Aviónica Aviónica - ramos on

Aviónica
instrumentos, lo implica un stress excesivo en los
tripulantes.
Aviónica: Interfase entre el avión y el piloto.
Superposición de sistemas.
Medio: Panel de instrumentos.
Comandos de vuelo: permiten evolucionar respecto al
centro de gravedad, con ellos se pilotea el avión. La
fuerza del piloto se traspasa a la superficie de control de
vuelo mediante la fuerza mecánica.
Aviónica Clásica de Primera Generación: (1950)
1960 - Piloto Automático: logra mantener una altitud,
puede montar el avión, pero nunca realizar una gestión
completa de vuelo automático, jamás se pensaba en ese
tiempo en un aterrizaje automático.
B-707: (1958; primer avión comercial con motores a
reacción; Cóndor y Águila (reabastece los aviones en
vuelo, tiene un instrumento en el techo, ya que volaban
por sextante) de la FACH)
Capitán y Primer oficial: computadores qcentrales que
interpretan la información entregada por el panel de
instrumentos.
Ingeniero de vuelo: quien chequeaba el panel posterior
donde se controlaban todos los sistemas del avión, ya
que no se podían instalar todos los instrumentos en el
panel frontal.
Vuelo visual: a baja altura, mirando el exterior. Este
avión no requiere tren de aterrizaje retráctil. No requiere
sistema de presurización.
Vuelo por instrumentos: sin mirar al exterior, permite
viajar más alto. Requiere mayor cantidad de
Una tripulación estresada, derivaba en reacciones
erróneas, las cuales terminan en grandes catástrofes.
Hoy en día, al tener una falla, el sistema sigue
funcionando, se puede perder un función, bajando el
nivel, pero no el sistema completo. En ese tiempo,
cualquier falla, provocaba la pérdida del sistema
completo y consigo del avión.
Aviónica de Segunda Generación: (1980)
Crisis del petróleo, aparición de los computadores, entre
otras alteraciones, dan a conocer la idea de “eficiencia”
en aviación. En este época, los operadores se
acomodaban a las características del avión comprado,
ahora el operador entrega las condiciones y
características necesarias que tiene que tener un avión,
para ser adquirido.
Cabina A-340:
6 pantallas multifunción, con colores distintivos para
cada alerta. Estas no requieren mayor interpretación.
PFD (primary flight display) y ND (navigation display)
tienen toda la información necesaria.
El ND tiene formato distinto entre la pantalla del capitán y
la del primer oficial.
Se pueden intercambiar pantallas, en caso de que se
queme un dispositivo.
Posee instrumentos STAND BY, que permiten volar de
forma clásica, en caso de que falle el sistema
electrónico. Los aviones más modernos poseen UN
SOLO INSTRUMENTO STAND BY.
La cabina se encuentra oscura, sólo se enciende en
caso de alguna falla (color ámbar o rojo). Tiene sensores
de luminosidad, por lo tanto al entrar a las nubes se
oscurece la cabina, encendiendo el panel de control y al
salir se apaga el panel.
Panel superior: altitud, velocidad, visión del avión desde
atrás y desde arriba, parámetros de motor, temperaturas
involucradas, mensajes de mantenimiento, sistema
hidráulico, sistema de combustible.
Panel central (entre el capitán y el primer oficial): central
de comunicaciones y control de motores.
Técnicas de visualización: tubo de rayos catódicos, LCD
(lo que más se utiliza debido a su bajo peso y a su
confiabilidad).
Se implementa el concepto de “NEED TO KNOW”. Al
piloto sólo se le informa lo que necesita, el resto de la
información, el avión la distribuye según corresponda ya
sea a mantenimiento, al operador del avión etc.
Se implementa la energía eléctrica, cambiando ciertos
instrumentos hidráulicos, ya que esto permite mover
cables, que son más livianos, teniendo una mayor
velocidad de reacción
El sistema no es capaz de tomar las decisiones por si
sólo, es el piloto quien cierra el círculo, autorizando o
rechazando una gestión de cambio realizada
previamente por el avión.
Hoy en día, los A-737-500-700, A-340, A-320, trabajan
solos, o sea todo lo hace el sistema, sin necesitar la
aprobación del piloto.
Pantallas multifunción: HUD (Head up display), HDD
(Head down display). El primero permite aterrizar vía ILS,
mirando los datos del instrumento y mirando el esquema
que entrega la pantalla. (Airbus – Lan no lo tiene
incorporado)
Desarrollo del concepto FFCC (forward facing crew
cockpit): la información está al frente, no más
información en la espalda.
En el A-320, hay un panel de fusibles en la parte
posterior, pero este sólo sirve para las acciones de
mantenimiento posteriores al vuelo. Con este concepto
de “información hacia delante”, el ingeniero de vuelo se
queda sin trabajo reduciendo la tripulación de cabina a
dos personas.
ARINC 429: Protocolo de transmisión de información
dentro del avión: Posee tecnología de los años 50, por lo
tanto tiene bastantes ineficiencias.
Generación de los LRU (line replacement unit): sistemas
aislados que permiten el reemplazo en línea, es decir, se
cambia la caja que pertenece al sistema que presenta la
falla y se realiza una prueba, sin la necesidad de un
mantenimiento exhaustivo, permitiendo que el avión
despegue minutos después de haber efectuado el
cambio de unidad. (F-16, sólo requiere un stock grande
de repuestos, pero no requiere un set de mantenimiento
estable)
Aviónica de Tercera Generación:
No hay aviones de pasajeros en uso de esta generación.
A-380 (A-3XX) – Inicio de prototipo en 1997.
B-787 (B-7E7) -- Inicio de prototipo en 2002.
El primer avión de pasajeros de esta generación será el
Boeing 787 Dreamliner, que debería entrar en
funcionamiento el 2008.
