Otopilot Sistemi (Autopilot System)

Otopilot; bir aracı insan müdahalesi olmadan yönlendirmek amacıyla kullanılan mekanik, elektrik veya hidrolik bir sistemdir. Tarihsel gelişimi füzelerle başlayan bu teknoloji, 1910'lu yıllardan itibaren uçaklara ve gemilere entegre edilerek modern havacılığın parçası hâline gelmiştir. Havacılık endüstrisinde Dijital Uçuş Kontrol Sistemi (DFCS) veya Otomatik Uçuş Sistemi (AFS) isimleriyle de anılan bu sistemler, uçuş ekibinin iş yükünü azaltarak seyrüseferin güvenli, ekonomik ve istikrarlı bir şekilde gerçekleştirilmesini sağlar.

^{Yapay zeka ile oluşturulmuştur.}

Bir otopilot donanımı; denetleyici, sensörler, eyleyiciler ve telemetri birimi olmak üzere dört temel unsurdan oluşur:

Sistemin ana işlemci birimidir. Sensörlerden, göstergelerden ve eyleyicilerden gelen sinyalleri işleyerek uçağın pozisyonunu, hızını ve irtifasını hesaplar; önceden yüklenmiş uçuş planı ile karşılaştırarak eyleyicilere komutları gönderir.

Uçağın dinamik durumunu algılayan donanımlardır. Küresel Konumlama Sistemi (GPS); enlem, boylam, irtifa ve yönelim bilgilerini sağlar. Ataletsel Ölçüm Birimi (IMU), jiroskoplar vasıtasıyla uçağın Euler açılarını (pitch, roll, yaw) hesaplar. Ayrıca hava hızını ölçmek için Pitot tüpü, yükseklik verisi için barometrik basınç sensörleri ve enerji takibi için akım/gerilim sensörleri kullanılır.

Denetleyiciden gelen elektriksel sinyalleri mekanik harekete dönüştüren hidrolik veya elektrik tahrikli servo motorlardır. Bu motorlar; kanatçık (aileron), irtifa dümeni (elevator) ve istikamet dümeni (rudder) gibi uçuş kontrol yüzeylerini hareket ettirir.

Uçuş verilerinin ve otopilot değişkenlerinin radyo sinyalleri üzerinden yer istasyonuna aktarılmasını sağlayan donanımdır. Çift yönlü iletişim protokolleri sayesinde uçuş anında parametre değişikliklerine ve sistem arıza teşhisine olanak tanır.

Otopilot sistemleri, hava aracının yönelimini üç ana eksen üzerinden yönetir. Sistemler; tek eksenli, iki eksenli veya üç eksenli olarak sınıflandırılır.

Uçağın burnu ile kuyruk konisini birleştiren boylamsal eksen etrafındaki sağa ve sola yatış hareketleridir. Roll stabilizasyonu, her iki kanadın firar kenarında yer alan aileron yüzeylerinin birbirine ters yönde hareket ettirilmesiyle elde edilir. Yatışın hızlandırılması için ilgili taraftaki kanat üzerinde yer alan spoiler yüzeyleri açılarak kaldırma kuvveti azaltılır.

İki kanat ucunu birleştiren yanal eksen etrafındaki burun aşağı veya burun yukarı hareketleridir. Yunuslama kontrolü, uçağın kuyruk kısmındaki elevatörler ve Trimmable Horizontal Stabilizer (THS) kullanılarak yapılır. Bu eksen, hava aracının irtifa kazanması veya alçalmasını tayin eder.

Dikey eksen etrafındaki sağa ve sola dönüş hareketleridir. Dikey stabilizatörün firar kenarında bulunan rudder aracılığıyla sağlanır.

Modern otopilot yazılımları, istenen değerler ile anlık sensör değerleri arasındaki hatayı minimize etmek amacıyla Oransal-İntegral-Türevsel (PID) algoritmaları üzerine kuruludur.

İrtifa sabitleme, hedeflenen yüksekliği muhafaza etmek için burun açısına kumanda ederek dikey tırmanış/dalış oranını yönetir. Hız kontrolü ise rüzgâr şiddeti ve yönelim değişikliklerine karşı hedeflenen hava hızını korur.

Yönelim kontrolü, GPS koordinatları ve algılayıcılarla hava aracının manyetik pusula başını sabit tutar. Hedef konum uçuşunda sistem, gidilecek iki nokta arasındaki kerterizi ve uçağın hedef rotadan yatay sapmasını hesaplayarak roll kumandaları üretir.

Motor gücünü ve yakıt-hava karışımını otomatik olarak ayarlayan sistemdir. A/T bilgisayarı; Uçuş Kontrol Bilgisayarı ve Elektronik Motor Kontrolörü gibi birimlerden aldığı verileri işleyerek servo motorlar aracılığıyla motora verilecek itkiyi belirler.

Sistem dengesi bozulduğunda dengeyi yeniden tesis eden sistemlerdir. Speed Trim genel hız dengesini kurarken; Mach Trim, uçağın hızı 0.615 ile 0.84 Mach arasına çıktığında karşılaşılan burun aşağı eğilimini engellemek için yatay stabilizeye otomatik burun yukarı kumandası verir.

Belirli kanat yapılarına sahip uçaklarda yanal stabilitenin bozulmasıyla ortaya çıkan Dutch Roll salınımını engelleyen sistemdir. Stall İdare Yaw Damper (SMYD) bilgisayarı, ataletsel ölçüm sistemlerinden aldığı verileri filtreleyerek rudder yüzeyine sönümleyici komutlar gönderir.

İnsan hatalarını minimize etmek ve kötü hava şartlarında güvenli teması sağlamak için otopilotların iniş evresini yönetmesidir. Bu sistemler yerdeki Aletli İniş Sistemi (ILS) ile entegre çalışır. ILS; hava aracının pisti ortalaması için Localizer, uygun süzülme açısını yakalaması için GlideSlope ve piste kalan mesafeyi ölçmek için Beacon Markers sinyallerini gönderir.

Otopilot, yaklaşma modunda ILS sinyallerine kilitlenerek iniş sürecini başlatır. İniş evresi aşamasında ana iniş takımları piste değdikten sonra fren mekanizmaları devreye sokulur ve motor rölantiye alınır. İnişin mümkün olmadığı durumlarda sistem, motor gücünü kalkış limitlerine çekerek otomatik pas geçme (Go-Around) modunu aktive eder. Otomatik iniş işlemleri donanım seviyesi yüksek olan CAT3 tipi pistlerde yapılabilmektedir.

Helikopter otopilot sistemleri dinamik farklılıklara sahiptir. İleri doğru uçuşta bir helikoptere temelde üç kuvvet etki eder: Ağırlık, hava direnci/sürükleme ve kaldırma kuvveti. Helikopterin dengede uçabilmesi için bu üç kuvvetin ve manevra sırasında oluşan merkezkaç kuvvetinin vektörel toplamlarının sıfır olması gerekir.

• Helikopterin dikey irtifası, kaldırma kuvvetini değiştiren kolektif pitch kolu ile kontrol edilir.
• Uzamsal hızlanma veya yavaşlama, rotor diskinin dönüş düzlemini eğen cyclic pitch kolunun otomasyonu ile sağlanır.
• Stabilite arttırıcı sistemler, parazit kuvvetleri ve ağırlık merkezi kaymalarını sensörleriyle fark edip rotor aktüatörlerine düzeltme sinyalleri göndererek sarsıntısız uçuş sağlar.