Autopilot und FMC
Lektion 1: Historisch
Wir kümmern uns erstmal um das Verständnis dessen, wie sich das System Autopilot entwickelt hat. Auf diese Weise kann man besser verstehen, wie der Autopilot funktioniert und was man erwarten darf, wenn man ihn einschaltet.
Der Autopilot war anfangs nur dazu gedacht, den Flugzustand zu halten (also geradeaus zu fliegen). Dafür braucht er eigentlich nur zwei Kanäle, die er steuert: Das Querruder und das Höhenruder.
Das Seitenruder ist eher nicht so wichtig, da das Flugzeug bei hoher Geschwindigkeit nicht so sehr auf ein sauberes Kurvenfliegen angewiesen ist wie ein Segelflugzeug. Nicht zuletzt zieht auch der Motor um die Kurve und ersetzt somit ein wenig die Funktion des Seitenruders im Reiseflug.
Auch die Kontrolle des Schubes ist nicht erforderlich - schließlich reicht es hier, wenn man den Hebel in eine vernünftige Position stellt und ab und zu überprüft, ob man beschleunigt.
Die ersten Autopiloten hatten also nur zwei Kanäle. Diese Kanäle wurden in verschiedenen Flugzeugen unterschiedlich umgesetzt. In der DC-3 zum Beispiel hängt die Querruderfunktion vom Kurs ab. Das heißt, dass man einen Kurs anwählt und der Autopilot diesen hält - mit Hilfe des Querruders. Will man eine Kurve fliegen, muss man eben den angewählten Kurs ändern. Dieser Kurs wird eigentlich immer mit HDG (Heading) beschriftet und kann per Drehschalter eingegeben werden. Bei der DC3 dreht sich dabei ein zweiter Kompassring direkt über dem normalen Kompass auf den gewünschten Kurs. Der Autopilot hält dann also immer die beiden Kompasshälften in Deckung.
In neueren Flugzeugen dagegen ist der Kurs als Zahl in einem kleinen Display zu sehen - außerdem dreht sich eine Markierung auf dem Hauptkompass (HSI) entsprechend.
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Markiert sind jeweils die Drehschalter zum Wählen des Kurses und die Markierungen auf dem Kompass.
In anderen Maschinen (in russischen bis vor wenigen Jahrzehnten) wurde eine andere Philosophie umgesetzt: Der Autopilot flog immer geradeaus und wenn eine Kurve zu fliegen war, drehte man an einem Wählknopf, über den man eine bestimmte Querneigung wählte. In dieser Querneigung flog das Flugzeug dann dauerhaft weiter, bis man den Knopf wieder in die Mitte drehte.
Beim zweiten Kanal gilt ähnliches: Während man bei den meisten Flugzeugen (hat sich auch durchgesetzt) die gewünschte Flughöhe einstellt, die der Autopilot dann ansteuert und beibehält, gibt es Flugzeuge, bei denen man nur die Steig- bzw. Sinkrate wählt. Will man also auf 13000ft steigen und die Höhe beibehalten, so wählt man eine gewisse Setigrate an und muss aufpassen, wann die 13000ft erreicht sind. In diesem Moment wählt man dann die Steigrate von Null und das Flugzeug hält dann die Höhe. Nachteil ist aber zum Beispiel, dass bei einer Änderung des Luftdrucks der Höhenmesser angepasst wird, der Autopilot aber nicht reagiert, weil er einfach die Steigrate von Null beibehält.
Insgesamt hat sich das Wählen von Konkreten Werten (Kurs/Höhe) durchgesetzt, weil man damit nicht über die Zielhöhe oder den Zielkurs hinausschießt und wieder korrigieren muss. Bei der Wahl von Steig-/Sindkrate bzw. Querneigung muss man nämlich beim Ausleiten des Steig-/Sinkfluges bzw. der Kurve immer abschätzen und kurz vor Erreichen der Zielhöhe bzw. des Zielkurses Null anwählen.
Wie funktionieren also diese beiden Funktionen in heutigen Flugzeugen?
Man schaltet zunächst den Autopiloten an. Meist gibt es dafür einen Schalter "AP" bzw. in neueren Jets auch CMD A und CMD B (bei mehreren Autopiloten). Beim Einschalten wird der Autopilot meist im Modus "ALT" und "LVL" sein. Das heißt, dass die gewählte Höhe angesteuert wird (welche Höhe eben gerade eingestellt ist) und das Flugzeug geradeaus fliegt (LVL heißt Tragflächen auf einem Level - also in Waage). Man sollte das wissen, damit man z. B. unbeabsichtigtes Sinken durch eine falsch eingestellte Höhe verhindert!
Nun kann man in den Modus HDG wechseln und hat das Flugzeug nun über die Veränderung des gewählten Kurses und der gewählten Höhe voll unter Kontrolle.
Die modernen Autopiloten haben eigentlich alle auch einen dritten Kanal: Die automatische Schubkontrolle. Diese wird aber unabhängig vom Autopilot-Hauptschalter (AP oder CMD) mit dem Schalter AT (Auto Throttle) ein- und ausgeschaltet. Verfügt das Flugzeug über eine automatische Schubkontrolle, schaltet man diese ein, nachdem man den entsprechenden Wert "IAS" (Indicated Air Speed) oder "SPEED" eingestellt hat.
Nun sollte jeder mit diesen Funktionen etwas herumspielen. Man beachte, dass nicht alle Flugzeuge mit einer automatischen Schubkontrolle ausgestattet sind. Außerdem lassen sich alle Funktionen in modernen Jets auch mit dem FMC kontrollieren, was aber erst später zum Thema wird.
Nun noch ein Wort zum vierten denkbaren Kanal: Das Seitenruder wird von den meisten Autopiloten nicht gesteuert. Eine Kurve lässt sich bei angetriebenen Flugzeugen im Reiseflug auch per Querruder und Höhenruderunterstützung fliegen. Das Höhenruder wird automatisch nach oben gezogen, wenn eine Kurve geflogen wird, weil der Autopilot die Höhe halten will, der Auftrieb aber bei einer Kurve abnimmt (Teil des Auftriebs wird zum Umlenken des Flugzeugs "verbraucht").
So kommt es, dass mir nur wenige Flugzeuge mit tatsächlich einzeln zu steuerndem Seitenruderkanal bekannt sind. Als Beispiel nenne ich mal die IL-62.
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