La aviación militar se mueve mucho más rápido que la
comercial, debido a que esta ultima, requiere aprobar un
sin numero de normas y regulaciones, para poder lanzar
un nuevo prototipo de aeronave.
Se caracteriza por la automatización prácticamente total
de los sistemas, dejando al piloto de lado.
Rafale: Todos los sistemas están unidos, puede
reconfigurarse y tomar decisiones sin el piloto, dejándolo
de lado.
Aviones inestables: altamente maniobrable, superficies
muy rápidas de reacción. El piloto no es capaz de volarlo
de forma manual, por lo tanto en caso de falla, el piloto
no es capaz de aterrizarlo.
El software, logra optimizar el vuelo, observando todos
los parámetros de diseño avión, llevándolo al máximo.
Con esto, se cuida la estructura del avión, ya que
aunque el piloto quiera efectuar alguna maniobra
excesiva en términos de carga estructural, el sistema
computacional no lo permitirá, dejando sin acción la labor
del piloto. (Aviones militares – exceso de “G”, al realizar
ciertos giros).
Un Airbus, controla las maniobras del piloto; por ejemplo
si en una aproximación ILS, el sistema se da cuenta de
que el tren de aterrizaje no ha descendido, este cancela
la aproximación, siguiendo de largo, un 737 aterrizaría
sin tren de aterrizaje.
Se eliminan la interacción PILOTO-SISTEMA, mediante:
Mayor cantidad de redundancias, lo que implica la
tenencia de más computadores destinados al control de
un mismo sistema. Estos son de distintos fabricantes y
tienen distintos tipos de softwares. La falla de un
computador, no provoca la fallas de los otros.
Se redistribuyen las funciones en caso de fallas,
las funciones del sistema que falló, son adquiridas por el
resto de los sistemas. (Airbus, bota las condiciones en
falla, y empieza a funcionar en sistema manual)
Tolerancia a las fallas – FAIL SAFE – una falla
simple no bota el sistema, falla de voltaje, exceso de
temperatura, entre otras cosas.
Consideración de la falla total de un sistema, que
puede provocar la pérdida de la aeronave. Se dice ¿qué
pasa si pierdo esta función esencial? Y esta falla hace
perder el avión, se le debe poner más redundancias y
mejores sistemas de seguridad para evitar así, la pérdida
del avión.
El punto débil de los Airbus, es el sistema eléctrico, la
falla de este, puede provocar la perdida del avión.
Debido a esto, los ingenieros dispusieron 5 fuentes
independientes de electricidad:
- un generador por cada motor (2 motores)
- un generador en el APU (motor de la cola)
- batería (30 [min] de vuelo)
- Rack (eoliana bajo el ala)
Aparece el concepto de IMA (aviónica modular
integrada), mediante módulos de LRU y LRM (estructura
con tarjetas para cada sistema, que pueden ser
intercambiados en cualquier momento).
FFCC:
Pantallas multifunción:
o PFD (info. básica de vuelo).
o ND (info. de navegación).
o E-CAMS.
Proyección de la cabina del B-787:
- Panel de sobre cabeza mucho más sencillo, en
términos de interruptores.
- HUD, para aterrizajes vía ILS.
- Pantalla del tamaño de la de un notebook
(12*19 [inches]), porque son más comunes y
por lo tanto más baratas. Se le exige a la
empresa ciertas certificaciones. Esto se debe a
que el mercado aeronáutico es muy chico,
para andar pidiendo tamaños especiales de
pantallas.
-
-
-
-
FANS – Future air navigation system -- (el
piloto sólo emite data, no hay conexión pilototierra, todos los parámetros de vuelo llegan a
la torre de control, evitando así errores de
interpretación).
Limpieza de la cabina, en términos de cantidad
de componentes, así hay menos probabilidad
de fallas.
El instrumento STAND BY, es uno solo y tiene
todos los anteriores 5 instrumentos integrados.
Mantiene la columna de control (timón),
rivalidad con Airbus (no hay movilidad de los
controles en caso de giro, aceleración,
procedimiento de montar etc. a diferencia de la
cabina de Boeing).
E- logbook.
Mapa del aeropuerto (movimiento en tierra en
caso de neblina)
RNP: sistema de navegación que permite mantener una
ruta con un ancho de terminado, dando un intervalo de
desviación máximo, hacia cada lado, en caso de viento,
etc. Esto entrega aproximaciones más precisas, rutas
más económicas en términos de gasto de combustible,
etc.
Saltos tecnológicos:
Mecánica – Electromecánica – Electrónica
numérica
Buses de datos: (1960) mecanismos de envío de
información. Parte con una arquitectura militar, que
comprende un cerebro central y sistemas periféricos.
Tiene uniones bi-direccionales y multiplexadas. La
primera corresponde a la circulación de información en
dos sentidos dentro de un mismo cable, la segunda
corresponde a la circulación de numerosa información,
dentro de un mismo cable, etiquetada para cada
destinatario.
Posee una alta frecuencia de transmisión, para haber
sido creado en los años 60 - f = 1[MHz]. Hoy en día
cualquier computador (f = 3000 [MHz]) es mejor que este
sistema.
Se envía la información de a poco, para evitar que el
sistema se de cuenta de que el bus es lento, así la
información va fluyendo más rápidamente, cubriendo la
lentitud del sistema.
Computador central – [cables] - Abonados (periféricos) –
envío de información a los sistemas respectivos, según
la etiqueta que han puesto los periféricos.
Posee un módulo de mantenimiento, el cual está
haciendo pruebas en cada momento, ya que al percibir
que la información que llega no es la misma que la que
sale, se declara en falla.
Aviones Comerciales ARINC 429:
- Baja frecuencia de transmisión más lento que el
anterior.
