02 Jun
Navegación Inercial (Giroscopios)
Ampliamente utilizados en instrumentos de aviónica
Se basan en la teoría de Newton
Mantienen una posición fija en el espacio si y solo si la precesión es nula
Utilizan momento cinético
Son la base de las centrales a plataforma estabilizada
Sin el efecto del viento, en una atmósfera en que no cambia la presión atmosférica y la temperatura, los aviones mantendrán constante su altitud, rumbo, curso y velocidad terrestre. Esta condición nunca existe en la naturaleza. Por lo tanto, la navegación sin las referencias externas no es solo una intriga sino un desafío para realizar vuelos fuera de los rangos de las ayudas a la navegación tradicionales para una aeronave. Por lo tanto, el objetivo es lograr la autonomía en la navegación aérea de los aviones.
Introducción
Considerando la existencia del sistema GPS, la navegación autónoma se vuelve cada vez más difícil de justificar, pero existen razones sólidas para considerarla y no olvidarla. Antes del GPS, la navegación se realizaba a través del omega, pero con 08 estaciones terrestres, cuando una fallaba o estaba en mantenimiento, la navegación se interrumpía. O bien, debido a las condiciones de propagación, el sistema se volvía ineficiente. Hoy el GPS está completamente operacional, entonces con esta tecnología maravillosa uno se pregunta ¿Es necesaria la navegación autónoma? La respuesta es sí, pues qué pasa si el sistema GPS falla, incluso si falla la instalación en el avión. Otra consideración es el fenómeno de cálculo de la velocidad vertical del GPS, situación que no es realizable por este método. Además, se debe indicar que con el GPS, no se puede calcular la rapidez de giro del avión, parámetros que son fundamentales para los computadores de vuelo automáticos. Siempre los parámetros como cabeceo, alabeo y guiñada, son fundamentales para el flight control computer (FCC). Los parámetros antes descritos, son todos provistos por el sistema de navegación inercial. Los parámetros de velocidades angulares, antes descritos, son fácilmente calculados por los giroscopios. Los giroscopios se basan en cuerpos que poseen una gran inercia, se debe considerar que un avión posee seis grados de libertad: 3 angulares (alabeo, cabeceo y guiñada) y 3 traslacionales (x, y, z). Si todos estos parámetros pueden ser conocidos, sensados y explotados, es posible realizar una navegación automática del avión.
La central inercial entrega en todo momento: posición geográfica, velocidad terrestre, ruta seguida, deriva, ángulos de ataque longitudinal y lateral, desviación magnética (rumbo). La central está compuesta de acelerómetros y giroscopios. Existen 2 tipos de centrales, plataforma estabilizada y componentes ligados (strap down)
Centrales a componentes ligados
Una sola plataforma censa el avión, está compuesta de 3 giroscopios y 3 acelerómetros, vector gravitacional calculado para present position, acelerómetros calados con respecto al eje local, plataforma montada al interior del avión (fija), plataforma independiente a movimientos del avión, plataforma horizontal (siempre perpendicular vertical verdadera), los giros mantienen el triedro de referencia, plataforma orientada hacia el norte.
Principios de funcionamiento: utiliza teorema de momento cinético (debe poseer gran inercia, momento y velocidad de rotación), es suspendido en un cardán, cuando el giro es sometido a perturbación aparece un momento de inercial tal que el vector momento cinético gira hacia la perturbación por el camino más corto (perpendicularmente), el giro permite medir las velocidades de rotación, el giro es fijo y estable en el espacio.
Ventajas: relativo bajo costo, amplio conocimiento del funcionamiento, fácil implementación y utiliza mecánica clásica.
Desventajas: lento alineamiento, utiliza gran energía, margen de error importante (2,5 NM/hr), peso importante y gran tamaño.
