O sistema de piloto automático é um sistema de controle automático de voo, que, basicamente, mantém o avião estabilizado em uma determinada proa, curso, altitude e outros parâmetros, conforme os tipos adotados em cada aeronave.
 |
| Cockpit do Boeing 747-422 |
O objetivo do piloto automático é aliviar a carga de trabalho do piloto, uma vez que pode ser extenuante manter um determinado nível de voo e um curso programado, por exemplo. Em voos curtos, e aeronaves simples e lentas. pode ser fácil manter esses parâmetros manualmente, mas em aeronaves complexas, rápidas e voo longos, a tarefa é enfadonha e difícil, exige atenção constante e fixa a atenção do piloto, o que pode comprometer a segurança do voo.
Obviamente, o sistema está longe de exigir uma simples tarefa, como simplesmente apertar um botão, e a partir daí o avião passar a voar sozinho,. O sistema deve ser gerenciado com cuidado. Deve-se ter sempre em mente que o piloto automático não irá operar a aeronave como um piloto opera manualmente.
Os sistemas de piloto automático podem controlar um, dois ou três eixos do avião, operando ailerons, profundores, lemes de direção, spoilers e até mesmo alguns controles adicionais. Combinados com um sistema de controle automático de motores, podem oferecer controle de manutenção de velocidade, navegação vertical otimizada, mantendo um perfil de subida ideal, por exemplo, gerenciando tanto a velocidade quanto a razão de subida.
 |
| Painel do Boeing 747-436 |
É importante notar que a maioria dos sistemas de piloto automático permite que o piloto sobrepuje os Servo atuadores do sistema manualmente, pelo menos por algum tempo, ainda que exercendo força nos comandos superior ao normal, ou então desative o sistema, permitindo aos pilotos fazer comandos manuais pelo tempo que for necessário.
 |
| Piloto automático analógico |
O sistema consiste em giroscópios, que "sentem" a atitude na qual o avião está voando, servo atuadores, que efetivamente movimentam as superfícies de comando, amplificadores, que aumentam a força elétrica suficientemente para a operação dos servos, e uma unidade de controle, para permitir a utilização de vários modos e permitir controle manual do avião através do sistema. A maioria dos sistemas também permite um mix entre comandos manuais e o piloto automático.
O princípio básico de operação é o avião manter o voo dentro dos parâmetros desejados, utilizando sinais elétricos gerados em unidades sensíveis a informações giroscópicas. Tais unidades estão conectadas a instrumentos que indicam direção, razão de inclinação, curvas, atitude de arfagem e outros parâmetros. Caso a atitude do avião se modifique, com altitude ou curso, sinais elétricos são gerados nos giros.
 |
| Diagrama esquemático do piloto automático do Airbus A340 |
Tais sinais são usados para controlar a operação das unidades dos servos, que convertem energia elétrica em movimento mecânico. As superfícies são controladas geralmente por atuadores hidráulicos, com ou sem back-up mecânico, ou eletromecânicos.
Os servos são conectados à superfície de controle, fazendo parte do sistema normal de atuadores, e se movimentarão de acordo com os sinais elétricos que vem do sistema.
É importante notar que cada superfície de comando recebe sinais elétricos do sistema e esses operarão as superfícies de modo a levar o avião para a atitude desejada pela tripulação do avião. Também é importante saber que os spoilers, quando atuando no piloto automático, funcionarão tão somente para o movimento de rolamento em alta velocidade, nas quais os ailerons externos ficarão travados para evitar o efeito aero elástico das asas, mas podem atuar em conjunto com os ailerons internos, se disponíveis. O piloto automático jamais atuará spoilers para redução de velocidade, isso sempre é feito manualmente pelos pilotos.
 |
| Esquema simplificado do autopilot do Airbus A320 |
O piloto automático é ligado ou desligado eletricamente ou manualmente, de acordo com o projeto do sistema.
Como é impossível descrever os sistemas empregados nos muitos tipos de aeronaves existentes, escolhemos uma aeronave exemplo, o Boeing 747-400.