- Mono-direccionales (walkie talkie)
- Demora en la transmisión.
Comunicaciones:
B-787 ARINC 629:
- Entretenimiento vía wii fi.
- Es multiplexado, se pueden enviar cajas de
información.
- Velocidad = >2.5 [Mbits/s]
- Caja central – 2 cables – Caja de distribución –
Distribución de los cables por sistema.
-Todo el sistema es electrónico.
-Hoy en día está en uso en el B-777, pero no es
sistemas esenciales.
Sonido [Pulso electromagnético, que genera un campo
eléctrico. Esto induce una onda eléctrica, que tiene un
voltaje determinado. Dependiendo de la potencia de
transmisión se determina cuan lejos se llega con la onda]
– Transductor – Antena [emisor]
Antena [receptor] – Transductor – Sonido restituido [es
igual al inicial. Lo único que cambia es la amplitud de la
onda, ya que esta última está atenuada. Para oir el
sonido este debe ser amplificado dentro de emisor]
Softwares:
- Traductores
- Compiladores
Existen comandos de vuelo eléctricos en el A-340 y
B787, la perdida de estos, puede provocar la pérdida del
avión. Debido a esto, se fabrican softwares que permitan
controlar el avión en el caso de perder algún sistema
esencial. (BACK UP)
[Dispersión alta de un producto, implica la falta de
pruebas necesarias, previo al lanzamiento de este.]
Ya no se piensa en comprar cosas para toda la vida, se
busca comprar cosas para utilizarlos al máximo en el
tiempo estimado y luego se cambia.
En la cabina se encuentra la caja de comunicaciones, la
cual se encuentra conectada a la central E and E,
ubicada en la parte delantera de la bodega del avión.
Voice recorder [graba todas las comunicaciones desde,
hacia y en el cockpit] y Flight data recorder [graba la
información que registran los sistemas de todas las
manobras llevadas a cabo]
El transmisor debe tener voltaje alterno (onda
sinusoidal), para poder enviar información.
El tamaño de la antena, es inversamente proporcional a
la frecuencia de transmisión.
Escala temporal (onda en función del tiempo) – hay una
amplitud de onda y una frecuencia determinada.
Escuela secuencial – dependiendo de la amplitud de la
onda, se puede meter más o menos información.
A mayor frecuencia, menor es la longitud de onda, por lo
tanto habrá menos rebote y consigo menos interferencia.
La longitud de onda más grande permite transportar
información con mayor facilidad, ya que esta info. no
interfiere en la estructura de la onda.
OMEGA:
Sistema terrestre, antecesor al GPS. Tenía 7 a 8
estaciones en tierra, las cuales trataban de cubrir el
globo y mediante la propagación de las ondas de alta
potencia, le indicaba la posición a los aviones. Quedó
obsoleto por las grandes antenas que requería y por la
aparición del GPS.
Ondas (tipo de propagación):
-
De tierra: viajan de un punto a otro. Utilizando
la tierra (el campo magnético) como un
conductor. No tiene línea vista, por lo tanto se
utiliza la curvatura de la tierra. Se utilizan en el
mar. (línea ortodrómica, es la distancia mas
corta entre dos puntos en una esfera).
-
De cielo: No hay línea vista. Se hace rebotar la
onda en la ionosfera y en la tierra, para hacerla
llegar al receptor. La utilizan los radioaficionados y los aviones cuando están
volando sobre el mar, en lugares alejados
(Auckland).
-
De espacio: Hay línea vista entre el emisor y
en el receptor, o sea no hay obstáculos de un
lado a otro. Se propaga en línea recta.
Visibilidad radio : D [NM] = 1.23 (h)^1/2 ; h =
[feet]. Es decir, a mayor altura de un avión,
mayor visibilidad radio tendrá con respecto al
receptor de su mensaje.
LF: Gran alcance en onda de tierra. Mejora su alcance
de noche, debido al descenso de la temperatura y
consigo el aumento de la densidad del aire, que favorece
el envío de sonidos.
HF: Son utilizadas por los aviones de pasajeros, ya que
es la única forma de mantener una comunicación,
mediante una onda de cielo, al no tener línea vista.
(Necesidad de HF en Chile en: Isla de Pascua – Punta
Arenas).
La antena HF se ubica en la cola de lo aviones, en el
empenaje, salvo en el B-737-200 que está representada
por un cable, que va desde la cola a la mitad del fuselaje.
El coupler, desarrolla un arreglo matemático, para evitar
la instalación de una antena grande y así poder
favorecer el envío de información, ya que sólo funciona a
cierta potencia.
VHF: 2280 canales de VHF COMM, que es la unidad de
envío de información más utilizada en la
aeronavegación. Utiliza ondas omni-direccionales (360°).
A bordo hay 2 antenas VHF, ya que todos los sistemas
tienen que ser a lo menos duales. Una en la corona
(parte superior del avión) y otra en la parte inferior del
fuselaje.
Los sistemas no diferencian cual es la antena que están
utilizando para transmitir. Se conecta la que tiene la
mejor potencia en el minuto en el cual se quiere enviar
información.
Cell interphone: Permite la comunicación con tierra y a
bordo, de galley a galley.
Selcall: Sistema de 4 letras, cada avión lo tiene. Esto
permite el llamado desde la aerolínea a algún avión, sin
que este esté en la frecuencia de la aerolínea.
Aural warning: Caja de alarmas, ubicada en la cabina
sobre los pedales. Avisa en caso de cualquier
emergencia, ya sea tierra a la vista, incendio en un
motor, entre otras cosas.
ACARS (air communication addressing and reporting
system): el avión transmite mensajes a Tierra en todo
momento., para que en caso de fallas, se puedan tomar
las decisiones mientras el avión está el vuelo.
