歴史: 初期のオートパイロット ソリューションとそれらが今日のシステムにどのように進化したか

クイックリンク

• オートパイロットの初期の歴史

• 自動操縦システムの商用開発

• 現代の飛行制御システム

• 自動化と自律性の向上に向けて

7月のファンボロー航空ショーのハイライトの1つは、エンブラエルによる新しいエンブラエル強化離陸システム（E2TS）の導入でした。これは、3 台の飛行制御コンピューターと 4 台のスマート プローブからの入力を使用する世界初の自動離陸システムで、回転を自動化し、航空機のピッチを制御してより効率的な高度を実現することで、航空機が自動的に離陸できるようにします。

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写真: エンブラエル

E2TS の背後にある理論的根拠は効率です。より効率的な離陸により、航空機はより遠くまで飛行したり、より多くのペイロードを搭載したり、離陸時に使用する推力を減らしたり (したがって燃料を減らしたり) することができます。

これまで、自動操縦がカバーしない航空機の操作は離陸のみだったため、これは注目に値します。本質的に、業界は自動操縦の最後のフロンティアを征服しつつあります。そこで、自動操縦装置の出現とその長年にわたる進化を少し振り返ってみましょう。

オートパイロットの初期の歴史

アメリカの航空業界のパイオニアであるローレンス・スペリーは、後にワシントン DC の国会議事堂広場に飛行機を着陸させたことで名声を博すことになりますが、最初に成功した自動操縦装置の考案者として認められています。最初の動力飛行からわずか 7 年後の 1914 年にパリで初めて実証され、スペリーの発明はジャイロスコープ自動パイロットとして知られていました。

これは航空機の制御装置に取り付けられた 4 重ジャイロスコープで構成され、エルロン、スタビライザー、尾舵を操作して、航空機が希望するコンパスの進行方向と高度を自動的に維持できるようにしました。

写真: 米国議会図書館

これらの初期の自動操縦装置は第一次世界大戦で使用され、王立航空会社によってさらに開発され、空気圧で回転するジャイロスコープを使用した「パイロット」アシスタントと呼ばれる同様のタイプが開発されました。

制御アルゴリズムと油圧サーボ機構の改良と、ますます複雑化する計器との組み合わせにより、悪天候や夜間などのより困難な状況でも自動操縦飛行が可能になりました。ハワード・ヒューズは、ロッキード・エレクトラでこれを使用しました。1938年に記録破りの世界一周を達成、第二次世界大戦中の航空機では一般的でした。

写真: スミソニアン博物館

この初期の開発から生まれたのは、次の 3 種類の自動操縦装置でした。

• 単軸:これらの自動操縦装置は単一チャネルであり、航空機のロール軸のみを制御できます。これらはウィングレベラーシステムとしても知られています。
• 2軸:これらの自動操縦装置は、ピッチ軸とロール軸の両方の観点から航空機を制御します。 1 つのオートパイロット チャネルはエレベーターのピッチを制御し、2 つ目はロール内のエルロン/ロール スポイラーを制御します。
• 3軸:これらの自動操縦装置は、エレベーター、エルロン/ロール スポイラー、舵を制御することにより、航空機のピッチ、ロール、ヨーを制御します。 3 軸自動操縦装置は現代の民間航空機の標準であり、着陸後の自動着陸とロールアウトを実行できます。

自動操縦システムの商用開発

戦後の民間航空旅行のブームにより、自動化への需要が高まりました。需要を押し上げた主な要因はコスト削減と効率性でした。 1950 年代、民間航空機のコックピットには 3 人から 5 人の乗組員が乗っていました。パイロット 2 人、航空機関士 1 人、無線オペレーターとナビゲーターが 1 人いることもありました。

自動化、特に自動操縦を使用してパイロットの作業負荷を軽減することにより、航空会社は人員を削減し、コストを削減することができました。

1960 年代後半から 1970 年代にかけて、航空機メーカーはデジタル テクノロジーを使用した自動化を模索していました。研究によると、事故の大部分は機械的エラーではなく人的エラーによって引き起こされているため、自動化とオートパイロットのさらなる開発が航空旅行をより安全にする方法とみなされていました。

写真：スティーブ・フィッツジェラルド |ウィキメディア・コモンズ

オートランドシステムが登場し始めた時期でもある。自動操縦システムや ILS など、他のいくつかのコックピット補助装置の存在に基づいて、自動着陸技術は BEA のホーカー シドレー トライデント艦隊が最初に使用する前に軍用機に初めて導入され、その直後に別の早期採用者として Sud Aviation Caravelle が続きました。

写真：リチャード・ヴァンダーボード |ウィキメディア・コモンズ

現代の飛行制御システム

今日に遡ると、現代のフライバイワイヤー航空機には、航空機の自動飛行制御システム (AFCS) の一部を構成する高度な自動操縦機能が備わっています。 AFCS は高速プロセッサを使用して、ジャイロスコープ、高度計、コンパス、対気速度計、加速度計、GPS、慣性基準装置などの多数のデータ ソースを解釈します。

しかし、自動操縦システムは安全を完全に保証するものではなく、場合によっては事故を引き起こすこともあります。おそらく最も悪名高いのは、2009年に大西洋中部に墜落し、乗客乗員228人全員が死亡したリオデジャネイロ発パリ行きエールフランス447便だろう。

事故報告書では、航空機の対気速度測定値に一時的な不一致があり、おそらく氷の結晶が航空機のピトー管を妨害したことが原因で、オートパイロットが切断されたことが判明した。乗組員は誤って反応し、コミュニケーションの誤りにより航空機は空力失速に陥りましたが、パイロットは回復できませんでした。

写真：パヴェル・キェシュコウスキーウィキメディア・コモンズ

ジャーナリストで元パイロットのウィリアム・ランゲヴィーシェは後に次のように書いています。

「民間機の操縦は自動化されたプロセスになっており、447便のパイロットは緊急時に自動操縦を引き継ぐのに必要な経験を持っていなかった。簡単に言うと、自動化により、一般の航空会社のパイロットが飛行中に生々しい危機に直面する可能性はますます低くなったが、そのような危機が発生した場合に対処できる可能性もますます低くなった。」

自動化と自律性の向上に向けて

しかし、そのような事故は非常にまれであり、明らかなことは、民間航空機がこれまで以上の自動化、さらには自律化に向かって進んでいることです。

例としてはエアバス社の自動運転タクシー、離陸・着陸 (ATTOL)プロジェクト。 2018 年 6 月に発足した ATTOL の目標は、完全な自動運転を実現することではなく、材料、電動化、接続などの分野で他のイノベーションと並行して自動運転技術を探求することです。

エアバスは次のように述べています。

「自律技術が飛行運用と全体的な航空機の性能を向上させるためには、パイロットが引き続き運用の中心となるでしょう。自律技術はパイロットをサポートする上で最も重要であり、パイロットが航空機の運用よりも戦略的な意思決定とミッション管理に集中できるようになります。」

プロジェクトの重要なマイルストーンの 1 つは、エアバスが成功した 2020 年 1 月に達成されました。初の完全自動視覚ベース離陸トゥールーズ・ブラニャック空港でエアバスA350-1000試験機を使用。

この自動離陸は ILS に依存するのではなく、航空機に直接インストールされた画像認識技術によって可能になったため、ビジョンベースと呼ばれています。

エンブラエルとエアバスによるこれらのイノベーションを考慮すると、自動操縦システムが 110 年前の技術である一方で、民間航空の将来にもたらす可能性がまだたくさんあることは明らかです。