Autopandu

Pilot otomatis atau autopandu (dari bahasa Inggris: autopilot) adalah sebuah sistem mekanikal, elektrikal, atau hidraulis yang memandu sebuah kendaraan tanpa campur tangan dari manusia. Umumnya autopandu dihubungkan dengan pesawat, tetapi autopandu juga digunakan di kapal dengan istilah yang sama.

Deskripsi

Dalam masa-masa awal transportasi udara, pesawat udara membutuhkan perhatian terus menerus dari seorang pilot agar dapat terbang dengan aman. Hal ini membutuhkan perhatian yang sangat tinggi dari awak pesawat dan mengakibatkan kelelahan. Sistem pilot otomatis diciptakan untuk menjalankan beberapa tugas dari pilot.

Sistem pilot otomatis pertama diciptakan oleh Sperry Corporation tahun 1912. Lawrence Sperry (anak dari penemu ternama Elmer Sperry) mendemonstrasikannya dua tahun kemudian pada 1914 serta membuktikan kredibilitas penemuannya itu dengan menerbangkan sebuah pesawat tanpa disetir olehnya.

Pilot otomatis menghubungkan indikator ketinggian menggunakan giroskop dan kompas magnetik ke rudder, elevator dan aileron. Sistem pilot otomatis tersebut dapat menerbangkan pesawat secara lurus dan rata menurut arah kompas tanpa campur tangan pilot, sehingga mencakup 80% dari keseluruhan beban kerja pilot dalam penerbangan secara umum. Sistem pilot otomatis lurus-dan-rata ini masih umum sekarang ini, lebih murah dan merupakan jenis pilot otomatis yang paling dipercaya. Sistem tersebut juga memiliki tingkat kesalahan terkecil karena kontrolnya yang tidak rumit.

Pada awal 1920-an, tanker Standard Oil J.A Moffet menjadi kapal pertama yang menggunakan pilot otomatis.

Pada tahun 1931, seorang pilot Amerika, Wiley Post terbang dengan pesawat Lockheed Vega--"Winnie Mae"—dalam rangka mengelilingi dunia dengan catatan 8 hari 15 jam 5 menit. Post memiliki sebuah navigator yang dinamakannya Harold Gatty untuk membantunya tetap betah dan melawan lelah pada penerbangan bersejarah tersebut. Namun ketika Post menjadi orang pertama yang terbang solo mengelilingi dunia pada tahun 1933, semuanya ia lakukan sendiri tanpa bantuan tenaga orang lain. Dan ternyata rahasia suksesnya atau minimal salah satu rahasia suksesnya sangat sederhana, yaitu sistem autopilot yang mengemudikan pesawat ketika ia beristirahat.

Sekarang ini pilot otomatis merupakan sistem yang sangat mutakhir yang mampu melakukan tugas yang sama selayaknya seorang pilot yang sudah sangat terlatih. Pada kenyataannya untuk beberapa prosedur dan rutinitas penerbangan, pilot otomatis bahkan lebih baik daripada sepasang tangan manusia. Autopilot tidak hanya membuat penerbangan menjadi lebih lancar tetapi juga lebih aman dan lebih efisien.

Pendahuluan

Sistem kendali atau sistem kontrol (control system) adalah suatu alat (kumpulan alat) untuk mengendalikan, memerintah, dan mengatur keadaan dari suatu sistem. Contoh sederhana sistem kendali ini dapat dipraktikkan secara manual untuk mengendalikan roda kemudi mobil pada saat kita mengendarai/menyetir mobil kita, misalnya, dengan menggunakan prinsip loloh balik. Dalam sistem yang otomatis, alat semacam ini sering dipakai untuk peluru kendali sehingga peluru akan mencapai sasaran yang diinginkan. Banyak contoh lain dalam bidang industri/instrumentasi dan dalam kehidupan kita sehari-hari di mana sistem ini dipakai. Alat pendingin udara (AC) merupakan contoh yang banyak kita jumpai yang menggunakan prinsip sistem kendali, karena suhu ruangan dapat dikendalikan sehingga ruangan berada pada suhu yang kita inginkan.

Sejarah Singkat Autopilot

Orang yang pertama mendemonstrasikan sistem pilot otomatis adalah Lawrence Sperry, pada tahun 1914. Lawrence Sperry menciptakan system pilot otomatis ini pada tahun 1912 dibantu oleh Sperry Corporation. Anak dari penemu ternama Elmer Sperry ini, telah membuktikan kredibilitas penemuannya itu dengan menerbangkan sebuah pesawat tanpa disetir olehnya.

Penemuan Sperry ini, lalu diaplikasikan kedalam tanker Standard Oil J.A Moffet yang menjadi kapal pertama yang menggunakan pilot otomatis pada awal tahun 1920an. Selain itu, pada tahun 1931, penerbang Amerika Wiley Post terbang dengan menggunakan pesawat yang bernama "Winnie Mae" bermesin tunggal produksi Lockheed Vega. Itu merupakan penerbangan keliling dunia dengan catatan waktu penerbangan 8 hari, 15 jam dan 51 menit. Dalam penerbangan keliling dunia itu Wiley Post didampingi Harold Gatty sebagai navigator untuk membantunya tetap waspada dan melawan kelelahan pada penerbangan bersejarah itu. Tetapi ketika Wiley Post menjadi orang pertama dalam penerbangan solo keliling dunia dunia pada tahun 1933, ia harus melakukan segala sesuatunya dalam mengemudikan pesawat terbang tanpa bantuan orang lain seperti yang dilakukan oleh Harold Gatty pada penerbangan tahun 1931 itu. Rahasia keberhasilannya, atau setidaknya salah satu rahasianya, adalah autopilot sederhana yang mengemudikan pesawat sementara ia beristirat.