Descargas estáticas: necesarias para descargar el avión
luego del impacto de rayos. Están en el borde del ala.
Ayudas a la navegación:
VOR (VHF omni-range): medio de comunicación que
posee una antena en tierra que transmite en 360° (marca
la rosa de lo vientos) y que le informa al avión porque
que radial está entrando. Esto se realiza mediante 2
señales: 30 REF (para todos los radiales igual) y 30 VAR
(varía en frecuencia a medida que se va avanzado por la
“rosa de los vientos”). Tiene una señal MORSE que
identifica a cada estación VOR. El 0 de la rosa de los
vientos, está con respecto al norte magnético. La
información aparece en el PFD, ND, Master Caution
(genera un alerta en caso de fallas en el sistema VOR),
en el instrumento STAND BY y en los MCU (interfase de
la conversación piloto – avión).
Las antenas VOR están:
- en la cola
- en la parte de adelante
Los receiver están en:
- compartimiento electrónico.
En base a las estaciones VOR, se hacen las cartas
aeronáuticas.
ADF (automatic direccional finding): los aviones
modernos no lo utilizan mayormente, en Chile es una
obligación ya que la DGAC lo exige. Una estación de
tierra transmite una onda por igual en los 360°, pero en
este caso es el avión determina por donde viene la onda.
A través del “heading” se mide el ángulo por el cual entra
la onda del ADF (se mide hacia la derecha, por donde
entra la onda), así se determina el radial de ingreso.
También tiene una identificación MORSE.
La información aparece en:
- ND
- MC
- MCU
- STAND BY
DME (distance measurement equipment): mide la
distancia oblicua entre el avión y la estación. Se forman
“conos” de medición, respecto a la estación VOR
respectiva. Se mide mediante el rebote de la onda
generada por la estación en tierra y el rebote de esta, en
el avión. El tiempo utilizado en esta trayectoria, permite
determinar la distancia entre la estación y el avión.
Mientras más bajo se vuela, más parecida es la distancia
obtenida, a la terrestre.
La información aparece en:
- PFD
- ND
- MC
- MCU
- Sistemas de alarma.
- STAND BY
ILS (instrumental landing system): permite aterrizajes de
precisión. Existe una senda óptima de descenso, la cual
al ser interceptada permite:
- aterrizar en el eje de la pista
-
aterrizar en los primero 1000 [pie] o 300 [m] de
la pista.
Localizer: plano vertical construido por una antena
ubicada 300 [m] después del cabezal final de la pista.
Este plano cruza la pista, dividiéndola en dos, por el eje
central. [Piloto automático]
Glideslope: plano horizontal levemente inclinado (3°-5°)
generado por dos antenas ubicadas en los primeros 300
[m] de pista. [Autotrotel]
La intersección de ambos planos entrega la senda de
descenso óptima para lograr un aterrizaje preciso y sin
dificultades.
Lo primero es intersectar el localizer, para luego “luchar
con los motores” para encontrar el glideslope.
Un aterrizaje de precisión debe ser automático.
Categorías:
CAT I: visual, instrumento básicos.
CAT II: aproximación que depende de dos
factores, la altura barométrica y la visibilidad
horizontal.
CAT III: A-B-C
Un aeropuerto no se puede certificar para CAT III-C,
porque la utilización de esta categoría implicaría la
inexistencia de visibilidad alguna, factor que en caso de
accidente sería catastrófico, ya que los equipos de
rescate no podrían llegar al lugar del siniestro.
Se necesitan:
- aeropuertos calificados
- tripulación calificada
- aeronave calificada
La información aparece en:
- MCU
- ND
- PFD
Se necesita una velocidad específica de aproximación,
para poder detener el avión dentro de la pista luego de
aterrizar y para que el avión no estolee, durante la senda
de descenso. Debido a esto es necesario que un
mecanismo automático como el autotrotel se preocupe
de regular la potencia de los motores.
Marker Beacon: luces ubicadas en el eje de la pista a
cierta distancia, que a parte tienen una señal audible.
Estas forman conos que se ubican en la senda de
aproximación.
- 5 [NM] desde el umbral de la pista [outer
marker]
- 0.6 [NM] desde el umbral de la pista [middle
marker]
- 0 [NM] desde el umbral de la pista [inner
marker]
ATC (air traffic controller): radar secundario que interroga
al avión, para poder saber quien es.
Radar ALFA: identificación del avión (LAN 205)
Radar CHARLIE: identificación y altitud. (en Chile
se exige el Modo Charlie). La información del
radar es la copia de la información del altímetro
del avión.
Radar SIERRA: identificación, altitud, velocidad,
entre otros parámetros de vuelo.
Radioaltímetro: 4 antenas que están en la parte de abajo
del avión. Emiten un pulso a la tierra y esta lo hace
rebotar, para determinar la distancia con la tierra.
(Cuando se está a baja altitud).
GPS (global position system; EE.UU) - GNSS (global
navigation satellite system; Concepto más general) –
GLONAS (mismo sistema pero perteneciente a Rusia):
Mira el avión como un punto que se desplaza. 6 órbitas
que cubren el globo / 4 satélites por órbitas. Este sistema
depende del dpto. de estado de EE.UU.
Tiene una precisión de 50 [m] aprox.
Tiene un error inducido (recordar la precisión de EE.UU
en la guerra del golfo, y la liberación por una ventana de
tiempo de los códigos de error).
Para medir la posición de un avión, se requieren 3
satélites. Un cuarto satélite se ocupa para determinar la
variable tiempo y consigo la velocidad.
Mientras más separados están los satélites, más
precisión existe.
La antena está ubicada en la corona del avión.
