Механический пилот

Инж. А. СЕЛИЦКИЙ

Летное искусство, в особенности на заре развития авиации, являлось довольно опасным для жизни человека делом, пока техника пилотирования и развитие ряда пилотажных приборов не дошли до их современного состояния благодаря колоссальному накоплению опыта.

Человеческий ум работал над тем, чтобы найти такой способ управления самолетом, при котором можно было бы избежать случайных ошибок. Естественно, что мысль пришла к идее автоматизации полета.

Первоначальные попытки автоматизировать полет относятся к 1909 г. Здесь показан такой «автопилот», сделанный американской фирмой Сперри на моноплане «Стэнлей Бич».

Впервые полет с автопилотом был произведен в 1914 г. Та же американская фирма Сперри представила на конкурс «Союза воздушной безопасности» свой автопилот. На этом рисунке показан гидроплан, управляемый автопилотом. Летчик и механик вышли из кабины самолета в момент, когда самолет пролетал над конкурсной комиссией. Этим самым принципиально был разрешен вопрос о возможности автоматического управления самолетом.

Здесь изображен автопилот, управлявший гидропланом. Он представляет в своей чувствительной части сложную гироскопическую группу, к которой подводится электрический ток.

Силовой частью, связанной с рулями самолета, являются простые рулевые машины, состоящие из цилиндра с поршнем.

Это следующий тип автопилота, установленный на гидросамолете в 1915 г.

Вот его чувствительная часть.

Это электромеханическая машина автопилота. Она управляет рулями самолета с помощью тросов, одевающихся на ролики.

Все это были неполноценные автопилоты. Они не имели пропорционального регулирования, вследствие чего самолет очень сильно раскачивался.

Уже в 1916 г. это регулирование было введено.

На рисунке изображен гироскоп. Два крестообразных шкивка соединялись с рулями и давали возможность перекладывать их пропорционально углу отклонения самолета.

Дальнейшее совершенствование гироскопической части натолкнуло на мысль о возможности использовать гироскопическую группу как аэронавигационный прибор. На фото вы видите чувствительную часть автопилота, построенного в 1918 г. На этом приборе уже есть шкалы, показывающие отклонение самолета.

Это полный автопилот со всеми тремя стабилизациями, который появился только в 1920 г. А — автомат курсовой стабилизации, В — питающая автомат динамомашина, С — автомат поперечно-продольной стабилизации.

В 1926 г. фирма Сперри изготовила уже электромеханический автопилот, который умещался на самолете под стандартным сиденьем для летчика. Этот автопилот, испытывался на трехмоторном транспортном самолете Форд.

Здесь показан электромеханический автопилот, который в 1929 г. испытывался фирмой Сперри на двухмоторном бомбардировщике.

Электромеханический автопилот, установленный на транспортном самолете Кертисс «Кондор».

Вы видите пневмогидравлический автопилот. Рулевые машины этого автопилота соединены в одном агрегате с чувствительной частью. Это первый тип пневмогидравлического автопилота, строящийся еще и по настоящее время не только в модернизированном виде.

Другой тип пневмогидравлического автопилота. У него рулевые машины отделены от чувствительной части. Этот автопилот был установлен на самолете Поста «Вайнни Мэй» в 1933 г.

У этого пневмогидравлического автопилота рулевые машины смонтированы впереди самолета.

Монтаж рулевых машин на самолете «Дуглас».

Пневмогидравлический автопилот, установленный на самолете «Дуглас».

Значительное распространение автопилоты получили после кругосветного перелета Вилли Поста в 1933 г.

В полете Поста автопилот работал не все время и не так уж хорошо, но этот кругосветный перелет было бы трудно совершить без такого помощника, как автопилот. Это создало большую рекламу фирме Сперри, которая начала выпускать автопилоты сериями.

Но применение автопилота не ограничивается задачей облегчения работы летчика.

29 июня 1935 г. в Англии на авиационном празднике в Хендоне демонстрировались самолеты, летающие без летчиков.

Для того чтобы самолет мог управляться без летчика, необходимо прежде всего сделать его управление автоматизированным. Некоторые наивные изобретатели полагали раньше, что достаточно иметь радиоаппаратуру и исполнительные механизмы, чтобы управлять самолетом по радио. Для нормального управления недостаточно собственной устойчивости самолета. При значительном рему (воздушные потоки в вертикальной и горизонтальной плоскостях) в управление самолетом необходимо вмешательство летчика или автопилота, в противном случае самолет может занять положение, грозящее катастрофой, например, потеря скорости с одновременным сваливанием на крыло, что неизбежно приведет самолет в «штопор», т. е. в такое положение, из которого большая часть самолетов не выходит.

В газете «Манчестер гардиан» было приведено краткое описание испытаний над аэродромом в Фарнборо самолета, летающего без летчика. Вот что было о нем написано в газете «Красная звезда»:

«Полет над аэродромом в Фарнборо был совершен при наличии в кабине пилота. Присутствие пилота объясняется тем, что самолет впервые совершает полет над аэродромом, вокруг которого находятся жители. Кроме того, присутствие пилота в кабине самолета давало возможность непосредственно наблюдать за действием рычагов управления.

Контрольный аппарат, установленный на аэродроме, представляет собой небольшой шкафчик, в верхней части которого имеются семь клавишей. Сбоку каждого клавиша устанавливается маленькая контрольная лампочка. Остальные части аппарата управления находятся в одном из аэродромных зданий и внутри этого самолета, куда радиоволны передавались через антенну, установленную на крыше здания.