Autopilots and Avionics

Pilot automatis atau autopilot merupakan seperangkat peralatan untuk mengendalikan pesawat luar angkasa (spacecraft), pesawat udara (aircraft), kapal laut, misil (peluru kendali), dan kendaraan lain tanpa intervensi tangan manusia secara konstan. Banyak orang beranggapan bahwa autopilot hanya terdapat pada pesawat terbang/pesawat udara sebagaimana yang sering kita dapati dalam setiap pesawat terbang saat ini, namun pada dasarnya prinsip kerjanya adalah sama di manapun alat ini dipasang. Image courtesy of Bill Harris.

Dalam dunia pesawat terbang, atau lebih akuratnya dijelaskan dengan Automatic Flight Control System (AFCS). AFCS merupakan salah satu bahagian dari aircraft's avionics—sistem elektronik dan peralatan yang digunakan untuk mengendalikan sistem-sistem penting dari pesawat terbang dan penerbangan. Sistem pengendalian penerbangan meliputi sistem elektronik untuk komunikasi, navigasi, dan untuk cuaca. Penggunaan awal AFCS adalah untuk memberikan bantuan bagi pilot selama tahap penerbangan yang membosankan seperti pada saat terbang pada ketinggiaan yang tinggi. Banyak lagi yang bisa dilakukan oleh sistem autopilot, seperti membuat pesawat bermanuver dengan sangat tepat seperti mendaratkan pesawat pada kondisi jarak pandang nol (zero visibility).

Walaupun terdapat banyak variasi dari sistem autopilot, kebanyakan sistem autopilot dapat diklasifikasikan berdasarkan jumlah bagian (part/surface) yang dikendalikan. Untuk membantu memahaminya kita perlu familiar dengan tiga bagian pengendali dasar (basic control surface) yang mempengaruhi kinerja pesawat. Yang pertama adalah elevator, yang merupakan peralatan yang terletak di ekor pesawat yang berfungsi untuk mengendalikan pitch (manuver pesawat terbang pada sumbu horizontal yang tegak lurus dengan arah pergerakan pesawat terbang). Rudder juga terletak di ekor pesawat terbang. Ketika rudder dimiringkan ke kanan (starboard), pesawat terbang akan berputar pada sumbu vertikal ke arah kiri. Ketika rudder dimiringkan ke kiri (port) pesawat akan berputar kearah yang berlawanan. Dan yang terakhir yaitu: ailerons yang terletak pada ujung belakang setiap sayap, bagian ini berfungsi untuk menggulingkan pesawat dari satu sisi ke sisi lain.

Sistem autopilot mampu mengendalikan salah satu atau semua bagian-bagian tersebut. Berdasarkan jumlah bagian yang dikendalikan inilah sistem autopilot dibagi lagi menjadi tiga. Single-axis autopilot (autopilot sumbu tunggal) hanya mengendalikan salah satu dari ketiga bagian tadi, bagian yang dikendalikan biasanya aileron. Tipe sederhana dari autopilot ini dikenal juga dengan "wing leveler" karena dengan mengendalikan roll (gerakan berguling/berputar pesawat) alat pengendali ini akan menjaga sayap pesawat dalam keadaan stabil. Two-axis autopilot (autopilot dua sumbu ) mengendalikan elevator dan aileron. Dan yang terakhir three-axis autopilot (autopilot tiga sumbu) mengendalikan ketiga sistem pengendali tersebut: aileron, elevator dan rudder.

Autopilot pada Pesawat Terbang

Dalam dunia penerbangan, autopilot disebut dengan nama Automatic Flight Control System (AFCS). Perangkat AFCS adalah bagian dari avionic pesawat terbang, merupakan system elektronik yang digunakan untuk mengontrol sistem kunci dari pesawat dan penerbangan. Selain sistem kontrol penerbangan, avionik juga berfungsi dalam komunikasi elektronik, navigasi, dan untuk mengetahui keadaan cuaca pada lintasan penerbangan. Pada awalnya AFCS digunakan untuk menyediakan bantuan selama tahap-tahap membosankan dalam penerbangan, misalnya saat penerbangan dengan ketinggian optimal. Dengan bantuan pilot otomatis banyak hal yang dapat dilakukan, bahkan saat melakukan manuver dengan sangat tepat, seperti pendaratan pesawat dalam kondisi nol visibilitas.

Dasar Kontrol Permukaan Mempengaruhi Kemampuan Manuver Pesawat

Walaupun ada banyak perbedaan dalam beberapa sistem autopilot, sebagian besar dapat diklasifikasikan menurut jumlah komponen atau pada sistem kontrol. Ada tiga dasar kontrol permukaan mempengaruhi kemampuan manuver pesawat.

elevator

yaitu perangkat pada ekor pesawat yang mengontrol pitch (ayunan sirip ekor pesawat terbang di sekitar sumbu horizontal tegak lurus terhadap arah gerakan).

Rudder

Rudder juga terletak di ekor pesawat. Ketika kemudi pada cockpit dimiringkan ke kanan (right), pesawat akan berbelok (berputar pada sumbu vertical) ke arah kanan. Dan saat kemudi dimiringkan ke kiri (port), pesawat pun akan berbelok ke arah kiri.

Sirip Kemudi (Ailerons)

Terletak di tepi belakang setiap sayap pesawat bergerak-gerak dari sisi ke sisi. Pilot otomatis dapat mengontrol setiap atau semua permukaan sirip ini. Single-axis autopilot mengatur hanya satu set kontrol, biasanya ailerons. Autopilot dengan tipe sederhana ini dikenal sebagai "wing leveler" yang mengendalikan gerakan dan membuat sayap pesawat secara stabil. Two-axis autopilot mengatur gerakan lift (elevator) dan ailerons. Dan Three-axis autopilot mengelola semua tiga dasar sistem kontrol: ailerons, elevator dan rudder.