GPWS (ground proximity warning system): sistema que
evita las colisiones con obstáculos en tierra, como los
cerros que emergen del terreno. Lo primero que hace el
sistema es evaluar las condiciones en las cuales está el
avión, porque así evalúa que si por ejemplo está con
flaps abajo y con tren abajo implica que aterrizará,
entonces se inhibe solo al irse aproximándose a tierra.
Avisa en caso de windshear (vientos verticales), virajes
con demasiado ángulo, tendencia a caer luego del
despegue, entre otros avisos.
Este sistema realiza predicciones del terreno, en base a
la información que entrega el radio altímetro, factor por el
cual no sería capaz de distinguir un cerro que aparece
de la nada, habiendo estado el radio altímetro sin
variación ninguna.
Debido a la debilidad anterior se desarrolló el Enhanced
Ground proximity, el cual vía GPS conoce la posición del
avión además de conocer el mapa de la zona que está
siendo sobrevolada por la aeronave.
TCAS (traffic collition avoidance system): medio por el
cual el ATC habla con los otros aviones, para evitar así
las colisiones en vuelo. Se mide un volumen de
detección y se establecen comunicaciones con los
aviones que entren a ese volumen de detección.
Traffic advisory: avisa cuando un avión está cerca, de
forma riesgosa. Color ámbar.
Modos del TCAS I:
- Sin ATC conectado.
- Alfa – intruso a relativa altitud.
- Charlie – Sierra – no hay maniobra de
coordinación de los aviones.
Modos del TCAS II:
- Coordinación de las maniobras a realizar,
entre aviones, no hay comunicación entre los
pilotos.
Navegación Inercial - IRS (Inertial Reference System):
[Se busca el vuelo entre dos puntos móviles, sin informarse
de las condiciones externas, por lo tanto, sin conexiones con
tierra.]
Sistema que mantiene una coordenada fija en el espacio.
Antes del GPS (no se debe pagar para utilizarlo), se utilizaba
el sistema OMEGA, el cual poseía 8 estaciones.
- Si falla la antena del GPS, todo el sistema se cae,
dejando a los aviones perdidos en el espacio.
- Está hecho para medir la velocidad horizontal. Debido
a esto existe un error inducido acumulativo en el
cálculo de la velocidad vertical (descomposición
vectorial – proceso de montar).
- No es capaz de medir la rapidez de rotación del avión.
Flight Control Computer (FCC) - Piloto Automático:
Evalúa los parámetros de giro y los parámetros de traslación.
De giro (con los controles de vuelo):
- Roll
- Pitch
- Yaw
De traslación (con el empuje de los motores):
-X
-Y
-Z
Las rotaciones y velocidades de estas, se determinan
mediante un giróscopo (40.000 rev/min). Consta de un cuerpo
(masa) con gran inercia que está en constante rotación. Al ser
perturbado, vuelve rápidamente a su posición inicial de
equilibrio (la vertical).
Central inercial:
Al ser perturbada, vuelve rápidamente a su posición inicial de
equilibrio (la vertical), basándose en la física clásica de
Newton.
En todo momento la central entrega:
- Posición geográfica – Punto de ubicación
- Velocidad terrestre (V. del avión respecto de la masa
de aire + V. de la masa de aire respecto a la tierra) –
Para poder determinar los tiempos de vuelo, itinerarios.
- Ruta seguida – permite verificar la ruta preestablecida
en el plan de vuelo.
- Deriva – Cambio de la ruta preestablecida debido a los
vientos de altura, turbulencias, etc.
- Ángulos de ataque longitudinal y lateral
- Desviación magnética (Heading) – Dirección de la
nariz respecto al norte magnético.
La central está compuesta por:
- 3 acelerómetros (traslaciones).
- 3 giróscopos (giros).
Para continuar el funcionamiento en caso de fallas se debe
contar con 9 a 12 redundancias de acelerómetros y
giróscopos. Por lo tanto se cuenta con 3 a 4 plataformas
inerciales.
Plataforma estabilizada o de componentes ligados (´60):
Es una sola plataforma fija e independiente de los
movimientos del avión que siempre está perpendicular a la
vertical real. Su labor es controlar todos los movimientos del
avión. Está compuesta por 3 acelerómetros y 3 giróscopos.
[Está suelta en el avión por lo tanto se alinea de forma
independiente]
Acelerómetro:
Masa fija con una carga eléctrica. Suspendido por un resorte.
Fuerza resorte = [-k x]; Masa es conocida, así se determina el
desplazamiento.
Al colocar la variable tiempo --- F = m*a, pero “a” es la
derivada de la velocidad, por lo tanto al integrar “a”, se
obtiene la velocidad y al integrar la velocidad, se obtiene el
desplazamiento y a través de la constante de integración, se
obtienen los parámetros iniciales de la Present Position.
La plataforma inercial está totalmente alineada con tierra, por
lo tanto cuando se realiza la revisión del aparato en el
aeropuerto, el único eje trabajando es el “z” (del
acelerómetro) ya que debe marcar 9.8 [m/s2] (1G), la
aceleración de gravedad. Si otro eje llegara a marcar algún
valor indica que el sistema está inclinado.
Cuando el avión está en vuelo (al motar), la plataforma tiende
a moverse con el avión, pero esta, por el hecho de ser
inercial, vuelve rápidamente a su posición perpendicular al
suelo de donde se despegó.
Por lo tanto ejerce una fuerza igual en magnitud pero
contraria al movimiento del avión, detectada por los motores.
Al medir esta fuerza, se puede determinar la forma como el
avión está girando.
Este tipo de plataformas de aviones comerciales, no están
acostumbradas a giros rápidos, por lo tanto si llegaran a ser
instaladas en un avión militar, quedarían volteadas luego del
primer giro rápido.
Ventajas:
- Fácil implementación.
- Utiliza la mecánica clásica.
- Relativo bajo costo
Desventajas:
- Lento alineamiento.
