Автопилот: Часть 3: Электроника

В заключение темы про автопилоты, сегодня рассмотрим современные электронные системы управления катером или яхтой. На первый взгляд все просто и одинаково на всех лодках, только панели и кнопочки разного цвета, но это только кажется, внизу все может быть очень даже по разному.

Комплексная система автоматического управления судном состоит как правило из следующих компонентов: компас, электронный блок, привод руля, указатель положения руля и панель управления автопилота. Соединение стандартных и дополнительных элементов системы производится по специальному протоколу передачи данных, каждый крупный производитель продвигает свой протокол и провода. Наиболее известные протоколы: NMEA 0183, NMEA 2000, SeaTalk, SimNet, FastNet, NavNet, FDX.

Стандартная базовая схема комплекта автопилота выглядит примерно так:

Привод автопилота

Привод автопилота обеспечивает преобразование электрического сигнала от компьютера  в механическое усилие, которое передается на руль. Приводы могут быть на основе электрического мотора или электрической гидравлической помпы. Каждая система имеет свои плюсы и минусы и правильный выбор типа привода зависит нескольких параметров: тип и размер лодки и водоизмещение, так рекомендуют производители автопилотов. Но на самом деле вопрос более глубокий, во первых выбор мощности привода зависит от нагрузки и интенсивности его работы, а это в свою очередь зависит от самой яхты, а не от ее водоизмещения. Если яхта устойчива на курсе, хорошо сбалансирована парусами и имеет достаточную поворотливость, то вероятно выбор привода по рекомендации производителей будет более правильным, но таких лодок в наше время очень немного, большинство мейнстрима страдает плохой управляемостью (устойчивость+поворотливость). Хорошо спроектированная яхта с точки зрения управляемости довольно редкое явление на современном яхтенном рынке.

Вторым момент, который надо учесть, режим работы автопилота, одно дело прибрежное плавание и работа автопилота несколько часов в день, другое дело океанское плавание на попутной волне 24 часа в сутки, это принципиально разные нагрузки на привод.

Важным параметром любого автопилота является расход электроэнергии, в среднем обычный автопилот расходует около 3-4 ампера на сбалансированной парусами лодке, это расход может увеличиваться до 10 ампер в штормовых условиях.

Подключение и выключение привода автопилота обычно делается с помощью электро-магнитного реле (clutch).

Электрический привод

Это наиболее распространенный привод автопилотов, простой в установке и подключении, обеспечивает достаточное усилие и не требует особого обслуживания.

Установку электрического мотора с приводом на штурвал не будем рассматривать, сегодня привод обычно соединяют непосредственно с квадрантом руля или на  отдельный румпель на баллере руля.

Это позволяет иметь возможность использовать автопилот в аварийных случаях, в случае обрыва штур-тросов, если привод от штурвала тросовый.

Стандартный электрический автопилот состоит из мотора, редуктора и червячного штока, для передачи усилия на румпель. Эффективность работы привода  в общем определяется эффективностью преобразования вращательного движения в поступательное.

Удачная конструкция автопилота LD-100 Jefa, где вращение создается безщеточным плоским электромотором и преобразуется в поступательное движение через планетарный редуктор, это позволяет достигнуть эффективность до 70-80% по сравнению с 50% у привода обычного электромотора 12В. Это также уменьшает энергопотребление до 1-2 ампер в нормальных условиях и еще он мало шумный по сравнению в другими моделями. Единственный минус, что несмотря на значительное рабочее усилие до 100 кгс, он рекомендуется для яхт до 40-45 фут. Использую такой автопилот на Soler-35 в разных режимах плавания, никаких замечаний к приводу автопилота нет.

Также есть варианты цепного привода с электромотора в системе тросового привода руля или ременный привод прямо на ось штурвала в кокпите, а также румпельный автопилот, который еще может комбинироваться с ветропилотом, в общем возможны варианты.

Основным недостатком электрических приводов является то, что в редукторах используются пластиковые детали, которые при определенных условиях могут просто сломаться. Также щеточные моторы подвержены износу и коррозии, что уменьшает срок их службы. Электро-магнитный выключатель (clutch) тоже тонкий элемент в системе. Рабочее усилие электроприводов тоже ограничено, поэтому на больших яхтах или рабочих катерах электроприводы используют реже, чем гидравлические. Но по соотношению цена-надежность, электроприводы являются наиболее распространенными на малых судах. На многих яхтах, постоянно бороздящих моря и океаны, автопилоты работаю и по 5 и по 10 лет, но бывает и по другому, гарантий никаких нет.

Гидравлический привод

Это тип привода может обеспечить большее усилие, поэтому используется на яхтах большого размера и моторных катерах.  Эффективность системы ниже, чем электро-механической и составляет около 30%, поэтому и расходуется больше электроэнергии, что критично на небольшой парусной яхте.

Есть два типа системы, с реверсивной помпой и постоянно работающей помпой.