Auto Pilot Systems

Sebuah sistem pilot otomatis yang melakukan kontrol pesawat tanpa pilot yang langsung mengontrol manuver pesawat. Autopilot mempertahankan sikap dan/atau arah pesawat dan mengembalikan pesawat ke kondisi semula. Sistem pilot otomatis mampu menjaga pesawat stabil lateral, vertikal, dan membujur.

Tujuan utama dari sistem autopilot adalah untuk mengurangi ketegangan dan kelelahan mengendalikan pesawat bekerja selama waktu yang panjang dalam penerbangan. Kebanyakan pilot otomatis memiliki baik manual dan mode operasi otomatis. Dalam modus manual, pilot memilih setiap manuver dan membuat input kecil ke sebuah kontroler autopilot. Sistem autopilot bergerak menggantikan kontrol pesawat untuk melakukan manuver. Dalam modus otomatis, pilot memilih sikap dan arah yang diinginkan untuk sebuah segmen penerbangan. Autopilot kemudian bergerak melakukan kontrol untuk mencapai dan mempertahankan parameter ini.

Sistem autopilot menyediakan satu, dua kontrol, atau tiga sumbu pesawat terbang. Instrumen yang hanya mengelola pesawat sekitar satu sumbu mengontrol aileron. Instrumen itu adalah pilot otomatis sumbu tunggal, dikenal sebagai sistem menyama-ratakan sayap, biasanya ditemukan pada pesawat ringan. Pilot otomatis lainnya adalah sistem dua sumbu mengontrol aileron dan elevator. Tiga sumbu pilot otomatis mengontrol aileron, elevator, dan rudder. Dua dan tiga axis sistem autopilot dapat ditemukan pada pesawat dari semua ukuran.

Ada banyak sistem autopilot yang tersedia. Mereka memiliki berbagai kemampuan dan kompleksitas. Pesawat ringan biasanya memiliki pilot otomatis dengan kemampuan kurang dari performance tinggi dan kategori transportasi pesawat. Integrasi fungsi navigasi umum, bahkan pilot otomatis di pesawat ringan.

Sebagai pilot otomatis meningkatkan kompleksitas, mereka tidak hanya memanipulasi permukaan kontrol penerbangan, tetapi parameter penerbangan lainnya juga. Beberapa pesawat modern kecil, kinerja tinggi, dan Pesawat kategori transportasi memiliki sistem autopilot yang sangat rumit yang dikenal sebagai Automatic Flight Control Systems (AFCS). Ketiga sumbu sistem jauh melampaui kemudi pesawat. Mereka mengendalikan pesawat selama tanjakan, keturuna, cruise, dan pendekatan untuk mendarat.

Beberapa bahkan mengintegrasikan fungsi auto throttle yang secara otomatis mengontrol dorong mesin yang membuat auto-landings menjadi mungkin. Untuk kontrol otomatis lanjut, memiliki sistem manajemen penerbangan yang telah dikembangkan. Melalui penggunaan komputer, sebuah penerbangan seluruh profil dapat diprogram sebelumnya yang memungkinkan pilot untuk mengawasi pelaksanaannya. Sebuah komputer FMS koordinat hampir setiap aspek penerbangan, termasuk autopilot dan auto throttle sistem, pemilihan rute navigasi, skema pengelolaan bahan bakar, dan banyak lagi.

Operasi Dasar Auto Pilot

Dasar untuk operasi sistem autopilot adalah koreksi kesalahan. Ketika sebuah pesawat gagal untuk memenuhi kondisi yang dipilih, kesalahan dikatakan telah terjadi. Sistem autopilot otomatis mengoreksi kesalahan itu dan mengembalikan pesawat ke "Flight attitude" yang diinginkan oleh pilot. Ada dua cara dasar yang dilakukan oleh sistem autopilot modern. Salah satunya adalah posisi yang berdasarkan dan lainnya adalah tingkat berbasis. Sebuah posisi yang berdasarkan autopilot memanipulasi kontrol pesawat itu sehingga setiap penyimpangan dari yang diinginkan flight attitude tersebut diperbaiki. Hal ini dilakukan dengan menghafal sikap pesawat yang diinginkan dan menggerakkan kontrol sehingga pesawat kembali ke attitude semula.

Tingkat berbasis pilot otomatis menggunakan informasi tentang tingkat pergerakan pesawat, dan memindahkan kontrol permukaan untuk melawan laju perubahan yang menyebabkan kesalahan. Penggunaan pesawat paling besar berbasis autopilot sistem. Pesawat kecil dapat menggunakan salah satunya.

Cara Kerja Autopilot

Jantung sebuah sistem kontrol penerbangan otomatis modern adalah komputer dengan beberapa prosesor berkecepatan tinggi. Pengumpulan data informasi diperlukan untuk mengendalikan pesawat, prosesor berkomunikasi dengan sensor yang terletak di permukaan kontrol utama. Komputer dapat juga mengumpulkan data dari peralatan pesawat lainnya termasuk gyroscope, pengukur kecepatan, altimeters, kompas dan indikator kecepatan angin.

Prosesor komputer AFCS kemudian mengambil input data dan melakukan perhitungan yang kompleks berdasarkan set mode kontrol. Mode kontrol adalah pengaturan yang dimasukkan oleh pilot yang disesuaikan dengan detail penerbangan. Sebagai contoh, misalnya mode kontrol yang diprogram untuk mempertahankan ketinggian penerbangan. Ada juga mode kontrol yang mempertahankan kecepatan, pos dan jalur penerbangan.