- Margen de error importante 2.5 [NM/h], ya que es una
plataforma mecánica que tiene roce. Aquí aparece el
GPS, el cual calcula la posición minuto a minuto y va
acoplándose a la información entregada por el inercial,
tendiendo el error a 0.
- Requiere mucha energía, el motor permite el giro de
los componentes.
- Peso importante.
- Gran tamaño.
Plataforma Strap Down (se utiliza hoy en día):
Se mantiene fija al avión, por lo tanto sigue el movimiento de
este.
Utiliza giróscopos láser, los cuales:
- Se basan en la Ley de la Relatividad, ya no corre el
momento cinético.
- 2 ondas [concepción dual] recorren el mismo camino
en direcciones contrarias.
- Gas Helio – Neón es el único que detecta las
variaciones a baja velocidad de giro.
- Si no hay giro, las ondas salen y llegan al mismo punto.
- Si hay giro:
- El haz en el sentido de la rotación realiza el
camino más largo.
- El haz en el sentido contrario al de la rotación,
realiza el camino más corto.
- Dura 20.000 [h] de vuelo.
- El mejor espejo es un cuadrado, ya que mientras más
recorrido hay más precisión, pero hacer el 4° lado es
muy difícil, motivo por el cual se utilizan espejos
triangulares.
Ventajas:
- Alta precisión (error acumulativo de 1[NM/h]).
- Bajo peso.
- Requiere poca energía.
- Fácil conexión a los computadores.
- Rápido alineamiento.
Desventajas:
- Relativo alto costo
- Incapacidad de percibir velocidades angulares bajas.
- No se le puede realizar mantenimiento.
ADIRS (Air Data Inertial Reference System):
Modos:
- ALING – Genera la alineación del sistema.
- NAV – Permite la navegación
- ATT – Permite el vuelo en modo stand by, mostrando
sólo la actitud del avión.
OFF – NAV – El computador que controla el sistema, vuelve
automáticamente a modo ALING.
OFF – NAV – ALING – NAV – Se lleva a acabo una alineación
rápida, donde se consideran como parámetros iniciales los
parámetros finales de donde fue apagada.
FAULT – Falla, donde debe pasarse el sistema a modo ATT,
donde este muestre los datos al piloto, simulando los
instrumentos básicos de vuelo.
DC FAIL – indica que se quedó sin energía, por lo tanto toma
5 [min] de la batería, para luego apagarse.
Alineamiento:
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Duración: 10 [min], en tierra sin movimiento.
1° Se busca la estabilidad.
2° Se busca la vertical local
3° Se mueve de acorde a los datos de giro de la tierra y
con ellos determina la latitud y la longitud.
4° Pide el ingreso de las coordenadas al piloto. Si la
información coincide, la plataforma se alinea. En caso
de que haya falla, se repite el proceso una segunda
vez, si las fallas persisten, se declara en falla.
Los datos referenciales son los últimos registrados por
el sistema, por lo tanto mientras más lejos se apague
del lugar donde será encendida posteriormente, más
tardará el proceso de alineamiento.
Mientras más cerca se encuentra de los polos, el sistema es
mucho más lento, por lo tanto la rapidez de alineación
disminuye. Mientras más cerca se encuentre del Ecuador,
más corto será el proceso de alineamiento.
MCU: teclado alfanumérico que permite el ingreso de las
coordenadas por parte del piloto, para la posterior verificación
del sistema.
Flight Control (controles de vuelo): Permiten el pilotaje de
la aeronave.
Dos tipos:
1) Superficies de control primarias (si se pierde alguna de
estas, se pierde el avión).
Estructuras:
- Alerones (punta del ala, movimiento contrario entre
alerones) (2) – Roll (longitudinal)
- Elevadores (movimiento simultáneo en dirección y
sentido) (2) – Pitch (Nariz arriba, nariz abajo,
lateral).
- Rudder (Yaw damper, evita el movimiento
descontrolado [roll holandés – dutch roll]) (1) – Yaw
(vertical)
Concepto de estabilidad: mientras más estable, es más
pilotable, pero a su vez es menos maniobrable.
[Camión v/s Fórmula 1 – F-16 v/s Pillán]
Con el tiempo los aviones se han ido creando bajo el
concepto de “poca estabilidad”, lo que requiere consigo
mejores y más rápidos comandos de vuelo y mayor
asistencia al piloto.
Comandos mecánicos: unen las estructuras con la
columna de control, mediante cables y pedales, por lo
tanto la fuerza del piloto permite el movimiento de las
superficies.
TAB (borde de fuga): superficie más pequeña que
permite el movimiento de los alerones por medio de la
fuerza del piloto. Si el TAB se mueve hacia abajo, los
alerones se moverán hacia arriba.
Sistemas hidráulicos: Utilizando el principio de Pascal,
dan a conocer una sensación artificial, simulando la
operación del viento, en conjunto con amplificar la fuerza
aplicada por el piloto, permitiendo que este no aplique
fuerza en exceso.
Fly By Wire:
- Menos peso.
- Desconexión física entre el piloto y el avión.
- Se utiliza en aviones inestables, debido a la
rapidez de respuesta requerida.
- Nula probabilidad de falla.
- El computador posee valores críticos de
protección, por lo tanto impide las acciones
indebidas que pudiera llevar a cabo el piloto.
Boeing posee respaldos mecánicos, Airbus no los utiliza.
[Por mal rigging (tensión de los cables mecánicos), puede
existir un desnivel en las alas, lo que obligaría a volar con
el rudder girado, o sea “volar chueco”, esto trae consigo la
mayor sustentación en un ala que en la otra provocando
así un movimiento de roll. Esto deriva en mayor gasto de
combustible, debido a la utilización de mayor potencia
(debido a la presencia de una resistencia desigual en las
alas) y mayor tiempo de vuelo].
