Autopilot

Ein Autopilot ist eine automatische Steuerungsanlage in Flugzeugen oder Raketen. Für Flugzeuge wurde er in den 1920ern entwickelt, unter anderem von Junkers in Deutschland.

Heutige Autopiloten sind computergesteuerte Systeme zur Stabilisierung des Flugs und zu seiner Abwicklung nach digitalem Flugplan. Sie können den Piloten einen Teil des ermüdenden Justierens abnehmen, ersparen jedoch nicht die dauernde Kontrolle der Instrumente.

Ein Flugzeug in der Luft ist ständig wechselnden Einflüssen ausgesetzt, die es aus einem eingestellten Beharrungszustand hinausführen. Schon eine Stewardess, die sich von der linkes Seite der Küche zu einem Fluggast begibt, der weiter hinten sitzt und außerdem auf der anderen Gangseite, beschäftigt alle Kanäle des Autopilotensystemes.

Zunächst wird das Einhalten einer bestimmten Flughöhe betrachtet: Solange sich das Flugzeug unter konstanten inneren und äußeren Bedingungen geradeaus weiterbewegt, bleibt die Flughöhe auch konstant. Fast konstant, denn alleine durch den Verbrauch an Brennstoff wird die barometrische Höhenmeßanlage nach einer Weile eine Abweichung von der vorgewählten Höhe feststellen. Der Pitchkanal, der den Anstellwinkel regelt, gibt an das Höhenruder ein Signal um die Differenz auszuregeln, bis die Höhe wieder stimmt. Da durch den Verlust an Gewicht der Widerstand sinkt, steigt die Geschwindigkeit, weshalb nun der Geschwindigkeitskanal/ Auto Throttle Computer regelt nun die Motorleistung so nach, daß die vorgewählte Höhe bei der ebenfalls vorgewählten Geschwindigkeit eingehalten wird.

Die Flugrichtung wird über den Rollkanal geregelt. Angenommen, der Pilot stellt 0° als Kurs ein, also genau nach Norden. Ändern sich die Außenbedingungen, wie zum Beispiel die Windrichtung, wird das Flugzeug seine Richtung ändern, wenn nicht gegengesteuert wird. Eine Kompaßanlage mißt nun eine Abweichung vom vorgewählten Kurs und gibt zum Ausgleich ein Signal an die Querruder, das Flugzeug kippt ein Stück um die Längsachse, so dass es seitlich wegkippt. Das Seitenruder arbeitet wie eine Stabilisierungsflosse und das Flugzeug dreht sich zusätzlich um die Hochachse, bis der Kurs 0° wieder anliegt. Danach steuert der Rollkanal wieder in eine mittlere Lage. Während der seitlichen Bewegung hatte das Flugzeug aber einen höheren Widerstand und nahm dadurch die Nase nach unten, deshalb hat sofort der Pitchkanal eingegriffen und hat die Nase wieder nach oben geholt. Auch diese Korrektur hat weiteren höheren Widerstand verursacht und die Fahrt nimmt ab, weshalb der Fahrtregler die Motorleistung wieder erhöht.

Darüber hinaus gibt es eine große Fülle an Regelfunktionen, die unerwünschte Bewegungen abfangen.

Zur Geschichte der Autopiloten

Die ersten Versionen um 1930 - z.B. an Junkers Ju 52/1m oder Junkers W34fao 397kW - sollten u.a. die Trimmung und Höhensteuerung verbessern. Letztere ist mit dem Steuerknüppel z.B. bei Stress oder Windböen nicht einfach.
Später wurden Sturzflug-Autopiloten für Militärflugzeuge entwickelt, z.B. die Junkers Ju 87_B. Ein solcher Autopilot ist mit der Luftbremse verbunden und senkt das Flugzeug in die Sturzkampfstellung. In geringer Höhe (oder nach Bombenabwurf) bringt der Autopilot das Heck wieder in die Ursprungslage.

Weitere Entwicklungen unterstützten den Startvorgang, die Betätigung des Querruders (Steuerklappen an den Flügeln), das Auspendeln von Kurven bei verblasenem Seitenruder und schließlich das komplette "Ausbügeln" von Böen und Turbulenzen. Manche Piloten beklagten allerdings den Verlust des Feedback über Wetter und Windbedingungen, die den Druck auf die Steuerflächen und damit auf den Steuerknüppel variieren.

Moderne Autopiloten

Heute werden größere Flugzeuge - vor allem beim Langstreckenflug - über die meiste Zeit vollautomatisch gesteuert. Computerisierte Regel- und Meßsysteme stabilisieren den Flug und wickeln ihn nach digitalen Flugplänen ab. Man gibt z.B. die Luftstraße und die von der Flugsicherung zugewiesene Folge von Flughöhen ein.
Der Autopilot ändert dann am optimalen Punkt die Fluglage und leitet über digitales Altimeter, Variometer und Kompass den Steigflug ein. Bei Überfliegen eines Funkfeuers bewegt sich der Steuerknüppel wie von Geisteshand - und beginnt eine sanfte Kurve in den neuen Kurs. Bei alldem wird auf idealen Betriebszustand des Flugzeugs geachtet.

Zwar nimmt das System dem Piloten viele eintönige oder oft wiederkehrende Arbeiten ab, doch soll er jederzeit den Flug und die Instrumente kontrollieren. Zum Beobachten des Luftraums und für kritische Situationen erhält er mehr Handlungsspielräume als früher.

Stark spürbar ist der Gewinn an Zeit, die der Pilot für die Fluglotsen hat. Doch gab es jahrelang Diskussionen, ob die Jets in Zukunft überhaupt noch einen Piloten bräuchten. Es wurde sogar behauptet, der Pilot sei der teuerste Passagier an Bord. Inzwischen aber bestreitet niemand mehr, dass ein menschlicher Pilot die Technik überwachen muss – und zudem flexibler auf Flugplanänderungen reagieren kann als ein Computer. Deshalb sind neue Cockpit-Technologien heute stärker auf den Piloten zugeschnitten, und weniger auf die technischen Möglichkeiten.

In der Militärluftfahrt werden heute Autopiloten verwendet, die ein Abfangen aus einem unkontrolliertem Flugzustand auf Knopfdruck ermöglichen, so beim Eurofighter. Dies kann manchen Verlust an Mann und Material verhindern helfen und erhöht zudem die Überlebenschance in einer Gefechtssituation.

http://wdw.prosieben.de/wdw/AirospaceWorld/Luftfahrt/Flugzeugcockpit_der_Zukunft/2_Ju52/ (Autopilot im Vergleich zur Junkers-52)