Perhitungan ini menentukan apakah pesawat bisa memahami perintah yang dimasukkan dalam mode kontrol. Prosesor kemudian mengirimkan sinyal ke berbagai unit servomechanis. Sebuah servomechanis, atau servo untuk jangka pendek, adalah sebuah alat yang menyediakan kontrol mekanis jarak jauh. Satu servo digunakan untuk masing-masing kontrol permukaan yang termasuk dalam sistem autopilot. Servo dikendalikan oleh komputer dan mengatur fungsi motor atau hidraulis untuk menggerakkan kontrol pesawat dan memastikan pesawat dapat mempertahankan posisi dengan tepat.

Sistem autopilot modern sekarang dapat menerima data dari Global Positioning System (GPS) menggunakan penerima yang dipasang pada pesawat. Sebuah penerima GPS dapat menentukan posisi pesawat terbang saat sedang dalam penerbangan dengan cara menghitung jarak dari tiga atau lebih satelit dalam jaringan GPS. Berbekal informasi posisi seperti itu, pesawat terbang bisa dengan aman untuk terus melanjutkan rencana penerbangan.

Komponen Auto Pilot

Autopilot Parts

Sebenarnya yang menjadi jantung dari sistem pengendali penerbangan otomatis modern adalah sebuah komputer dengan beberapa prosesor yang berkecepatan tinggi. Untuk mendapatkan kepintaran yang dibutuhkan untuk mengendalikan pesawat, prosesor berkomunikasi dengan sensor yang diletakkan pada bagian-bagian pengendali utama. Prosesor ini juga mampu mengumpulkan data dari sistem dan peralatan pesawat terbang lain termasuk gyroscope, accelerometer, altimeter, kompas, dan indikator kecepatan udara (airspeed indicator).

Prosesor dalam AFCS akan mengambil data input, kemudian dengan menggunakan perhitungan yang kompleks membandingkannya dengan pengaturan mode pengendali. Setting mode pengendali dimasukkan oleh pilot yang mendefinisikan detail penerbangan. Misalnya mode pengendali mendefinisikan bagaimana ketinggian pesawat ditentukan. Ada juga mode pengendali lain seperti menentukan kecepatan udara dan jalur penerbangan.

Perhitungan tersebut menentukan apakah pesawat telah menjalankan perintah yang diatur oleh mode pengendali atau belum. Prosesor kemudian mengirimkan signal ke berbagai unit servomechanism. Servomechanism atau sering disingkat servo merupakan alat yang memberikan pengendalian mekanis pada suatu jarak tertentu. Satu servo cukup untuk semua bagian kendali yang termasuk dalam sistem autopilot. Servo akan menerima instruksi komputer dan menggunakan motor atau hydraulic untuk menggerakkan bagaian kendali pesawat, menjamin pesawat berada dalam posisi dan jalur yang tepat.

Seorang penemu dan insinyur terkenal Elmer mempatenkan gyrocompas pada tahun 1908, namun gyrocompas pertama sekali ditemukan oleh anaknya Lawrence Burst Sperry, yang merupakan orang pertama yang menguji peralatan tersebut pada pesawat terbang. Autopilot Sperry muda menggunakan empat gyroscope untuk menstabilkan pesawat terbang dan telah banyak membantu kebanyakan penerbangan pertama, termasuk penernangan pada saat malam pertama dalam sejarah penerbangan. Pada tahun 1932, Sperry Gyroscope Company telah mengembangkan automatic pilot yang digunakan oleh Wiley Post yang digunakan dalam penerbangan solo pertamanya mengelilingi dunia.

Ilustrasi di atas menunjukkan bagaimana elemen-elemen dasar dari sistem autopilot dihubungkan. Untuk menyederhanakannya, hanya satu bagian kendali (yaitu rudder) yang ditunjukkan, setiap bagian kendali akan memiliki susunan yang sama seperti yang diperlihatkan pada ilustrasi di atas. Terlihat bahwa skema dasar dari autopilot tampak seperti sebuah loop (rangkaian tertutup) dengan sensor pengirim data ke komputer autopilot yang memproses informasi dan mengirim signal ke servo, dan servo akan segera menggerakkan bagian kendali yang akan mengubah posisi pesawat, dan kemudian akan membuat data baru yang dikirim ke sensor, dan keseluruhan proses ini akan diulangi lagi. Jenis feedback loop di atas adalah sistem operasi dari autopilot.

Autopilot Control Systems

Autopilot merupakan salah satu contoh dari sistem kontrol. Sistem kontrol bertindak berdasarkan pada pengukuran dan hampir selalu memiliki dampak pada nilai yang diukurnya. Contoh klasik dari sistem kontrol adalah negative feedback loop yang mengendalikan thermostat. Loop tersebut bekerja dengan cara seperti berikut ini:

Pada saat musim panas pemilik rumah akan mengatur thermostat-nya ke temperatur ruangan yang diinginkannya—katakanlah 78 F (25 C).
Thermostat akan mengukur temperatur udara dan membandingkannya dengan nilai yang diatur oleh pemilik rumah.
Setelah beberapa saat, udara panas dari luar rumah akan menaikkan temperatur di dalam rumah. Ketika temperatur di dalam rumah telah melebihi 78 F, akan dikirim signal ke unit ac (air conditioning).
Air conditioning akan hidup dan mendinginkan ruangan.
Ketika temperatur di dalam ruangan telah kembali ke nilai 78 F, signal lain akan dikirim ke ac untuk mematikan ac.