Alerones:
Movimiento de roll. Movimiento disimétrico entre alerones.
Si el alerón baja, el ala sube, porque hay mayor superficie
de contacto y consigo mayor sustentación. Posee TABS
(TRIM es el sistema que mueve el TAB).
El viento relativo que pasa por arriba de los alerones y por
debajo de estos, debido a su estructura, es el mismo, por
eso se mantiene recto y nivelado, durante el vuelo.
Aleta en la punta del ala permite simular un “vuelo chueco”
en caso de viento cruzado o mal rigging, entre otras
causas.
Cada vez que esta estructura es pintada, se debe extraer
y nivelar.
[B-737 tiene aproximadamente 700 [k] de pintura]
Elevadores:
Están en el borde de fuga del estabilizador horizontal, y el
movimiento simultáneo es maniobrado desde la cabina
con el movimiento de la columna de control) cables
conectados a la PCU (power control unit). Controlan el
movimiento de pitch.
Poseen tabs, para evitar que el piloto aplique tanta fuerza
para generar su movimiento.
El CG, no es un punto, está compuesto por un rango, el
cual se regula con la cantidad de combustible.
Rudder:
Controla la altitud del avión, (movimiento en el eje vertical),
se encuentra unido mediante una bisagra al estabilizador
vertical. Es controlado por el piloto a través de los pedales,
eso compone el respaldo mecánico del movimiento de
yaw.
2) Superficies de control secundarias
Estructuras:
- Intra dos (extra dos, parte inferior del ala) – [spoilers
y speed breaks].
- Borde de ataque del ala (adelante) – [slats]
- Borde de fuga (atrás)- [flaps]
- Cuerda aerodinámica media (línea central del ala)
- Estabilizador horizontal
Flaps:
Se encuentran en el borde de fuga. Aumentan la curvatura
de las alas, permitiendo mayor sustentación en los
aterrizajes y despegues.
[Más velocidad --- Más sustentación / Al realizar la
maniobra de aterrizaje, se debe disminuir la velocidad y
para no perder la sustentación, se debe alargar el fuselaje.
Esto trae consigo el aumento de la resistencia, por lo tanto
hay que darle más potencia a los motores].
El piloto controla los flaps de forma mecánica, pero
también existen switch eléctricos para bajarlos en caso de
falla.
Existe un sistema de emergencia que registra las
asimetrías de flaps, bloqueándolos por completo. (Si se
permitieran las asimetrías, el avión comenzaría a rolar)
Posee un sistema de seguridad que controla la velocidad a
la cual están siendo bajados, ya que si la velocidad es
muy alta, la resistencia será tanta, que se verían
seriamente dañados, motivo por el cual el sistema impide
el descenso de la estructura.
Spoilers:
Están en la parte superior del ala. Ayudan en la maniobra
de roll. Salen de un ala y de la otra no.
Asisten a los alerones en el movimiento de roll,
generalmente se mueven solos en vuelo. Si el spoiler sale,
el avión baja de forma lenta.
Speedbrakes:
Permiten la reducción violenta de la velocidad en vuelo, su
movimiento es simultáneo (aterrizaje).
Slats:
Están en el borde de ataque del ala. Actúan junto con los
flaps, pero no son controlados por el piloto. Poseen un
sistema de emergencia, desplegándose cuando sienten
que avión se estoleará.
[Mayor ángulo de ataque --- Mayor coeficiente de
sustentación]
A-320:
Controla el movimiento de pitch, basándose en un
comando de factor de carga, denominado LEY C (no debe
ser sobrepasado), con el fin de que el pasajero no sienta
los virajes, ni la fuerza G, la cual atrae los cuerpos.
Además poseen protecciones que controlan las dos
limitaciones de las aeronaves, el VMO y el MMO.
- VMO [velocidad máxima operacional]
- MMO [Mach máximo operacional]
Mach = velocidad del avión
velocidad del sonido
Stall:
Ángulo de ataque pronunciado con respecto al horizonte.
Airbus baja la nariz aparte de generar un aviso,
protegiendo al avión para que no entre en zona de riesgo.
El sistema no permite realizar virajes con un factor de
carga muy alto, para proteger la estructura del avión.
Coordinación de viraje:
Mezcla de alerones y rudder para virar, dejando el
instrumento “palo y bola” centrado, evitando el derrape de
la aeronave. (Una copa no se voltea en estas
condiciones).
El número de mach depende de la velocidad del avión y
de la densidad del aire, ya que la velocidad del sonido
depende de este factor.
En caso de fallas, las protecciones se van botando, pero
no se dejan de efectuar las acciones requeridas, sólo se
ponen ciertos límites, para evitar riesgos.
A bajas velocidades (200 nudos hacia abajo), se vuela por
velocidad. A altas velocidades se vuela por número de
mach, debido a la variación que se produce por el cambio
de densidades, a diferentes altitudes.
Sidestick:
Reemplaza a la columna de control en el caso de los
Airbus. No están ligados mecánicamente, por lo tanto no
se puede oponer el movimiento de uno con el otro. A
través de un botón se decide que sidestick tiene la
prioridad. En caso de que el sidestick que tiene la prioridad
esté efectuando una maniobra indebida, esta prioridad
mediante un sistema de seguridad se traspasa
automáticamente al otro sidestick impidiendo cualquier tipo
de escenario que pudiera poner en riesgo la integridad del
avión.
El avión monta con una velocidad constante, pero el
número de mach empieza a aumentar, debido al aumento
de la altitud, hasta que se llega a un límite de velocidad y
se empieza a controlar solamente el valor de mach.
Probabilidad de fallas:
- 10-4 por hora acumulativa, es decir 1 computador cada
10.000 [h] de vuelo, debería fallar.
