L’aviateur automatique, également appelé pilote automatique, ou autohelmsman, gadget permettant de gérer un avion ou tout autre véhicule sans intervention humaine constante. Les tout premiers pilotes automatiques d’avion pouvaient tout au plus maintenir un avion en vol rectiligne et horizontal en contrôlant les mouvements de tangage, de lacet et de roulis ; et ils sont généralement utilisés pour faciliter les déplacements de routine de l’aviateur. Les pilotes automatiques contemporains peuvent néanmoins effectuer des manœuvres ou des plans de vol complexes, amener les avions dans des voies de stratégie et d’obtention, ou rendre possible le contrôle d’un avion intrinsèquement instable (comme certains avions supersoniques) et de ceux capables de décoller et d’obtenir un vol vertical. Les pilotes automatiques peuvent également être utilisés pour guider des navires de surface, des sous-marins, des torpilles, des missiles, des fusées et des engins spatiaux. Les pilotes automatiques se composent de quatre éléments principaux : (1) une source d’instructions de pilotage (comme un programme de guidage informatisé ou un récepteur stéréo), (2) des détecteurs de mouvement et de position (comme des gyroscopes, des accéléromètres, des altimètres et des anémomètres), (3) un ordinateur qui compare les paramètres spécifiques du système d’assistance avec la position et le mouvement réels de l’avion, et (4) des servomoteurs qui actionnent les moteurs et les surfaces de contrôle de l’appareil pour modifier son vol en ligne lorsque des modifications sont nécessaires. Les pilotes automatiques pour les avions pilotés sont conçus comme des systèmes à sécurité intégrée, c’est-à-dire qu’aucun dysfonctionnement du pilote automatique ne peut empêcher l’utilisation efficace de la commande manuelle. Les accélérations excessives sont évitées par l’aviateur automatique grâce à ses nombreuses boucles de rétroaction. L’approche et l’atterrissage automatisés utilisent des faisceaux de micro-ondes qui sont ciblés depuis la piste et obtenus à bord de l’avion par des récepteurs appropriés. Utilisés à bord des vaisseaux spatiaux, les systèmes automatiques de stabilisation et de contrôle de l’esprit compensent les perturbations mineures provoquées par les micrométéorites, la pression des rayons du soleil et les petites irrégularités des zones gravitationnelles des corps planétaires proches. Au lieu des surfaces aérodynamiques utilisées par les automobiles dans l’atmosphère terrestre, les pilotes automatiques des vaisseaux spatiaux gèrent l’orientation au moyen de jets de réaction, d’électro-aimants qui se couplent aux zones magnétiques planétaires ou de gyroscopes. Un avion en vol de ligne non accéléré en palier direct subit quatre forces. (En vol de ligne tournant, plongeant ou ascendant, des causes supplémentaires entrent en jeu). Il s’agit de la portance, une force agissant vers le haut, de la traction, une pression retardant le potentiel de la portance et du frottement de l’avion se déplaçant dans l’air, du poids, l’effet descendant de la gravité sur l’avion, et de la poussée, la force agissant vers l’avant fournie par le système de propulsion (ou, lorsqu’il s’agit d’un avion non motorisé, par l’utilisation des forces gravitationnelles pour transformer l’altitude en vitesse). La traînée et le poids sont des éléments intégrés à tout objet, tel qu’un avion. La portance et la poussée sont des éléments développés artificiellement et créés pour permettre à un avion de voler. Pour comprendre la portance, il faut d’abord comprendre ce qu’est un profil aérodynamique, c’est-à-dire une structure conçue pour obtenir une réponse sur sa surface de l’air qu’elle déplace. Les premiers profils n’avaient généralement rien de plus qu’une surface supérieure plutôt incurvée et une surface inférieure plate. Au fil des ans, les profils aérodynamiques ont déjà été adaptés pour répondre à l’évolution des besoins. Dans les années 1920, les profils aérodynamiques présentaient généralement une surface supérieure incurvée, la meilleure élévation étant atteinte dans le premier tiers de la corde (largeur). Au fil du temps, chaque zone supérieure et inférieure a été incurvée vers un niveau meilleur ou plus bas, pilote d’avion et la zone la plus épaisse du profil aérodynamique s’est régulièrement déplacée vers l’arrière. À mesure que les vitesses augmentaient, il devenait nécessaire d’avoir un passage d’air vraiment lisse à la surface, ce qui était obtenu dans le profil à flux laminaire, où la cambrure était plus en arrière que ce qu’exigeait la pratique contemporaine. Les avions supersoniques ont nécessité des changements beaucoup plus extrêmes dans la conception des profils, certains abandonnant la rondeur précédemment associée à une aile et obtenant une forme à double tranchant.