Acelerómetros
Imagine que tiene una masa en un camino con fricción, cuando el avión sufre una aceleración, la masa se ve sometida a una fuerza que la tiende a dejar centrada en su posición de reposo. Si se tiene la masa fija por resortes en sus extremos, se tendrá que la fuerza ejercida será proporcional a la aceleración trasnacional del movimiento. Uno mide esta fuerza, para sí obtener la aceleración, con la cual se obtiene las velocidades y la distancia por integración. Como el espacio es tridimensional, se requieren 3 acelerómetros, uno por cada eje, es de suma importancia que los acelerómetros permanezcan alineados con los ejes absolutos de referencia.
Central Strap Down
Plataforma strap down: ejes de medida de acelerómetros alineados sobre los ejes del avión, giro y acelerómetros fijos a la estructura, mide velocidades de rotación instantáneas, por integración obtiene posición del triedro avión, reemplaza la suspensión tipo cardán por cálculos rápidos de un computador, utiliza mismos acelerómetros, utiliza giro láser
Giro láser: no utilizan inercia de masa, no se rigen por la mecánica clásica, se basa en leyes de relatividad, explotan la velocidad de la luz, utilizan una fuente luminosa tipo láser, es un oscilador óptico, donde un láser emite dos ondas progresivas opuestas, triángulo con mezcla helio-neón, ondas recorren el mismo camino, sin rotación ondas iguales, con rotación el varia el camino recorrido, impulso en la salida.
Ventajas: alta precisión de error (1 NM/hr), bajo peso, no requiere gran energía para funcionar, rápido alineamiento, fácil conexión con computadores.
Desventajas: relativo alto costo, zonas ciegas para pequeñas velocidades angulares, mayor complejidad.
Alineamiento
Paso fundamental realizado por la tripulación en tierra, antes de partir debe realizarse, dura aproximadamente 10 minutos, entrega la present position, es la base de los cálculos de la plataforma, existe alineamiento rápido (menos preciso), durante alineamiento el avión no debe moverse, existe alineamiento en movimiento es menos preciso.
ADIRS
Modos:
- ALING – Alineación del sistema.
- NAV – Navegación del sistema.
- ATT – Solo muestra la actitud del avión – Permite el vuelo en modo stand by.
Alineamientos:
- OFF?NAV ? El sistema de forma automática vuelve al modo ALING.
- OFF?NAV?ALING?NAV ? Se lleva a cabo una alineación rápida, considerando como parámetros iniciales, los últimos captados.
- FAULT ? Falla, se debe utilizar en modo stand by.
- DC FAULT ? Falla de energía, por lo tanto, toma 5 [min] de la batería antes de apagarse.
Características del alineamiento:
- Duración ? 10 [min] aprox. [Dura más en los polos debido a la lejanía existente con el Ecuador].
- Se busca la estabilidad.
- Se busca la vertical local.
- Se mueve de acuerdo a los giros de la tierra, para determinar la latitud y la longitud de la ubicación.
- Se solicita el ingreso a las coordenadas por parte del piloto.
- Si la información coincide la plataforma se alinea, si no coincide pide el reingreso de las coordenadas, si la descoordinación continúa, se declara en falla.
- Los datos de inicio son los registros previo al último apagado, motivo por el cual mientras más lejos esté el lugar de apagado del lugar de encendido, más tardará el alineamiento.
Superficies de control
:
Primarias:
Alerones: Se ubican en el borde de fuga y controlan el movimiento del roll, alrededor del eje longitudinal. El movimiento entre alerones es disimétrico y es generado por medio el movimiento de la columna de control. La columna de control está conectada a la PCU (Power Control Unit ? Activación hidráulica) y esta está conectada a al TAB (Sistema TRIM – Principio de pascal) de cada alerón.
Elevadores: Se ubican en el borde de fuga del estabilizador horizontal y controlan el movimiento de pitch alrededor del eje lateral. El movimiento entre elevadores es simétrico y también se regula por medio del movimiento de la columna de control. Al igual que los alerones posee TABS. Los aviones de pasajeros poseen un PHR (Plano Horizontal Regulable), que se encuentra conectado a los elevadores, permitiendo el movimiento de estos cuando es accionado. Existe un sistema de control que regula el ángulo de deflexión de los elevadores, para evitar que se dañen por las altas velocidades.