- 10-9 para sistemas críticos (pilotos por ejemplo) por
hora.
- 10-9 para controles de roll.
- 10-7 por hora para control de pitch.
- 10-5 para control de yaw.
MEL: [Minimum equipment list]
Lista de equipos mínimos requeridos para efectuar un
vuelo y los respectivos tiempos de reparación, sin
degradar la seguridad del avión, realizada por el fabricante
de la aeronave, Se coloca una redundancia extra, ligada a
la información de este manual- Aerospatiale.
- 5 computadores para control de ROLL (3 SEC y 2 ELAC)
- 4 computadores para control de PITCH
- 2 computadores para control de YAW
Se crearon dos tipos de computadores totalmente
diferentes para controlar las maniobras de Pitch y Roll, los
ELAC y SEC.
Cada uno de estos tiene dos vías distintas (2 entradas y 2
salidas), las cuales comparan la información que llevan, si
es que esta llega a ser diferente se declaran en falla.
En caso de falla, se resetea hasta 4 veces, luego de estas
debe realizarse un mantenimiento.
PHR: plano horizontal regulable del control longitudinal de
PITCH.
Rueda de TRIM, ubicada en el panel central, tiene
conexiones mediante cables, que permiten mover el
estabilizador completo.
A-340, posee depósitos de combustible en la cola TRIM
TANK, los que permiten mover el CG en distintas fases del
vuelo.
ADIRUS o ADIRS: Air Data Inertial Reference System
Sistema de transmisión de los datos de los instrumentos
inerciales. Hay 3 ADIRS en el avión, estos están ligados a
los comandos de vuelo pero entregan información distinta,
a pesar de ser sistemas idénticos entre sí.
Por ejemplo en un B-767, el MEL indica que se puede
volar con 1 ADIRS malo, y los otros dos activos, pero no
se puede volar con el computador central dañado.
Los sistemas hidráulicos de Airbus, se conectan por
cables azules, verdes y amarillos. Basta con un cable para
hacer funcionar las superficies de vuelo, pero siempre
están los otros dos cables de backup.
Autoflight: AUTOPILOT (Control del avión)+ FADEC
(Control de motores).
L-NAV: navegación horizontal realizada por los comandos
de vuelo.
V-NAV: navegación vertical realizada con los motores
FMGC (Flight management guidance and control):
Cerebro del avión. Permite optimizar el vuelo en términos
de combustible, planes de vuelo, meteorología entre otras
variables. [Hace que la compañía gane $]
FCU – realización de acciones inmediatas
MCDU – programación de las acciones a realizar durante
el vuelo.
Ambos sistemas permiten la interfase PILOTO – AVIÓN.
Centro de sustentación = Centro aerodinámico
La distancia entre el C. aerodinámico y el CG, se
denomina Margen Estático.
Por la componente de sustentación, el avión va a tender a
irse nariz abajo, ya que gira entorno al CG. Por lo tanto se
requiere la existencia de una fuerza en la parte del
empenaje, S´, que de el equilibrio.
Al acortar la distancia denominada Margen Estático, la
fuerza S´ también disminuye, por lo tanto la componente
de sustentación, también tiende a disminuir, ya que el
peso se mantiene constante. Esta disminución en la
sustentación se traduce en menor gasto de combustible,
ya que se requiere menos velocidad, también se pueden
tener alas más pequeñas, por lo tanto menos resistencia y
consigo menos empuje.
Con esto se favorece la construcción de aviones más
inestables o sea menos pilotable, ya que mientras menos
margen estático, menor será la estabilidad del avión.
A través de computadores, artificialmente, los aviones
pasan a ser estables.
Computadores de performances:
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FMGCS [FMS = nombre genérico] (Flight Management
Guidance and Control System) AIRBUS
PDCS (Performance Data Computer System) BOEING
Hoy en día, las tablas de performances están integradas
en los sistemas computacionales, para favorecer el control
de los estándares de vuelo.
Ruta OFFSET:
Ruta paralela (en caso de dificultades meteorológicas),
para la cual el sistema entrega la velocidad, la altitud,
entre otros parámetros para evitar contratiempos con el
gasto de combustible y con los tiempos de vuelo.
CDU:
Teclado para la función de optimización, en el caso del B737.
Las fases del vuelo son:
- Montada
- Crucero
- Aproximación
Para cada fase, se utilizan distintas modalidades del FMS.
A medida que se quema combustible, el margen estático
cambia, aumentado la componente de sustentación, por lo
tanto el avión tiende a montar, motivo por el cual se
reducen los motores, para mantener la misma
sustentación.
La montada constante no se permite, por el tráfico aéreo
existente y la posibilidad de accidentes. (El único que
podía montar constantemente era el Concorde, ya que
este volaba en la capa inferior de la estratósfera (50.000
[pie] aprox., mientras que los aviones comerciales
subsónicos, vuelan en la tropósfera).
CAS K: Costo Asiento Kilómetro
GOL – 4.5 centavos de dólar
LAN – 6.0 centavos de dólar
 Ha bajado a 3.9 centavos de dólar (con la
nueva forma de volar).
Costo Índice --CI = Costo de Combustible
Costo de hora de vuelo
Durante el despegue y la aproximación, el sistema no
realiza cálculos, ya que los parámetros cambiarían cada
segundo.
Mientras más temperatura, se necesita más empuje para
el despegue (el largo de pista es constante)
El FMS se alimenta de la información que entregan los
comandos inerciales (IRS), porque lo tanto él gestiona las
alineaciones y funcionamiento de estos instrumentos, sin
la intervención del piloto.
La actualización del sistema se realiza cada 28 días (cada
mes), donde se reemplaza un sistema, manteniendo la
información antigua, para poseer respaldo en caso de
errores.