Nas aeronaves comerciais, de qualquer porte, os comandos do piloto automático são instalados à frente do glareshield, acima do painel de instrumentos, permitindo o fácil acesso aos comandos sem que seja necessário soltar os cintos de segurança. No Boeing 747-400, esse painel de controle é denominado MCP - Mode Control Panel.
 |
| MCP do lado esquerdo do Boeing 747-400 |
No Boeing 747-400, existem vários modos disponíveis aos pilotos. Portanto, o gerenciamento cuidadoso é muito necessário para evitar a seleção de um modo inadequado no momento, pois, em última análise,, isso pode resultar em entrada em atitude anormal de voo ou até mesmo estol inadvertido,
O modo HDG (Heading) faz o avião manter uma proa selecionada. Ao usar tal modo, que talvez seja o modo mais comum entre os sistemas de piloto automático, o piloto deve lembrar que proa não é rumo, e que depende da direção e velocidade do componente de vento lateral atuante sobre a aeronave. Um ajuste permite limitar a inclinação das asas durante as curvas, mas isso também pode ser usado em modo automático. Deve-se lembrar que o modo HDG não é feito para seguir círculos máximos, e que será afetado em caso de mudanças na direção e na velocidade do vento atuante sobre o voo.
É importante saber que o sistema de piloto automático do Boeing 747 não opera o leme de direção, e as mudanças de proa são realizadas pelo sistema através dos ailerons internos e dos spoilers diferenciais. Portanto, em caso de assimetria de tração, resultante de problemas em motores, o piloto automático deve ser desconectado.
 |
| Detalhe do painel do Airbus A380 usado em treinamento |
O Boeing 747-400 não utiliza o modo NAV, que possibilita seguir um curso (rumo magnético), seguindo os sinais de um sistema de navegação por VOR. É importante, saber que, no caso, tal modo se desconecta automaticamente quando a aeronave perder os sinais do VOR, devido à distância da estação. Convém ajustar o seletor de proa ajustado que o sistema mantenha o ajuste a tal curso, e caso o modo NAV se desconecte, selecionar o modo proa até que outra estação seja selecionada, ou que outro modo seja ligado.
O modo VS (Vertical Speed) permite que a aeronave mantenha uma velocidade vertical (razão de subida ou descida) predeterminada, tanto para cima, como para baixo. O piloto deve gerenciar o uso desse modo, pois isso afeta a velocidade horizontal do avião, e deve reduzir a razão de subida, por exemplo, à medida que ganha altitude, para evitar perder muita velocidade horizontal. No 747-400, tal modo não é vinculado ao sistema de controle automático dos motores, os autothrottles.
 |
| Painel de autopilot de uma aeronave leve |
O modo ALT (Altitude) mantém uma altitude voo pré-selecionada no MCP. Tal modo é muito comum na maioria dos sistemas de piloto automático. O sistema deve ser atentamente monitorado em caso de turbulência, no entanto.
O modo LOC (Localizer) mantém o curso para a pista selecionada, seguindo os sinais de um localizador de ILS. Tal modo deve ser selecionado previamente ao modo APP (Approach), para evitar a possibilidade do sistema capturar os sinais do Glide Slope do ILS antes de capturar o Localizador, o que pode oferecer muito risco à segurança.
O modo APP (Approach) é o modo utilizado para aproximações por ILS, captando os sinais do Localizador e do Glide Slope. Deve ser engajado depois que o localizador foi devidamente capturado.
 |
| Painel de instrumentos do Airbus A-380 |
O modo SPD (Speed) é o modo de velocidade. Tal sistema depende da atuação em conjunto com o sistema de Auto Throttle (A/T), e pode manter tanto uma velocidade indicada (IAS) quanto um determinado Número de Mach. Deve-se manter, normalmente, IAS quando a aeronave estiver em baixas altitudes, 23 mil pés ou abaixo, para manter VMO (velocidade máxima operacional) dentro dos limites, Acima disso, o MMO (Máximo Mach Operacional) chegará antes da VMO, e os pilotos devem selecionar o SPD para Mach Number.
O modo THR (Thrust) mantém uma tração dos motores pré determinada, em EPR (motores Rolls-Royce ou Pratt &Whitney) ou em N1, (motores GE). Tal sistema opera apenas com os sistemas A/T, não interferindo com o piloto automático. É o controle básico do A/T.
O modo L-NAV (Lateral Navigation) é o modo de navegação horizontal, ou lateral. Tal modo segue uma rota pré-programada nos CDU (Control Display Unit), unidade de entrada de dados e controle do FMS (Flight Management System) Os computadores do FMS utilizam os sistemas de navegação IRS (Inerciais), e GNSS (Global Navigation Satellite System, basicamente o sistema GPS americano), bancos de dados de cartas de navegação inseridos pela empresa aérea e comandos inseridos pela tripulação.
 |
| Sistema com L-NAV e V- NAV engajados |
O modo V-NAV (Vertical Navigation) é o modo de navegação vertical. Segue um perfil vertical de voo, como velocidade, altitudes, restrições de velocidade ou altitude, ponto ideal de descida. e outros detalhes. Não pode operar sem o A/T e sem o Sistema Diretor de Voo (FD). Uma descida automática pode ser feita, desde que os pilotos liberem a altitude no MCP, senão o avião continua nivelado.