Rudder: Se ubica en el estabilizador vertical y controla el movimiento de yaw, alrededor del eje vertical. La deflexión del rudder (Hasta 26°), la lleva a cabo el piloto por medio de los pedales o de la rueda de control manual. Los aviones comerciales cuentan con un dispositivo denominado Yaw Damper, el cual impide que el avión realice giros descontrolados [Dutch Roll].
Secundarias:
Flaps: Se ubican en el borde de fuga de las alas. Su misión es aumentar la curvatura de las alas, para brindar la sustentación suficiente cuando el avión reduce su velocidad. El despliegue normal, se realiza de forma hidráulica, pero en caso de falla existe un back?up eléctrico que despliega los flaps en 6 [min] aprox. Poseen un sistema de control de asimetrías, que en caso de encontrarlas, bloquea el movimiento de los flaps. A su vez posee una válvula de relief, el cual evita el despliegue de flaps si la velocidad el avión es muy alta, para evitar así que estas
superficies se dañen.
Slats: Se ubican en el borde de ataque de las alas. Estos se despliegan de forma conjunta con el movimiento de los flaps. En caso de STALL, estos se despliegan de forma inmediata como back? up de seguridad.
Spoilers: Se ubican en la parte superior del ala. Ayudan a los alerones en la maniobra de roll. Salen desde un ala únicamente, para hacer girar al avión.
SpeedBrakes: Son los spoilers anteriores, pero que para el caso de los aterrizajes, salen de ambas alas, y permiten efectuar la maniobra de frenado.
Comandos de Vuelo:
Comandos Mecánicos
Unen Columna de control con Superficie mediante cables o barras. En aviones grandes se unen al TAB. Transmiten Fuerza del piloto al plano. El Tab se mueve inverso al plano. Requiere gran fuerza. Es usado en Aviones lentos y pequeños
Comandos Hidro-Mecánicos
Unen Columna de control con actuador hidraúlico. Poseen sensación artificial. Producen movimientos rápidos de Superficies. Se apoya en potencia hidráulica. Bien adaptado para pilotaje automático
Comandos Eléctricos (CDVE ó FBW)
Unen Columna de control con Superficie mediante cables eléctricos. Se envía un voltaje al plano a mover. Se utiliza sensación artificial. Muy rápidos muchas correcciones por segundo. Reducen considerablemente el peso. Muy adaptado para pilotaje automático. Utilizado también en aviones Inestables. Alta confiabilidad de Mantenimiento. Posee funciones de vigilancia y restricción.
Autoflight
Es el Concepto máximo de automatismo en el avión
Considera la festión automática en : Plano Vertical y Plano Horizontal
O sea considera la gestión automática de : Comandos de Vuelo, Propulsión
ENTONCES EL PILOTO AUTOMATICO REALIZA
El control de las superficies de vuelo (Pilotaje), Las mismas acciones que un piloto humano pero a través de control automático, Realiza gestión a corto plazo y largo plazo, Realiza el seguimiento automático del Plan de Vuelo, Realiza control longitudinal y lateral, Está compuesto por : FCU, MCDU, FCC
Al revisar la interface del piloto automático…..
Que entendemos por FCU : Gestión Corto Plazo
Que entendemos por MCDU : Gestión Largo Plazo, Ingreso FMGC (FMS)
¿Cómo realiza su trabajo el FCC?
Utiliza procesos de Automatismo, Controla los tres ejes del avión con sus traslaciones y rotaciones, Dependiendo del tipo de avión es la velocidad de control.
En suma el piloto automático tiene…
Dos modos de funcionamiento : Flight Director. Autopilot
Controla funciones de Pilotaje y se enlaza con las funciones de vuelo automático
¿Qué funciones realiza el piloto automático?
-Estabilizacion de la aeronave en torno al CG cuando el piloto automatico mantiene un rumbo.
-Adquisición y mantencion de un nivel de vuelo
-Adquisicion y mantencion de velocidad
-Pasada de largo
¿Cómo controlamos el plano vertical de vuelo?
