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Der Autopilot ermittelt Abweichungen eines Flugzeuges von einem vorher gewählten Flugplan und gibt korrigierende Steuersignale an Querruder, Höhenruder und Seitenruder. Ein vertikaler Kreisel ermittelt Änderungen in der Längsneigung, und ein Richtungskreisel ermittelt Änderungen der Flugrichtung. Die Höhe wird von Drucksensoren ermittelt. Die Geschwindigkeit, mit der diese Änderungen vor sich gehen, wird mit Geschwindigkeitskreiseln oder Beschleunigungsmessern bestimmt. Die Kombination von Veränderung (wie viel) und Geschwindigkeit (wie schnell) liefert einen sehr präzisen Hinweis auf die erforderliche Reaktion. Die Kreisel senden elektrische Signale an einen Computer, der sie verbindet und verstärkt. Der Computer sendet dann Korrektursignale an Servomotoren, die mit den Steuereinrichtungen des Flugzeuges verbunden sind und die Bewegungen ausführen, die die gewünschte Reaktion auslösen (siehe Stellantrieb).

Eine Steuereinrichtung des Autopiloten, die an den Computer angeschlossen ist, ermöglicht der Besatzung, manuelle Flugmanöver wie Wenden, Steigflug und Sinkflug auszuführen. Nach Wahl des Piloten können weitere Navigations- und Funkhilfen mit dem Autopiloten verbunden werden, um die automatische Navigation zu ermöglichen. Diese umfassen Trägheitsnavigationssysteme, Doppler-Radarnavigationssysteme und Funkfeuer. Strahlen, wie sie bei der Instrumentenlandung (ILS = instrument landing systems) verwendet werden, sind in Landebahnen installiert und können auch mit dem Autopiloten verbunden werden. Bei schlechter Sicht bringt das ILS in Verbindung mit dem Autopiloten das Flugzeug automatisch auf den gewünschten Gleitweg und auf die Landebahn. Siehe Flugverkehrskontrolle; Navigation.