O modo FLCH (Flight Level Change) é o modo de mudança de nível de voo. Muda os níveis de voo conforme padrões de Step Climb, programados no MCP, ou conforme autorizações do controle de tráfego aéreo.
Alguns modos inibem o funcionamento de outros. Com o uso do L-NAV, O MODO hdg é inibido, mas sempre pode seer acionado pelo piloto, se for necessário. Os modos VS e SPEED são inibidos quando o modo V-NAV é acionado, até mesmo as janelas indicadoras ficam sem indicação. Qualquer modo pode ser retomado, mas o modo L-LNAV desacopla automaticamente, nesse caso.
Em uma descida, por exemplo, se a aeronave não puder descer no ponto ideal de descida, e tiver que descer mais adiante, o modo V-NAV pode deixar de ser a melhor opção, e a melhor solução será usar o modo VS, SPEED, e acionar spoilers para aumentar a razão de descida.
 |
| MCP |
Em termos de eficiência,, usar o piloto automático sempre dará melhor resultado que o voo manual. Mas, sempre devemos considerar que pilotos devem praticar o voo manual quando for possível, Na verdade, está cada vez mais restrito, com espaços aéreos aéreos RVSM, por exemplo, onde a separação vertical de outras aeronaves é reduzida e a manutenção precisa da altitude pode ser essencial. Qualquer oscilação pode causar problemas de segurança,
 |
| Cockpit do Airbus A-319 |
Cada fabricante tem seu próprio conceito relativo ao piloto automático. O conceito da Airbus, por exemplo, usa uma arquitetura de sistema fly-by-wire, onde os comandos são feitos feitos eletricamente por cabos, usando computadores de interface. Na prática, os comandos de voos desses aviões atuam no sistema de piloto automático. Não existe back-up mecânico, a não ser nos lemes de direção e estabilizadores horizontais. A atuação do piloto nos side-sticks atua no sistema de piloto automático e é interpretado pelos computadores como os sinais de qualquer outro sensor existente no sistema. É seguro? A julgar pelo número de aeronaves em voo com tal sistema, e o número de acidentes e incidentes relacionados, a resposta é sim.
 |
| Painel do Airbus A320 |
Outro ponto interessante nos Airbus é que essas aeronaves usam sistema de auto-thrust, os quais atuam diretamente nos módulos eletrônicos dos motores. As manetes não se movem, acompanhando as solicitações ou reduções de tração, como acontece nos sistemas de auto-throttle, que possuem servos nas manetes. No pouso, um alarme "Retard" soa, avisando os pilotos que as manetes devem ser totalmente reduzidas.
O botão de desconecção do piloto automático nos side-sticks existe, mas tal botão também atua no sentido de desabilitar o outro side-stick, e mantê-lo desabilitado enquanto tal botão é mantido pressionado. É denominado sistema de take-over, e é usado por mais segurança, já que ambos os side-sticks atuam durante o voo e não possuem conexão física entre eles, permitindo atuação nos comandos, mesmo que sejam contrários entre si.
Os computadores de gerenciamento de voo (FMC ou FMGS, conforme o fabricante) interagem com o sistema de piloto automático, permitindo uma pré-programacão inserida no sistema e o uso de um banco de dados de navegação também inseridos no solo, contendo, por exemplo, atualização de cartas de navegação e outros parâmetros. Esses sistemas permitem também trabalhar com radio comunicação, e os seus dados podem ser impressos, em muitos casos, caso a tripulação assim o deseje. A programção pode ser alterada em voo se for necessário.
 |
| CDU do FMS do Boeing 747-400 |
Até agora (2024), nenhum sistema de piloto automático atua na decolagem da aeronave, mas para o ano de 2025, um sistema de Auto Take-off será oferecido pela Embraer em seus E-Jets E-2. O sistema já foi amplamente testado e provavelmente será copiado pelos demais fabricantes.
Não citaremos os complexos sistemas utilizados nas aeronaves fly-by-wire da Boeing e da Embraer, e nem dos demais fabricantes de aeronaves e sistemas, pois tornaria o assunto demasiadamente técnico e complexo, embora possamos comtemplar tais sistemas em artigos futuros específicos.
Recomendamos a leitura de outros artigos aqui publicados, sobre o sistema Fly-by-wire dos Airbus A-320, sobre os acidentes do Air France 296 e China Airlines 006, e "Tripulação x Automação da Aeronave: Quais são os riscos".
Nenhum comentário:
Postar um comentário
Gostou do artigo??? Detestou? Dê a sua opinião sobre o mesmo.