Disebut dengan negative feedback loop karena menghasilkan aksi tertentu (ac hidup) yang akan menghalangi kinerja lebih lanjut dari aksi tersebut. Semua negative feedback loop memerlukan sebuah receptor, control center, dan effector. Pada contoh di atas yang menjadi receptor-nya adalah termometer yang mengukur temperatur udara. Control center-nya adalah prosesor di dalam thermostat, dan effector-nya adalah ac.

Sistem pengendali penerbangan otomatis juga bekerja dengan cara yang sama. Misalnya kita ambil contoh pilot yang telah mengaktifkan single-axis autopilot yang juga disebut dengan wing leveler seperti yang telah dikemukakan di atas.

Pilot mengatur mode pengendalian untuk menjaga posisi sayap pada suatu level tertentu.
Bagaimanapun, walaupun dalam keadaan udara yang tenang, sayap pesawat akan turun.
Sensor yang terletak di sayap akan mendeteksi penurunan sayap ini dan kemudian mengirim signal ke komputer autopilot.
Komputer autopilot memproses data dan menyatakan bahwa sayap pesawat tidak lagi berada pada level yang diinginkan.
Komputer autopilot mengirim signal ke servo untuk mengendalikan aileron pesawat. Signal yang dikirim merupakan sebuah perintah yang sangat spesifik yang memerintahkan servo untuk membuat suatu penyesuaian yang tepat.
Setiap servo memiliki sebuah motor elektrik yang memiliki kabel yang kekang untuk menarik kabel aileron. Ketika kabel tersebut bergerak bagian kendalipun akan ikut bergerak mengikuti arah pergerakan kabel.
Karena aileron disesuaikan berdasarkan pada data input, sayap pesawat akan bergerak kembali ke level semula.
Komputer autopilot menghapus perintah ketika sensor yang terletak di sayap pesawat mendeteksi bahwa sayap telah berada pada level yang diinginkan lagi.
Servo berhenti menggunakan tekanan terhadap kabel aileron untuk menggerakkan sayap pesawat.

Loop seperti yang ditunjukkan pada diagram blok di atas bekerja secara kontinu selama beberapa kali dalam satu detik melibatkan banyak prosesor untuk mengendalikan banyak bagian kendali. Bahkan beberapa pesawat terbang memiliki komputer pendorong otomatis (autothrust computers) untuk mengendalikan gaya dorong mesin. Sistem autopilot dan sistem autothrust mampu bekerja bersama-sama untuk melakukan manuver-manuver yang sangat kompleks.

Komponen Auto Pilot

Kebanyakan sistem autopilot terdiri dari empat komponen dasar, ditambah berbagai switch dan unit pembantu. Empat dasar komponen: Sensing Elemen, Computer Elemen, Output Elemen, dan Command Elemen. Banyak sistem autopilot yang lebih maju dengan memiliki elemen kelima: feedback dan follow up. Ini mengacu pada sinyal yang dikirim sebagai koreksi yang dilakukan oleh elemen output menyarankan autopilot dari kemajuan yang dibuat.

Sensing Elemen

Sikap dan directional gyros, Turn Coordinator, dan Altitude Control adalah Sensing Elemen autopilot. Unit ini merasakan pergerakan pesawat. Mereka menghasilkan sinyal-sinyal listrik yang digunakan oleh autopilot untuk secara otomatis mengambil tindakan korektif yang diperlukan yang diperlukan untuk menjaga pesawat terbang sebagaimana dimaksud. Sensing Salad-gyros dapat ditemukan di kokpit yang dipasang instrumen. Mereka juga dapat dihubungkan secara remote.

Sensor gyro terpencil mendorong menampilkan servo panel kokpit, serta memberikan sinyal input ke komputer autopilot. Pilot otomatis digital modern dapat menggunakan berbagai sensor berbeda. Gyros MEMS dapat digunakan atau disertai dengan menggunakan accelerometers solid state dan magnetometer. Laju sistem berbasis tidak boleh menggunakan gyros sama sekali. Berbagai sensor input mungkin terletak dalam unit yang sama atau unit terpisah dan transfer informasi melalui bus data digital. Informasi navigasi juga terintegrasi melalui koneksi bus data digital untuk komputer avionik.

Komputer dan Amplifier

Unsur komputasi autopilot mungkin analog atau digital. Fungsinya adalah untuk menafsirkan data Sensing Elemen, mengintegrasikan Command dan input navigasi, dan mengirim sinyal ke elemen Output untuk memindahkan pesawat kontrol yang diperlukan untuk mengendalikan pesawat. Sebuah Amplifier digunakan untuk memperkuat sinyal untuk diproses, jika diperlukan, dan untuk digunakan oleh perangkat output, seperti motor servo. Amplifier dan sirkuit terkait adalah sistem autopilot komputer analog. Informasi ditangani saluran sesuai dengan sumbu kontrol yang sinyal dimaksudkan (yaitu, pitch channel, roll channel, atau yaw channel). Sistem digital menggunakan teknologi komputer mikroprosesor solid state dan biasanya hanya memperkuat sinyal dikirim ke elemen output.

Elemen Output

Elemen output dari sebuah sistem autopilot adalah servos yang menyebabkan ada pergerakkan dari kontrol penerbangan. Mereka adalah perangkat independen untuk masing-masing saluran kontrol yang mengintegrasikan ke dalam sistem kontrol penerbangan reguler. Desain servo autopilot sangat bervariasi tergantung pada metode aktuasi kontrol penerbangan. Sistem kabel-actuated biasanya memanfaatkan motor servo listrik atau elektro-pneumatik servos. Sistem kontrol penerbangan digerakkan secara hidraulis menggunakan servos electrohydraulic autopilot. Pesawat fly-by-wire digital memanfaatkan aktuator yang sama untuk melaksanakan manual dan autopilot manuver. Ketika autopilot bergerak, aktuator agak merespon perintah dari autopilot daripada eksklusif dari pilot. Apapun, autopilot servos harus memungkinkan gerakan kontrol tanpa hambatan ketika autopilot tidak beroperasi.

