.

Der Autopilot macht seine eigenen Steuereingaben. Dies erfordert überhaupt keine FBW. Es gibt Autopiloten, die einfach an denselben Kabeln ziehen wie der Pilot. Auch wenn das normalerweise nicht so funktioniert, kann man es sich so vorstellen: Egal wie einfach und mechanisch Ihr Flugzeug ist, im schlimmsten Fall könnte der Autopilot immer einfach aus einer Reihe von Motoren bestehen, die genau das tun, was Sie tun würden tun – Sie könnten sogar einen Autopiloten für einen Hängegleiter haben, der einige Gewichte an Seilen verlagert. Oder, wissen Sie, das hier .

f Kurz gesagt

Eine sehr einfache Möglichkeit, den Unterschied zwischen Autopilot und Fly-by-Wire zu verstehen, besteht darin, sie mit einem autonomen Auto und seinem Antiblockiersystem zu vergleichen.

Ein luftfahrttechnischerer Weg ist es, sich anzusehen, wie ein Turbinentriebwerk tatsächlich gesteuert wird: Der Pilot gibt seine Befehle mit einem Gashebel, aber die Befehle werden vom FADEC am Triebwerk außer Kraft gesetzt, das die Triebwerkssteuerung tatsächlich verwaltet. Selbst wenn die automatische Drosselung eingeschaltet ist und Befehle von einem Computer statt von einem Piloten kommen, fängt die FADEC sie immer noch ab. In beiden Fällen:

• Der autonome Autocomputer und die automatische Drosselung sind Autopilotfunktionen.
• Anti-Rutsch und FADEC sind FBW-Funktionen.

Sie leben ihr Leben unabhängig voneinander, genauso wie der Autopilot und die Steuerflächen der FBW-Computer unabhängig voneinander leben.

Autopilot ist ein Pilot

Autopilot, oder Flugcomputer, ist vergleichbar mit einem Ersatz für die manuellen Eingaben des Piloten. Was der Flugcomputer tut, könnte durch manuelle Eingaben erfolgen. Aber warum sollten Sie manuelle Befehle zum Fliegen einer Warteschleife senden, wenn ein Computer dies automatisch tun kann und Wind, Geschwindigkeit, Querneigungsbegrenzungen usw. selbst verwaltet?

Bei Airbus ist der Autopilot das Flight Management Guidance System (FMGS) .

Flight-by-Wire ist ein ausgeklügeltes Anti-Rutsch-System

FBW ist meiner Meinung nach eine sehr schlechte Wahl für das Konzept, das es abdeckt, da es die Idee einführt, dass sich zwischen der Hand oder dem Fuß des Piloten und dem Stellglied der Steuerfläche Kabel und Elektronik befinden.

Es gibt tatsächlich Drähte und Elektronik, aber Drähte sind keine Voraussetzung, dies könnte eine mechanische Verbindung sein, die durch Elektronik unterstützt wird. Und tatsächlich gibt es in Airbus FBW sowohl Drähte als auch mechanische Verbindungen.

Der Sinn eines FBW-Systems besteht darin, dass die eingehenden Befehle, egal ob sie vom Piloten oder vom Flugcomputer kommen, von einem Flugsteuerungscomputer "verwaltet" werden. In der Airbus-Avionik senden die Besatzung und der FMGS (Autopilot) Befehle an redundante Computer:

• 2x ELAC (Elevator Aileron Computer) für Höhenruder/THS und Querruder,
• 3x SEC (Spoiler Höhenruder Computer) für Höhenruder/THS und Spoiler,
• 2x FAC (Flight Augmentation Computer) für Seitenruder,

^{Fly-by-Wire von Airbus, Quelle}

Computer senden Befehle an Aktoren. ELAC, SEC und FAC haben nichts mit dem FMGS zu tun, dem Computer, der für Autopilot-Funktionen verwendet wird. FGMS-Eingaben sind oben auf ELAC- und FAC-Ebene sichtbar.

Vereinfacht gesagt: FBW ist wie ein Antiblockiersystem. Die Bremsen an einem Auto können einen zu harten Befehl erhalten und bekanntermaßen unter bestimmten Bedingungen zu einem Schleudern und einer weniger effizienten Bremskraft führen als ein weicherer Befehl. Der Bremscomputer (Antiblockiersystem) setzt dann Fahrereingaben außer Kraft und übersetzt den ursprünglichen Befehl in einen effizienteren Bremsbefehl.

Der Computer ist in der Lage, sehr schnell zu reagieren und das tatsächliche Bremsen zu analysieren, um den Befehl zu modulieren. Die Rolle dieses Anti-Rutsch-Systems ist unabhängig davon, wie die Bestellung gesendet wurde, durch einen Menschen oder einen Computer.

FBW-Computer sind die Anti-Rutsch-Systeme, die zur Steuerung von Seitenrudern, Höhenrudern, Querrudern und anderen Steuerflächen verwendet werden. Sie halten das Flugzeug in seinem Flugbereich, dh in dem Bereich, in dem es sicher und effizient fliegen kann, und in dem die Steuerflächen funktionsfähig sind (z. B. wenn die Fluggeschwindigkeit auf den Querrudern zu langsam ist, werden sie abgewürgt, dem Flugbereich Schutzmaßnahmen, um eine solche Möglichkeit zu verhindern).

