Piloto Automático E Aviônicos

Introdução

Em 1931, o aviador americano Wiley Post voou com seu avião monomotor Lockheed Veja (o "Winnie Mae") ao redor do mundo em 8 dias, 15 horas e 51 minutos, estabelecendo um novo recorde. Post tinha um navegador chamado Harold Gatty para ajudá-lo a permanecer alerta e combater a fadiga naquele vôo histórico. Mas quando Post se tornou a primeira pessoa a realizar um vôo solo ao redor do mundo em 1933 ele teve que fazer tudo sozinho. O segredo do seu sucesso, ou pelos menos um de seus segredos, foi um simples piloto automática, que dirigia o avião enquanto ele descansava.

Atualmente, os pilotos automáticos são sofisticados sistemas que realizam as mesmas tarefas que um piloto altamente treinado - para algumas rotinas e procedimentos durante o vôo, os pilotos automáticos são até melhores que as mãos humanas. Eles não apenas tornam os vôos mais suaves como os tornam mais seguros e eficientes.

Pilotos Automáticos e Aviônicos

Os pilotos automáticos, giropiloto, ou piloto automático, são dispositivos que controlam naves espaciais, aeronaves, embarcações, mísseis e veículos sem a constante intervenção humana. Como a maioria das pessoas associa os pilotos automáticos às aeronaves, vamos nos concentrar nos aviões neste artigo. Entretanto, os mesmos princípios se aplicam aos pilotos automáticos que controlam qualquer tipo de veículo.

O piloto automático é hoje em dia o principal automatismo presente em aeronaves comerciais. Desde as formas mais simples até as formas atuais, mais elaboradas, o P.A. (também assim denominado) reduz consideravelmente a carga de trabalho do piloto, possibilitando ao mesmo se concentrar em outros ítens igualmente importantes do vôo.

Um sistema de P.A. moderno normalmente possui um computador central, onde estão contidas as leis de controle que determinam o movimento da aeronave que iremos controlar. Este computador, através de sensores de posição ou movimento, determina a posição atual da aeronave, e, de acordo com os dados informados pelo piloto, ou por um computador de navegação, efetua a correção necessária através de servo motores e atuadores (hidráulicos, elétricos, pneumáticos). Cada fabricante de aeronave entretanto, preferiu adotar uma arquitetura diferenciada de interfaces entre piloto automático e controles de vôo.

Descreveremos superficialmente aqui, três arquiteturas diferentes, adotadas pela Airbus, Boeing e Embraer respectivamente.

Arquitetura Airbus

A Airbus optou por separar os computadores responsáveis pelas leis de controle dos movimentos da aeronave. Neste caso temos os ELACs (ELevator Aileron Computer), SECs (Spoiler Elevator Computer) e FAC (Flight Argumentation Computer). No caso do A320 os ELAC são dispostos em pares e controlam o profundor e os ailerons e o estabilizador em modo normal. Já os SEC são três e controlam os spoilers e o estabilizador no modo stand-by. os FACs operam em pares também e controlam o leme , o sistema de Yaw Damper , o trim do leme e também realizam cálculos para os displays.

Entre cada superfície e os computadores de controle (ELAC SEC FAC) há dois canais: COM e MON. CON é o canal que efetivamente controla a superfície, enquanto o MON, certifica-se de que o canal de controle opera normalmente. A titulo de curiosidade, são utilizados microprocessadores 6800 de 8 bits, da Motorola, para os ELAC, e o 80186, de 16 bits , da Intel para o SEC.

A arquitetura de controle é mostrada na figura abaixo:

1- Arquitetura Airbus

Uma característica marcante na arquitetura Airbus , é o fato dos comandos efetuados pelo piloto automático não mover o manche (Não existe o backdrive). Na verdade a Airbus foi além: retirou o manche da posição tradicional entre as pernas do piloto e instalou-o lateralmente sob a forma de um joystick , chamando-o apropriadamente de sidestick. Outra peculiaridade desta arquitetura, reside no fato do sidestick comandar razão de rolamento e não atuar diretamente na superfície. desta forma , quando retornamos o stick à posição neutra, a aeronave permanece na atitude comandada, diferentemente das aeronaves com manche tradicional , onde, ao retornarmos a coluna à posição neutra, a aeronave tende a retornar à atitude anterior. A vantagem imediata de se usar o sidestick ao invés do manche com coluna central e backdrive é a redução do peso e da complexidade.

Em caso de falha dos sistemas eletrônicos há um backup mecanico através do leme e estabilizador horizontal. Podemos descrever a atuação do Piloto automático da Airbus através do diagrama em blocos abaixo:

2- Piloto Automático (Arquitetura Airbus)

Arquitetura Boeing

A Boeing optou por uma abordagem mais tradicional na sua interface homem/máquina. O seu piloto automático atua sobre a superfície de comando e move a coluna do manche em correspondência ao comando efetuado. Esta abordagem de comandos com backdrive vem sendo adotada desde seus primeiros modelos. Vamos olhar agora, como a Boeing implementou esta filosofia no seu avião mais moderno, o Boeing 777 que é dotado de controles de vôo fly-by-wire. Para o modelo 777, por exemplo, o computador que recebe inicialmente os comandos do PA é o AFDC – Autopilot Flight Director Computer.

Além dos comandos de PA, o AFDC é dotado de sensores que informam:

a) Posição dos transdutores;

b) Dados inerciais;

c) Informações sobre a atmosfera;

d) Dados do solo;

e) Acelerações da aeronave;

f) Velocidades e altitudes.

A partir dos dados de entrada, o AFDC pode processar:

Comandos do Flight Director:

No próprio AFDC, temos as leis de controle que governam os movimentos da aeronave (arfagem, rolamento e guinada), proporcionando que os comandos de direção sejam calculados e, em seguida, enviados para um computador de controle de vôo