Aviónica

Aviónica:

Interfase entre el avión y el piloto. Superposición de sistemas.

Medio:

Panel de instrumentos.

Aviónica Clásica de Primera Generación:

(1950)

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

instrumentos, lo implica un stress excesivo en los tripulantes.

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.

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.

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):

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.

la información está al frente, no más información en la espalda.

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:

o PFD (info. básica de vuelo). Pantallas multifunción:

o ND (info. de navegación). o E-CAMS.

- Panel de sobre cabeza mucho más sencillo, en términos de interruptores.

Proyección de la cabina del B-787:

- 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 piloto-tierra, 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.

Mecánica – Electromecánica – Electrónica numérica

Saltos tecnológicos:

Buses de datos:

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.

(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.

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.

- Baja frecuencia de transmisión más lento que el anterior.

Aviones Comerciales ARINC 429:

- Mono-direccionales (walkie talkie)

- Demora en la transmisión.

- