姿勢指示器

姿勢指示器（AI ）は、以前はジャイロホライズンまたは人工水平線と呼ばれていましたが、地球の地平線に対する航空機の向きをパイロットに知らせ、最小の向きの変化を即座に表示する飛行計器です。ミニチュアの航空機と地平線バーは、実際の地平線に対する航空機の関係を模倣しています。^{[1] [2]これは}計器気象条件での飛行のための主要な計器です。^{[3] [4]}

姿勢は常に度 (°) 単位でユーザーに表示されます。ただし、科学者やエンジニアはラジアンでの作業を好むため、センサー、データ、計算などの内部処理では度とラジアンが混在して使用されることがあります。

航空の出現以前は、人工水平線が天体航法に使用されていました。ジャイロスコープやコマをベースにしたこのような装置の提案は、ジョン・サーソンの研究を含め、1740年代にまで遡ります。 ^{[5]その後の実装は}バブル水平線としても知られ、バブルレベルをベースに六分儀に取り付けられました。^{[6] 2010年代には、液体水銀を使用した人工水平線の残骸が}HMSエレバスの残骸から回収されました。^[7]

AI の重要な構成要素には、地平線を基準に飛行しているように見える、象徴的な小型航空機が搭載されています。パイロットの視線を考慮した調整ノブで、航空機を上下に動かして地平線バーに合わせます。計器の上半分は空を表す青色で、下半分は地面を表す茶色です。上部のバンク インデックスは、航空機のバンク角を示します。中央の参照線は、地平線に対するピッチの度合い (上下) を示します。^{[2] [1]}

ロシア製の航空機のほとんどは、多少異なるデザインをしています。背景の表示は西側の計器と同じように色付きですが、上下に動くのはピッチを表示するときだけです。航空機を表すシンボル（西側の計器では固定されています）は、バンク角を示すために左または右に回転します。^[8]西側とロシアのシステムのハイブリッド版が提案されており、より直感的になりますが、普及していません。^[9]

AI の心臓部は、電気モーター、または周囲に配置されたローター ベーンに空気流が当たることで高速回転するジャイロスコープ(ジャイロ) です。空気流は、真空ポンプまたはベンチュリによって駆動される真空システムによって供給されます。ベンチュリの最も狭い部分を通過する空気は、ベルヌーイの定理により空気圧が低くなります。ジャイロは二重ジンバルに取り付けられており、ジャイロが垂直に直立したまま、航空機がピッチングとロールを行うことができます。重力によって作動する自己起立機構により、ベアリング摩擦による歳差運動が防止されます。航空機のエンジンが最初に起動した後、起立機構がジャイロを垂直に直立させるまでに数分かかる場合があります。^{[2] [1] [10]}

姿勢指示器には、重力の方向に対して計器を水平に保つ機構がある。^[11]長時間の加速、減速、旋回中、または長距離飛行中に飛行機の下で地面が湾曲しているために、計器のピッチまたはバンクに小さな誤差が生じることがある。まず、姿勢指示器の底部に若干の重りが付いていることが多いため、航空機が地面に停止しているときは水平に垂れ下がり、始動時に水平になる。しかし、いったん始動すると、底部のぶら下がった重りは、水平でない場合は水平に引っ張るのではなく、代わりにその引力によってジャイロが歳差運動をする。動作中にジャイロが重力の方向に非常にゆっくりと向くように、一般的な真空駆動ジャイロには、ローターケースに空気穴を部分的に覆う小さな振り子が付いている。ジャイロが重力の方向に対して水平でない場合、振り子は重力の方向に揺れ、穴を覆ったり開いたりして、穴から空気が噴出したり、噴出したりしないようにし、それによってジャイロを重力の方向に向けるための小さな力を加えます。電気で動くジャイロは、同様の効果を得るために異なるメカニズムを持っている可能性があります。^[12]

古いAIは許容できるピッチやロールの量に制限がありました。これらの制限を超えると、ジャイロハウジングがジンバルに接触してジャイロが回転し、歳差運動が発生します。これを防ぐには、ピッチが60°を超え、ロールが100°を超えた場合にジャイロをロックするケージ機構が必要でした。現代のAIにはこの制限がないため、ケージ機構は必要ありません。^{[2] [1]}

姿勢指示器は有人宇宙船でも使用されており、フライトディレクター姿勢指示器（FDAI）と呼ばれ、慣性計測装置（IMU）からの固定空間慣性基準フレームに対する機体のヨー角（機首の左右）、ピッチ角（機首の上下）、ロール、軌道を示します。 ^[13] FDAIは、地球や星に対する既知の位置を使用するように構成できるため、エンジニア、科学者、宇宙飛行士は、機体の相対的な位置、姿勢、軌道を伝達できます。^{[14] [15]}

姿勢方位基準システム（AHRS）は、リングレーザージャイロスコープに基づく3軸情報を提供することができ、その情報は「グラスコックピット」のプライマリフライトディスプレイ（PFD ）など、航空機内の複数のデバイスと共有できます。現代のAHRSは、回転ジャイロスコープを使用する代わりに、ソリッドステートエレクトロニクス、低コストの慣性センサー、レートジャイロ、および磁力計を使用します。^{[2] ：8–20  [1] ：5–22}

ほとんどのAHRSシステムでは、航空機のAIが故障した場合、計器盤の中央にスタンバイAIがあり、対気速度計や高度計などの他のスタンバイ基本計器も利用できます。これらのほとんどが機械式のスタンバイ計器は、電子飛行計器が故障しても引き続き使用できますが、スタンバイ姿勢指示器は電気的に駆動される場合があり、電源が失われるとすぐに故障します。^[16]

姿勢方向指示器 (ADI) またはフライト ディレクター インジケーター (FDI) は、フライト ディレクター システム (FDS) と統合された AI です。ADI には、AHRS などのナビゲーション システムから情報を受信し、この情報を処理してパイロットに 3D 飛行軌道キューを提供して希望の経路を維持するコンピューターが組み込まれています。キューは V ステアリング バーの形をとります。航空機はデルタ記号で表され、パイロットはデルタ記号が V ステアリング バー内に配置されるように航空機を操縦します。^{[1] : 5–23、5–24}

• 航空電子工学における頭字語と略語
• エア・インディア855便
• 大韓航空貨物便8509便
• 周辺視野水平表示（PVHD）
• ターンアンドスリップインジケーター

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