Pesawat dengan kontrol digerakkan oleh kabel menggunakan dua dasar jenis listrik servos yang dioperasikan motor. Motor terhubung ke poros output servo melalui pengurangan gigi. Ketika Motor mulai, berhenti, dan berbalik arah dalam menanggapi dengan perintah dari komputer autopilot. Jenis lain dari servo listrik menggunakan motor yang terus berjalan ditujukan untuk poros output melalui dua kopling magnet. Cengkeraman diatur sedemikian rupa sehingga energi satu kopling mentransmisikan torsi bermotor untuk memutar poros output dalam satu arah; energizing kopling lainnya ternyata berputar pada poros dalam arah yang berlawanan. Electropneumatic servos juga dapat digunakan untuk mendorong kontrol penerbangan kabel dalam beberapa sistem autopilot. Mereka dikendalikan oleh sinyal-sinyal listrik dari amplifier autopilot dan digerakkan oleh sumber tekanan udara yang tepat. Sumber mungkin berupa sistem pompa vakum atau mesin turbin udara. Setiap servo terdiri dari sebuah katup elektromagnetik dan output linkage.

Pesawat dengan sistem kontrol penerbangan hidraulis digerakkan memiliki autopilot servos yang elektro-hidraulis. Mereka mengontrol katup bahwa tekanan fluida langsung yang diperlukan untuk memindahkan kontrol melalui aktuator kontrol. Mereka yang didukung oleh sinyal dari komputer autopilot. Ketika autopilot tidak terlibat, servos memungkinkan cairan hidraulis mengalir terbatas dalam sistem kontrol penerbangan untuk operasi normal. Katup servo dapat menggabungkan transduser umpan balik untuk memperbarui kemajuan autopilot selama koreksi kesalahan .

Elemen Command

Unit Command, disebut pengontrol penerbangan, adalah manusia antarmuka dari autopilot. Hal ini memungkinkan pilot untuk memberitahu autopilot apa yang harus dilakukan. Pengendali penerbangan bervariasi dengan kompleksitas sistem autopilot. Dengan menekan tombol fungsi yang diinginkan, pilot menyebabkan controller untuk mengirim sinyal instruksi ke komputer autopilot, memungkinkan untuk mengaktifkan servos yang tepat untuk melaksanakan perintah. Level flight, climb, descent, beralih ke heading, atau terbang menuju heading yang diinginkan beberapa dari pilihan yang tersedia pada kebanyakan pilot otomatis. Banyak pesawat memanfaatkan banyak alat bantu navigasi radio. Ini dapat dipilih untuk mengeluarkan perintah langsung ke komputer autopilot.

Selain on/off pada controller autopilot, kebanyakan pilot otomatis memiliki tombol disconnect yang terletak di kontrol roda. Switch ini, dioperasikan oleh tekanan ibu jari, sistem autopilot harus dapat digunakan untuk memperbaiki sebuah kerusakan yang terjadi pada sistem atau setiap saat pilot ingin untuk mengambil kontrol manual pesawat.

Feedback atau Follow Up

Sebagai manuver autopilot pesawat kontrol untuk mencapai sikap penerbangan yang diinginkan, maka harus mengurangi kontrol permukaan koreksi sebagai sikap yang diinginkan hampir tercapai sehingga kontrol dan pesawat datang untuk beristirahat di jalur. Tanpa dilakukan, sistem akan terus berlebihan. Permukaan defleksi akan terjadi sampai sikap yang diinginkan tercapai. Tapi gerakan masih akan terjadi sebagai permukaan kembali ke posisi pra-kesalahan. Sensor Attitude akan sekali lagi mendeteksi kesalahan dan memulai proses koreksi seluruh lagi.

Berbagai feedback listrik, atau sinyal follow up, yang dihasilkan untuk semakin mengurangi pesan kesalahan di autopilot sehingga bahwa lebih dari koreksi terus menerus tidak terjadi. Ini biasanya dilakukan dengan transduser pada aktuator atau di unit servo autopilot.

Sebuah tingkat sistem menerima sinyal kesalahan dari tingkat gyro yang dari polaritas tertentu dan besaran yang menyebabkan kontrol akan dipindahkan. Sebagai kontrol melawan kesalahan dan bergerak untuk memperbaikinya, tindak lanjut sinyal polaritas berlawanan dan meningkatkan besarnya kontra sinyal error sampai sikap yang benar pesawat itu dikembalikan. Perpindahan follow up sistem A menggunakan kontrol hantaran untuk membatalkan pesan kesalahan bila sikap terbang telah dipindahkan ke posisi yang benar.

Fungsi Autopilot

Berikut ini deskripsi sistem autopilot yang disajikan untuk menunjukkan fungsi analog autopilot sederhana. Pilot otomatis yang jauh lebih paling canggih, namun banyak fundamental operasi serupa. Sistem pilot otomatis pesawat terbang dengan menggunakan sinyal listrik yang dikembangkan dalam unit gyro - sensor. Unit-unit ini terhubung ke instrumen penerbangan yang menunjukkan arah, tingkat gilirannya, bank, atau pitch. Jika flight Attitude atau heading magnetik berubah, sinyal listrik akan mengembang di gyros. Sinyal-sinyal ini dikirim ke komputer autopilot/Amplifier dan digunakan untuk mengendalikan operasi unit servo. Sebuah servo untuk masing-masing dari tiga saluran kontrol mengkonversi sinyal listrik menjadi kekuatan mekanik, kontrol permukaan yang bergerak sebagai respons terhadap sinyal korektif atau perintah pilot.