Первый вариант, когда помпа вращается попеременно в обе стороны, по управляющим сигналам автопилота и давление передается на гидравлический цилиндр привода.

Во втором варианте, помпа вращается постоянно и создает постоянное давление в системе, переключение подачи масла производится системой клапанов, которые управляются сигналами от компьютера автопилота.

Вторая система потребляет значительно больше электроэнергии, но считается более надежной, так как мотор работает в постоянном режиме.

Поэтому при установке гидравлического привода на яхту средних размеров до 50фт надо хорошо подумать, чем это обосновано и как это будет в эксплуатации.

Наиболее известной маркой гидравлических приводов является Lecomble & Schmitt, который адаптирован к автопилотам B&G и Simrad.

Электронный блок

Вся работа автопилота базируется на "мозгах" в компьютерном блоке автопилота, это такой-же важный компонент системы как и привод, впрочем и у людей тоже.

А "мозги" у всех разные, как известно не только из электроники. Идет постоянное повышение параметров: быстродействие, чувствительность к качке, точность удержания на курсе, адаптивность и т.д., но нередко "новые" модели просто отличаются коробочкой панели и размером дисплея и кнопочек, а компьютерная начинка все та же, что и 5 лет назад. 

Еще одним элементом автопилота является панель или экран управления. Что отличает внешне хороший автопилот от плохого, при условно одинаковых "мозгах" ?  Большой и четкий экран, крупные и понятные кнопки, а главное логичный и простой интерфейс управления и настройки. Вот тут не у всех производителей получается, более того можно сказать что совсем плохо. Это так же как компьютерных программах, есть программы хорошие, а работать с ними очень непросто из-за отсутствия логики в меню управления, вернее логика она конечно есть, но не для всех пользователей удобна.

В большинстве современных панелей управления,  сенсорной или обычной, чтобы добраться до настройки автопилота под текущие погодные условия надо нажать от 5 до 8 раз на кнопку меню, чтобы добраться до нужной страницы и это самое неудобное в современной электронике.

Производители жестко борются за покупателя, это можно проследить на яхтенных выставках, когда за последние несколько лет практически на большинстве парусных яхтах стандартный Raymarine почти полностью заменился на Navico (B&G и Simrad).

Наиболее известные производители имеют очень условное разделение по сферам применения: Furuno: дорогой, надежный, профессиональное применение. Raymarine: универсальный по использованию, умеренный по цене, наиболее распространен. B&G: удобный, чуть подороже, адаптирован под парусные яхты. 

Другие автопилоты.

Но есть и другие автопилоты, которые в магазинах не продаются и на выставках не презентуют новые модели каждый год, тем не менее много серьезных "дальнобойщиков" - "Blue Water" и опытных яхтсменов пользуются такими приборами много лет и продолжают их устанавливать на свои яхты.

Основное отличие этих дивайсов от магазинных красивых коробочек, что их конструкция неубиваемая, высокая ремонтопригодность, мощный мотор, хорошая адаптивность и исключительная простота настройки под лодку и погоду, всего этого как раз и не хватает магазинным автопилотам.

Вот пару наиболее известных моделей из неизвестных широкой публике:

CPT Autopilot

Американский автопилот был одним из первых на яхтенном рынке и начал выпускаться в далеком 1969 году, три раза меняли имя и даже останавливали производство, но с 2008 года возобновили под именем CPT Autopilots.

Привод ременный напрямую на любой штурвал, установка только протянуть провод питания и привинтить 2 коробки, мотор и управление. Никаких сенсорных панелей, soft-touch и т.д., только рукоятки в стиле милитари, как и 30 лет назад.

WH Autopilot

Этот внешне старомодный ящик с ручками имеет в 3 раза меньше процент отказа по сравнению с его глобальными собратьями. Wil Hamms со своей маленькой компанией из всего 6 человек собирает свои автопилоты уже более 30 лет, каждый автопилот адаптируется под конкретную лодку. При внешней простоте и непрезентабельном виде, автопилот имеет отличные характеристики, благодаря мощному приводу и вручную настраиваемой электроникой.

В дополнению к штатной панели управления автопилотом, для яхтсменов-одиночек очень полезное дополнение пульт дистанционного управления автопилотом, а  когда яхта с рубкой, так это вообще фантастика. Пульт может быть как беспроводным, так и на кабеле, хотя последний может быть мене удобным или старомодным, но зато значительно надежным, без всяких потерей сигнала или экранирования в нужный момент.

В заключении темы автопилотов и ветропилотов, можно с уверенностью сказать, что это самый важный элемент оборудования на океанской яхте с малым экипажем. Поэтому надо с пониманием вопроса подходить при выборе автопилота для своей яхты, с учетом всех особенностей своей лодки и планируемого режима плавания.

Надеюсь мой краткий обзор систем автоматичского управления яхтой поможет вам сделать правильный выбор.

Вдальнейшем планирую написать небольшой обзор по парусному вооружению океанской круизной яхты, в контексте моего нового проекта M45 SOLID.

Счастливого плавания !