FBW-Gesetze

Die Funktionsweise von FBW basiert darauf, dass ELAC und FAC betriebsbereit sind und Eingaben von vielen Sensoren wie dem ADIRU (Luftdaten und Trägheitsreferenz) erhalten. Wenn einer dieser Computer ausfällt oder keine Eingaben hat, werden ihre Rollen auf eine herabgesetzte Weise neu verteilt, und wenn nichts funktioniert, wird die Kontrolle an den Piloten zurückgegeben. Diese fortschreitende „Deautomatisierung“ erfolgt durch Umschalten der „Fluggesetze“. Degradierte Gesetze sind:

• Alternatives Recht (zwei Stufen: mit und ohne reduzierten Schutz),
• Direktes Recht (kein Schutz),
• Mechanisch (mechanische Verbindung zwischen Bedienelementen und Steuerflächen).

^{Airbus-Flugkontrollgesetze, Quelle}

Siehe Wird eine Verschlechterung des Kontrollrechts in Airbus-Flugzeugen auf dem ECAM angezeigt? für mehr.

Antworten auf Ihre Fragen

1. Ja, die meiste Zeit ist der Autopilot (Airbus FMGS) aktiv und sendet daher Befehle an die Steuerflächen, um gemäß einer festgelegten Route zu fliegen. Es verwaltet Spurfehler.

2. Ja, die Flugsteuerungscomputer (Airbus ELAC, FAC, SEC) überschreiben immer die Eingaben des Piloten. Dies gilt auch dann, wenn das FMGS das Flugzeug tatsächlich steuert. (Dies ist vergleichbar mit Autofahrerbefehlen, die immer vom Antiblockiersystem außer Kraft gesetzt werden, selbst wenn ein Computer ein autonomes Auto fährt.)

3. Für den Fall, dass die Flugsteuerungscomputer teilweise oder vollständig ausfallen, werden einige verschlechterte Möglichkeiten zum Überschreiben von Piloteneingaben verwendet, um den Flugbereich weiterhin so gut wie möglich zu schützen. Letztendlich werden einige Funktionen vollständig an die Piloten zurückgegeben: Dies ist der mechanische Verbindungsschritt. In diesem Fall kann ein Pilot Seiten- und Höhenruder manuell steuern.

Beachten Sie, dass eine Achse (Nick, Roll, Gieren) einem Gesetz unterliegen kann und eine andere einem anderen Gesetz. Daher ist es falsch zu sagen, dass ein Flugzeug in den meisten Fällen alternativem Recht unterliegt .

Die Frage scheint zumindest teilweise auf der Prämisse zu beruhen, dass "Autopilot" und "Fly by Wire" magische elektronische Computersysteme sind. Während dies bei modernen Airbus zutrifft (und ich glaube, einige, aber nicht alle neueren Boeing-Modelle), ist dies nicht immer der Fall, insbesondere bei kleineren Flugzeugen.

Autopilot gibt es in gewisser Weise schon seit über 100 Jahren. Während moderne Autopiloten eine Reihe von Wegpunkten und anderen Richtungen nehmen und „alles erledigen“ können, sogar das Flugzeug landen, verwalten einfachere Autopiloten einige Schlüsselmetriken (z. B. Geschwindigkeit, Höhe, Querneigungswinkel) und passen Motoren und Steuerflächen an, um dies beizubehalten Flugzeug auf Kurs. Sie können die Grundfunktionen ganz ohne digitale Computer ausführen , indem sie mechanische und hydraulische Verbindungen zwischen den vom Piloten eingestellten Steuerungen und den Steuerflächen und Motoren verwenden.

Fly-by-Wire hat nach meinem begrenzten Verständnis wirklich zwei Hauptkomponenten. Es verwendet elektronische Verbindungen über Kabel (nein, Sie steuern Ihre Aufzüge nicht über WLAN von einem Tablet im Cockpit aus, hoffe ich) anstelle von mechanischen und hydraulischen Verbindungen, was zu Gewichtseinsparungen führt (was weniger Kraftstoff und / oder mehr Fracht bedeutet). und einige andere physikalische Vorteile. Dies erfordert technisch gesehen keine Computer - ein einfacher Dimmer könnte (theoretisch) so eingerichtet werden, dass er einen entfernten Teil eines Flugzeugs über ein paar Drähte ohne Computer (nicht einmal einen Mikrocontroller) steuert.

Es enthält auch (in allen aktuellen Implementierungen, die ich kenne, aber ich bin kein Experte) einen Computer in der Mitte, der die Eingänge interpretiert , um die Ausgänge anzusteuern, wodurch Hüllkurvenschutz und andere Funktionen integriert werden können (wie sehr gut erklärt in anderen Antworten). Du könntesthaben Fly-by-Wire, das ist einfach eine Übersetzung von mechanischen/hydraulischen Verbindungen in elektrische Verbindungen. Aber sobald Sie dies bereits tun (was neue Designs und Zertifizierungen erfordert), ist es sinnvoll, den Computer und alle Sicherheits- und Effizienzfunktionen, die er bieten kann, einzubeziehen. Das ist bei einem kleinen Flugzeug aufgrund der relativ festen Kosten für das Hinzufügen des Computers (eigentlich mehrere Computer für Redundanz) nicht so sinnvoll, aber bei einem kleinen Flugzeug sind die mechanischen und hydraulischen Verbindungen keine so große Sache.

Ein Auto Vergleich ist Tempomat. Tempomaten gibt es schon seit über 100 Jahren in Autos und noch länger in Zügen, lange bevor es digitale Computer gab. Auf der anderen Seite sind die meisten Autos zwar immer noch kein Fly-by-Wire (sie haben mechanische/hydraulische Verbindungen zwischen Lenkrad und Pedalen und Motor, Rädern und Bremsen - aber mit Servounterstützung, so wie Flugzeuge es schon lange haben Zeit), Tempomat ist jetzt in der Regel zumindest bis zu einem gewissen Grad computerisiert.