Saluran kemudi menerima dua sinyal yang menentukan kapan dan berapa banyak kemudi bisa bergerak. Sinyal sinyal course pertama berasal dari sistem kompas. Selama pesawat tetap pada heading magnetic itu pada saat autopilot terlibat, tidak ada sinyal berkembang. Penyimpangan menyebabkan sistem kompas untuk mengirim sinyal ke saluran kemudi yang sebanding dengan sudut perpindahan pesawat dari heading preset. Sinyal kedua yang diterima saluran kemudi adalah sinyal tingkat yang memberikan informasi kapan pesawat berbalik dengan sumbu vertikal. Informasi ini disediakan oleh gyro turn- dan -bank indikator.

Ketika pesawat berupaya untuk mematikan saja, gyro tingkat mengembangkan sinyal yang sebanding dengan tingkat gilirannya, dan gyro saja berkembang sinyal sebanding dengan jumlah perpindahan. Dua sinyal itu yang dikirim ke saluran amplifier kemudi, di mana mereka digabungkan dan kekuatan mereka meningkat. Sinyal itu diperkuat kemudian dikirim ke servo rudder. Ternyata servo kemudi dalam arah yang benar untuk mengembalikan pesawat ke heading magnetik yang dipilih.

Sebagai kemudi permukaan bergerak, sinyal follow up dikembangkan yang menentang sinyal input. Ketika dua sinyal yang sama dalam besarnya, servo berhenti bergerak. Ketika pesawat tiba, tentu saja, sinyal mencapai nilai nol, dan kemudi dikembalikan ke posisi streamline oleh sinyal follow up. Saluran Aileron menerima sinyal input dari pemancar yang terletak di indikator gyro Artificial Horizon. Setiap gerakan Pesawat pada sumbu longitudinal menyebabkan gyro – Unit sensing untuk mengembangkan sinyal untuk mengoreksi gerakan. Sinyal ini diperkuat, fase terdeteksi, dan dikirim ke aileron servo, yang bergerak permukaan kontrol aileron untuk mengoreksi kesalahan.

Sebagai aileron permukaan bergerak, sinyal follow up membangun sinyal yang bertentangan dengan sinyal input. Ketika dua sinyal sama besarnya, servo berhenti bergerak. Sejak aileron menghindar dari arus, pesawat sekarang mulai bergerak kembali ke tingkat penerbangan dengan input sinyal menjadi lebih kecil dan sinyal lanjutan mengemudi kontrol permukaan kembali ke posisi merampingkan. Ketika Pesawat telah kembali ke tingkat penerbangan sikap roll, input sinyal kembali nol. Pada saat yang sama, permukaan kontrol efisien, dan sinyal follow up nol.

Rangkaian saluran lift adalah sama dengan channel aileron, dengan pengecualian bahwa saluran lift mendeteksi dan memperbaiki perubahan pitch attitude pesawat. Untuk kontrol ketinggian, unit dipasang secara remote mengandung ketinggian tekanan diafragma yang digunakan. Mirip dengan Attitude dan gyros directional, ketinggian unit menghasilkan sinyal error ketika pesawat telah bergerak dari ketinggian terpilih. Ini diketahui sebagai fungsi ketinggian. Sinyal mengontrol servos pitch, yang bergerak untuk memperbaiki kesalahan. Fungsi ketinggian yang dipilih menyebabkan sinyal untuk terus dikirim ke servos pitch sampai ketinggian terpilih telah tercapai. Pesawat kemudian mempertahankan ketinggian terpilih menggunakan sinyal altitude hold.

Kegagalan Autopilot

Autopilot bisa berfungsi dengan baik dan bisa juga gagal. Masalah yang paling sering ditemui pada sistem autopilot adalah kegagalan servo baik karena motornya yang buruk ataupun koneksi yang buruk. Sensor posisipun bisa juga tidak berfungsi sehingga menghasilkan tidak ada data input ke komputer autopilot. Untungnya sistem autopilot untuk pesawat terbang dirancang supaya aman dari kegagalan-kegagalan tersebut. Untuk menghentikan sistem autopilot sangat sederhana, awak kru pesawat hanya perlu melakukan pemutusan sistem autopilot dengan cara menarik tuas power switch autopilot atau apabila cara tersebut masih belum berhasil dapat juga dilakukan dengan menarik autopilot circuit breaker.

Pilot otomatis dapat mengalami kegagalan atau tidak berfungsi dengan baik. Masalah yang umum adalah kegagalan beberapa jenis servo, baik karena kinerja motor yang buruk atau karena koneksi yang buruk. Posisi sensor juga bisa mengalami kegagalan dan mengakibatkan hilangnya masukan data ke komputer autopilot. Untungnya, pilot otomatis pada pesawat berawak dirancang sebagai failsafe yaitu pada saat terjadinya kegagalan pada system autopilot, mode kemudi manual bisa segera digunakan. Untuk mengganti autopilot, awak pesawat hanya perlu melepaskan sistem, baik dengan membalik sebuah saklar daya atau dengan menarik pemutus arus autopilot.