Руководитель испытаний, нажимая на тот или другой клавиш, заставлял самолет не только лететь в определенном направлении, но и делать развороты, забирать высоту. По «команде» руководителя, выразившейся в нажатии одного из клавишей, самолет начал пикировать, и с такой скоростью, что если бы вовремя не был нажат другой клавиш, то дело кончилось бы аварией.

Наконец было отдано приказание идти на посадку. Самолет с такой же послушностью, как и будучи управляем опытным летчиком, с 700 метров пошел на снижение. Все остальное самолет проделал самостоятельно. Постепенно снизился и совершил точную посадку на три точки. Газета «Манчестер гардиан» заверяет, что помимо указанных контрольных приборов внутри самолета есть какие-то «секреты», которые никому, кроме его конструкторов, пока не известны.

Во всяком случае с точки зрения любителя-электрика управление самолетом так же легко, как и набор нужного номера на диске автоматического телефонного аппарата. Тем не менее посредством этих клавишей самолет можно заставить выполнить почти любое движение в воздухе.

Газета сообщает, что конструкция самолета и контрольных приборов является результатом десятилетних опытов. На аэродроме в Фарнборо имеется уже несколько таких самолётов, составляющих специальный авиаотряд.

В своей редакционной статье газета сообщает, что подобные испытания в воздухе с положительными результатами проходили уже в течение последних двух лет. Несомненно, что успешному завершению этих опытов во многом помогли и многочисленные управления на расстоянии кораблями. В частности, старый броненосец «Сентюрион» сейчас целиком превращен в морскую мишень, причем рулевое управление и машины этого броненосца управляются посредством радио с миноносца, находящегося в нескольких километрах. Но использование радио для управления самолетами сопряжено с значительно большими трудностями. Самолет нужно балансировать в воздухе взаимодействием нескольких приборов. Управление посадкой и взлетом также является очень сложной операцией. По-видимому, сейчас эти проблемы в основном уже решены».

Во время последней экспедиции на северный полюс на командирском самолете стоял советский автопилот. Он в значительной степени облегчил вопросы пилотирования и аэронавигации в арктических условиях. Он работал на самом ответственном участке пути — остров Рудольфа—Северный полюс и обратно, — прекрасно выдерживая направление полета.

Как же устроен современный автопилот?

Существует очень много типов различных автопилотов. Для пояснения принципа работы достаточно привести схему одной из стабилизаций автопилота фирмы Сперри.

Гироскоп (волчок) — вот основная чувствительная часть автопилота.

Его раскручивает струя воздуха, поступающая снаружи через отверстие в герметически закрытый ящик, из которого воздушная вакуумная помпа M его откачивает. Гироскоп обладает свойством удерживать во время вращения свою ось постоянно в одном направлении, так же как известная всем игрушка — волчок. На этом свойстве волчка основана конструкция автопилота. При отклонении самолета волчок, оставаясь на месте, открывает одно из отверстий дутьевых сопел. По схеме видно, что открылось сопло X, а сопло X¹ закрылось. Воздух, высасываемый из ящика, будет также высасываться из камеры коробки B, в которой находится мембрана E. Эта мембрана переложит шток W золотника O, и в данном случае масло, нагнетаемое в магистраль масляной помпой, начнет поступать в рулевую машину, соединенную с рулем самолета. Для того чтобы руль переложился пропорционально отклонению самолета, устроена «следящая» система. Она состоит из тросика, прикрепленного одним концом в точке V к рулевой машине, а другим концом — к шкиву S. При движении рулевой машины тросик будет двигаться вместе с ней и поворачивать шкивок, который в свою очередь поворачивает с помощью валика и шестеренчатой передачи дутьевую коробку X—X¹.

Для того чтобы не превысить необходимого давления, в масляной магистрали стоит редуктор Q, который возвращает излишки масла в расходный бачок N. Для регулирования скорости перекладки руля служит дроссельный кран Z. Чтобы не поломать управления самолетом при порче редуктора Q и для того, чтобы в случае надобности летчик мог пересилить рулевую машину, устроен перепускной клапан P, который при значительном давлении в одной полости рулевой машины перепускает масло в другую полость, уравновешивая их. Для включения и выключения автомата служит кран R, который при включении автопилота разобщает полости цилиндра, а при выключении сообщает их и тем самым дает возможность свободно передвигать поршень J внутри цилиндра рулевой машины.

Для поддержания постоянного вакуума, создаваемого в ящике помпой M, служит регулятор O.

Самолеты, управляемые по радио и снабженные автопилотом с приспособлениями для взлета и посадки, во время войны явятся грозным оружием. Наполненный взрывчатыми и химическими веществами, такого рода самолет будет представлять собой воздушную торпеду, которая по своей силе может в значительной степени превзойти существующую морскую торпеду.

Пневмогидравлический автопилот, выпускаемый фирмой Сперри с 1935 г.

Если «летающие торпеды» будут направлены на стратегические центры, на воздушные силы противника, то они произведут там колоссальные разрушения.

Такие самолеты в мирное время можно использовать для перевозки почты и грузов на большие расстояния и в любое время, без присутствия на самолете людей.

Но это — дело будущего, а задача сегодняшнего дня — прежде всего дать авиации абсолютно надежные автопилоты, которые смогут вести самолеты в любых метеорологических условиях, облегчая тяжесть слепого и дальнего полетов.