مکانیک پرواز و کنترل وسایل پرنده

برای مثال وقتی در خانه بر روی مبل نشسته و کانال‌های تلویزیون را عوض می‌کنید از وسیله‌ای به نام کنترل برای این کار استفاده می‌کنید، در واقع شما توسط این وسیله تلویزیون خود را کنترل می‌کنید. زمانی که یک کودک به وسیله یک ریموت ساده ، هواپیما و یا ماشین اسباب‌بازی خود را کنترل می‌کند در واقع  او به دنبال رساندن ماشین و یا هواپیمای خود به یک نقطه‌ی خاص و یا به دنبال انجام یک حرکت یا مانور توسط آن ریموت می‌باشد. در دو مثال گفته شده شما خواسته یا ناخواسته از یک سیستم کنترلی استفاده کرده‌اید؛ اما به راستی ماهیت آن چیست و یک سیستم کنترلی چگونه کار می‌کند ؟ اجازه دهید تا کمی دقیق‌تر شویم. حتما برایتان پیش آمده که دمای کولر‌گازی خانه و یا ماشینتان را بر روی عددی دلخواه تنظیم کرده‌اید و یا دمای داخل یخچال و فریزر را روی عدد خاصی قرار داده‌اید. بله، در واقع شما با این کار از یک لوپ کنترلی (حلقه‌ کنترلی) که برای کولر، یخچال، فریزر و یا هر وسیله دیگر تعریف شده‌است استفاده کرده‌اید برای روشن‌تر شدن موضوع سیستم کنترل تهویه مطبوع را برای شما شرح می‌دهیم. وقتی شما دمای داخل اتاق را روی دمای دلخواه که مثلاً ۲۱ درجه سانتیگراد است تنظیم می‌کنید و برای نمونه دمای اتاق 18 درجه سانتیگراد است، دستگاه تهویه شروع به فعالیت می‌کند و دمای اتاق که کمتر از دمای مطلوب است را بالا می‌برد. وقتی حسگرها دمای اتاق را ۲۱ درجه اندازه‌گیری می‌کنند آنگاه دستوری از سیستم کنترل به دستگاه تهویه می‌رسد که آن را خاموش کند و بلافاصله پس از کم شدن دما باز سیستم تهویه روشن می‌شود. این روند بارها و بارها تکرار شده و دمای داخلی اتاق طبق دمای مطلوب ما نوسان می‌کند. خب حالا شاید کمی برایتان موضوع سیستم کنترل روشن شده باشد. در یک تعریف مهندسی‌تر کنترل به ما اجازه می‌دهد تا دما، مقدار نور، میزان صوت و... یا به عبارتی هر ورودی دلخواه خود را با استفاده از مجموعه‌ای از روش‌های کنترلی مهندسی به مقدار خروجی برسانیم. سیستم کنترلی در اصل یک حلقه است که مقدار خروجی یک سیستم پس از اندازه‌گیری توسط سنسورها با مقدار ورودی یا همان دلخواه ما مقایسه می‌شود و مقدار خطا به دست می‌آید؛ این مقدار خطا توسط روش‌های کنترلی کاهش یافته و دوباره به درون سیستم می‌رود تا نهایتاً خروجی دلخواه ما حاصل شود.

همانطور که می‌دانید نحوه­ی پرواز هواپیما به صورتی که ما می‌خواهیم (آنچه که مطلوب ماموریت پرنده می‌باشد) می‌تواند بسیار حائز اهمیت باشد؛ از این رو سیستم‌های کنترلی در پرواز هواپیماها و به طور کلی وسایل پرنده هم نمود پیدا کرده‌است. فرض کنید که می‌خواهیم یک هواپیما را در مسیر خودش کاملا پایدار نگه داریم به‌طوری که محور طولی هواپیما با راستای افق زاویه صفر درجه را داشته باشد و یا اینکه می‌خواهیم یک موشک، دقیقا بر روی یک مسیر از پیش تعیین شده حرکت کند و یا یک پهپاد با زاویه‌ای مشخص یک مسیر دایره‌ای شکل را دور بزند همه این کارها توسط سیستم کنترلی انجام می‌شود . برای فهم بهتر موضوع مثال اول را که قرار بود زاویه­ی بین محور طولی هواپیما با راستای افق زاویه­ صفر داشته باشد را در نظر بگیرید؛ در این هواپیما سیستم کنترل با حرکت دادن مشخص، دقیق و از پیش تعیین شده سطوح کنترلی هواپیما می‌تواند خروجی نهایی که در واقع صفر بودن زاویه بین محور طولی هواپیما و محور افق است را حاصل کند، با تعمیم دادن این سیستم کنترلی به وسایل دیگر می‌توان موشک، هواپیما، هلیکوپتر، فضاپیما و یا هر وسیله پرنده دیگر را حول پارامتر مورد نظرمان کنترل نماییم. ناوبری و هدایت هواپیماها هم نتیجه داشتن کنترل بر روی پرنده مورد نظر می‌باشد.  در ادامه این روند تکاملی سیستم‌های کنترلی، روش‌های مختلف طراحی مسیر و روش‌های مختلف دنبال نمودن مسیر توسط وسیله پرنده به وجود آمده‌اند. امروزه سیستم کنترل به ما کمک می‌کند تا هواپیما ما برای پرواز از مبدا به مقصد با حرکت دقیق خود بر روی مسیر از پیش تعیین شده و با مصرف کم‌ترین مقدار سوخت بتواند با بهینه‌ترین حالت ممکن این مسیر را طی کند. در صنعت هوافضا با مدل‌سازی دینامیکی که همان مدل‌سازی ریاضی و فیزیکی وسیله پرنده می‌باشد می‌توان به درک درستی از رفتار پرنده مورد نظر تحت ورودی‌های مختلف رسید و با اعمال الگوریتم های مختلف کنترلی به خروجی مورد انتظار برای نیل به این هدف دست یافت.