Beberapa kecelakaan pesawat terbang disebabkan karena pilot yang gagal untuk memutuskan sistem pengendali penerbangan automatis. Pilot berhenti berusaha untuk mengatur pengendalian yang dilakukan autopilot, tidak mampu memahami mengapa pesawat tidak melakukan perintah yang diberikan. Oleh sebab itulah mengapa pada skenario kondisi yang demikian program-program intruksi penerbangan sangat menegangkan untuk dipraktikkan. Pilot harus tahu bagaimana menggunakan setiap fitur yang tersedia pada AFCS, dan pilot juga harus tahu bagaimana memutuskan sistem AFCS dan terbang tanpa menggunakan sistem tersebut. Pesawat juga harus mengikuti skedul maitenance yang ketat untuk menjamin semua sensor dan servo bekerja dengan baik. Penyesuaian dan perbaikan apapun yang dilakukan terhadap komponen-komponen kunci perlu dilakukan penyesuaian lagi terhadap komputer autopilot. Misalnya apabila ada perbaikan yang dibuat terhadap instrumen gyro, perlu dilakukan pengaturan ulang pada komputer autopilot.

Beberapa kecelakaan pesawat terbang yang terjadi umumnya karena pilot gagal mematikan system autopilot yang tiba-tiba tidak berfungsi sehingga pesawat terbang sama sekali tidak bisa dikendalikan. Beberapa waktu yang lalu para pilot sempat menolak penggunaan autopilot dengan alasan keselamatan penerbangan. Itulah sebabnya mengapa sering kali dilakukan pelatihan program instruksi penerbangan untuk skenario pada sistuasi seperti itu. Pilot harus tahu bagaimana menggunakan setiap fitur pada AFCS, tetapi mereka juga harus tahu cara mematikannya dan terbang tanpa AFCS. Mereka juga harus mematuhi jadwal perawatan yang ketat untuk memastikan semua sensor dan servo berada dalam kondisi yang baik.

Ada banyak spekulasi yang beredar mengenai kecelakaan pesawat yang menyebabkan meninggalnya John F. Kennedy Jr., bersama dengan istrinya Carolyn Bessette Kennedy, dan adik iparnya Lauren Bessette, pada tanggal 16 Juli 1999. Walaupun National Transportation Safety Board (NTSB/Badan Keamanan Transportasi Nasional Amerika Serikat) menyatakan bahwa kemungkinan penyebab kecelakaan adalah karena disorientasi pada saat pesawat sedang terbang, namun beberapa kalangan menilai hal tersebut terjadi karena adanya mechanical failure -- yang mungkin disebabkan karena kegagalan autopilot -- yang berpotensi menyebabkan kecelakaan.
Pesawat Piper PA-32R-301, Saratoga II, N9253N, telah dilengkapi dengan Bendix/King 150 Series Automatic Flight Control System, sistem autopilot dua sumbu (two-axis autopilot) yang mengendalikan pitch and roll. Dari hasil investigasi yang dilakukan oleh NTSB membuktikan bahwa sistem autopilot pesawat tersebut telah pernah gagal berfungsi sekali atau dua kali sebelum kecelakaan tersebut terjadi. Pada saat demikianlah seharusnya sistem autopilot perlu diputuskan dan disambungkan lagi.
Permasalahan dengan sistem autopilot seperti itu sangat berpotensi menimbulkan kecelakaan pesawat walaupun hal tersebut terlihat tidak mungkin terjadi. Kenyataannya beberapa laporan menunjukkan bahwa sistem autopilot telah diputuskan sebelum pesawat tersebut menemui masalah.

Modern Autopilot Systems

Banyak sistem autopilot modern mampu menerima data dari penerima Global Positioning System (GPS) yang terpasang pada pesawat. Penerima GPS dapat menetukan posisi pesawat di udara dengan mengkalkulasi jarak pesawat dari tiga atau lebih satelit yang terhubung dalam jaringan GPS. Dilengkapi dengan alat pemberi informasi posisi tersebut, autopilot dapat melakukan lebih dari menjaga pesawat tetap berada pada posisi dan ketinggian yang sama—sistem autopilot bahkan mampu melakukan perencanaan penerbangan yang baik.

Kebanyakan jet komersial telah memiliki kemampuan untuk melakukan perencanaan penerbangan walaupun hanya sesaat, bahkan pesawat-pesawat kecilpun telah dilengkapi dengan sistem autopilot yang canggih. New Cessna 182s dan 206s telah dilengkapi dengan Garmin G1000 integrated cockpit pada saat keluar dari dari pabrik, termasuk sebuah sistem autopilot elektronik digital (digital electronic autopilot) yang telah dikombinasikan dengan flight director (pengarah penerbangan). The Garmin G1000 pada dasarnya telah memiliki semua kemampuan tersebut, generasi terbaru pesawat eklektronik umum, teknologi yang dulunya hanya bisa dimimpikan oleh Wiley Post pada tahun 1933.

Autopilot tidak hanya ditemukan pada pesawat terbang. Kapal laut juga memilikinya walaupun sistem autopilot pada kapal laut dikenali dengan nama yang berbeda. Beberapa kapten menyebut sistem autopilot kapalnya dengan "Metal Mike," sebuah nama sebutan yang muncul segera setelah Elmer Sperry menemukan gyrocompass. Keberapa kapten kapal juga menyebut sistem autopilot pada kapal laut dengan "autohelmsman" (nakhoda automatis) karena alat ini bekerja layaknya seorang nakhoda, mengemudikan kapal secara efisien tanpa intervensi manusia. Bahkan mobil model terbarupun telah memiliki sistem autopilot yang disebut dengan cruise control, sistem ini juga merupakan contoh klasik lain dari sistem pengendalian. Cruise control secara otomatis mengatur kecepatan mobil dengan menggunakan feedback loop yang meliputi sensor kecepatan dan pemercepat mobil (car's accelerator).

Lihat pula

Referensi

"How Fast Can You Fly Safely", June 1933, Popular Mechanics page 858 photo of Sperry Automatic Pilot and drawing of its basic functions in flight when set
http://www.navitron.co.uk/NT921_Autopilot.htm