Mediante el control automático de la potencia, Es como un piloto automático pero para los motores, Este piloto automático de los motores se llama Autothrottle (Autothrust), FADEC es el equivalente al FCC en Pilotaje automático, El sistema se conecta con los motores a través de EEC ó ECU, El sistema recibe información de posición y situación del avión.
Que entendemos por Autoflight?
Es cuando unimos : (bajo leyes de pilotaje) Piloto Automático y Autothrottle
Mediante el Vuelo Automático buscamos seguir un plan de vuelo en todo momento
Que protecciones tiene el Autoflight?
Cada vez que se activa el vuelo (Automático o no) el FMGC activa las protecciones, El avión puede volar con protecciones en falla, Las protecciones buscan optimizar el envelope de maniobra del avión
Que son las leyes de Autoflight?
En condición operacional tenemos la ley normal de vuelo del Autoflight., Busca proteger al avión en todas las fases de vuelo
Como varían las leyes de Autoflight en caso de fallas?
Al existir fallas en el sistema las leyes comienzan a degradarse hasta llegar a la llamada Ley Directa, en este caso la tripulación vuela completamente el avión.
QUE FUNCIONES REALIZAN LOS CDVE?
Controla Superficies Primarias de Vuelo, Comanda los Aerofrenos, Amortiguamiento de las Oscilaciones de Yaw, Compensación Longitudinal y Lateral (Trim), Control Anti-Turbulencia
La Clave del Airbus es utilizar la Ley C (factor de Carga) para los movimientos de Pitch. A la ley C, se le agregan las siguientes protecciones : Protección Mach y Seguridad (STR), Protección de Incidencia (Stall), Protección de Factor de Carga (STR), En Yaw la protección coordina el viraje.
QUE FUNCIONES REALIZAN LOS CDVE?
Las Protecciones permiten mover los controles sin riesgo para el avión.Ø Toda orden del piloto debe pasar por calculadores antes de llegar a la superficie de control. El Airbus posee comandos de vuelo clásicos a excepción d ela incorporación del sidestick.
La innovación de Airbus….El Sidestick
Los Sidestick no están unidos., Los Sidestick han sido sometidos a numerosas pruebas, El Sidestick implica no tener redundancia en Roll., Es construido bajo el concepto Fail Safe, No se mueve en operación de piloto automático, Operación Izquierda / Derecha
Como son los CDVE de Airbus???
Utiliza calculadores con probabilidad de falla de 10-4/Hora, La cantidad de calculadores se determina por : Criticidad del Sistema, 10-9 para ROLL, 10-7 para PITCH, 10-5 para YAW, Redundancia por MEL (01 más)
Con esto se tiene : 5 Calculadores de Roll, 4 Calculadores de Pitch, 2 Calculadores de Yaw.
Además de redundancia que más tenemos??
Debido al diseño contra fallas se originaros dos tipos de calculadores distintos por cada movimiento, pero con funciones iguales. Por tanto tendremos : 02 FAC, 02 ELAC, 03 SEC
Que pasa con los respaldos mecánicos??
Producto de la arquitectura el comando de roll está particularmente segregado, Se considera improbable una falla completa de ROLL, Airbus NO tiene respaldo mecánico en Roll debido a :
Segregación de funciones y Uso de Sidestick.
Como están construidos los calculadores??
Se busca no tener falla en los calculadores., Cada calculador tiene 02 vias, Las vías NO tienen intercambio de información, Las vías son completamente independientes., Comparan información a la entrada y salida, Si hay diferencias se declara en falla.
Como son los respaldos mecánicos de Airbus?
ROLL : No posee Respaldo mecánico, PITCH Posee respaldo mecánico en el PHR, YAW Utiliza cables conectado a los pedales
Que nos dice Boeing de los CDVE?
Muy similar a Airbus, Mantienen cabina clásica, Utiliza respaldo mecánico en cada uno de sus ejes., YAW Utiliza cables conectado a los pedales
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