Авиагоризонт ( AI ), ранее известный как гирогоризонт или искусственный горизонт , является прибором для измерения полета , который информирует пилота об ориентации самолета относительно горизонта Земли и дает немедленную индикацию о самом небольшом изменении ориентации. Миниатюрный самолет и горизонтальная линейка имитируют положение самолета относительно фактического горизонта. [1] [2] Это основной прибор для полета в метеорологических условиях . [3] [4]
Отношение всегда представляется пользователям в градусах ( °). Однако внутренние механизмы, такие как датчики, данные и вычисления, могут использовать смесь градусов и радиан , поскольку ученые и инженеры могут предпочесть работать с радианами.
До появления авиации искусственные горизонты использовались в астронавигации . Предложения таких устройств на основе гироскопов или волчков датируются 1740-ми годами, [5] включая работу Джона Серсона . Более поздние реализации, также известные как пузырьковые горизонты , были основаны на пузырьковых уровнях и прикреплены к секстанту . [6] В 2010-х годах остатки искусственного горизонта, использующего жидкую ртуть, были извлечены из затонувшего корабля HMS Erebus . [7]
Основные компоненты ИИ включают символический миниатюрный самолет, установленный так, что кажется, что он летит относительно горизонта. Регулировочная ручка, учитывающая линию зрения пилота, перемещает самолет вверх и вниз, чтобы выровнять его относительно линии горизонта. Верхняя половина прибора синяя, чтобы представлять небо, а нижняя половина коричневая, чтобы представлять землю. Индекс крена вверху показывает угол крена самолета. Опорные линии в середине указывают градус тангажа, вверх или вниз, относительно горизонта. [2] [1]
Большинство самолетов российского производства имеют несколько иную конструкцию. Фоновый дисплей окрашен как в западном приборе, но движется вверх и вниз только для указания тангажа. Символ, представляющий самолет (который зафиксирован в западном приборе), вращается влево или вправо для указания угла крена. [8] Предлагаемая гибридная версия западной и российской систем была бы более интуитивной, но так и не прижилась. [9]
Сердцем ИИ является гироскоп (гироскоп), который вращается с высокой скоростью либо от электродвигателя, либо под действием потока воздуха, толкающего лопасти ротора, расположенные по его периферии. Поток воздуха обеспечивается вакуумной системой, приводимой в действие вакуумным насосом или трубкой Вентури. Воздух, проходящий через самую узкую часть трубки Вентури, имеет более низкое давление воздуха по принципу Бернулли . Гироскоп установлен в двойном карданном подвесе, что позволяет самолету наклоняться и крениться, пока гироскоп остается вертикально в вертикальном положении. Самоустанавливающийся механизм, приводимый в действие гравитацией, противодействует любой прецессии из-за трения подшипников . Может потребоваться несколько минут, чтобы поднимающий механизм привел гироскопы в вертикальное положение после первого включения двигателя самолета. [2] [1] [10]
Указатели положения имеют механизмы, которые поддерживают уровень прибора относительно направления силы тяжести. [11] Прибор может вырабатывать небольшие ошибки в тангаже или крене во время длительных периодов ускорения, замедления, поворотов или из-за искривления земли под самолетом во время длительных перелетов. Для начала, они часто имеют немного больший вес в нижней части, так что, когда самолет опирается на землю, они будут висеть ровно, и, следовательно, они будут ровными при запуске. Но как только они запущены, этот маятниковый вес в нижней части не будет тянуть их в уровень, если они не выровнены, но вместо этого его тяга заставит гироскоп прецессировать . Для того чтобы позволить гироскопу очень медленно ориентироваться в направлении силы тяжести во время работы, типичный вакуумный гироскоп имеет небольшие маятники на корпусе ротора, которые частично закрывают воздушные отверстия. Когда гироскоп не выровнен по отношению к направлению силы тяжести, маятники будут качаться в направлении силы тяжести и либо открывать, либо закрывать отверстия, так что воздух может или не может выходить из отверстий, и тем самым прилагать небольшую силу для ориентации гироскопа по направлению силы тяжести. Электрические гироскопы могут иметь различные механизмы для достижения аналогичного эффекта. [12]
Старые ИИ были ограничены в величине тангажа или крена, которые они могли выдержать. Превышение этих пределов приводило к падению гироскопа, когда корпус гироскопа соприкасался с карданными подвесами, вызывая силу прецессии. Для предотвращения этого требовался механизм блокировки, который блокировал бы гироскоп, если бы тангаж превышал 60°, а крен превышал 100°. Современные ИИ не имеют этого ограничения и, следовательно, не требуют механизма блокировки. [2] [1]
Индикаторы положения также используются на пилотируемых космических кораблях и называются индикаторами положения директора полета (FDAI), где они указывают угол рыскания корабля (нос влево или вправо), тангаж (нос вверх или вниз), крен и орбиту относительно фиксированной инерциальной системы отсчета пространства от инерциального измерительного блока (IMU). [13] FDAI можно настроить для использования известных положений относительно Земли или звезд, так что инженеры, ученые и астронавты могут сообщать относительное положение, положение и орбиту корабля. [14] [15]
Системы ориентации и направления (AHRS) способны предоставлять трехосевую информацию на основе кольцевых лазерных гироскопов , которые могут совместно использоваться несколькими устройствами в самолете, такими как основные индикаторы полета ( PFD ) « стеклянной кабины » . Вместо использования вращающегося гироскопа современные AHRS используют твердотельную электронику , недорогие инерциальные датчики , гироскопы скорости и магнитометры . [2] : 8–20 [1] : 5–22
В большинстве систем AHRS, если ИИ самолета вышли из строя, то резервный ИИ будет расположен в центре приборной панели, где также доступны другие резервные базовые приборы, такие как указатель скорости полета и высотомер. Эти в основном механические резервные приборы могут оставаться доступными даже в случае отказа электронных пилотажных приборов, хотя резервный указатель положения может быть электрическим и через короткое время выйдет из строя, если его электропитание прекратится. [16]
Индикатор направления полета (ADI) или индикатор направления полета (FDI) — это искусственный интеллект, интегрированный с системой направления полета (FDS). ADI включает в себя компьютер, который получает информацию от навигационной системы, такой как AHRS, и обрабатывает эту информацию, чтобы предоставить пилоту трехмерную подсказку траектории полета для поддержания желаемого пути. Подсказка имеет форму V-образных рулевых стержней. Самолет представлен символом дельта, и пилот управляет самолетом так, чтобы символ дельта находился внутри V-образных рулевых стержней. [1] : 5–23, 5–24
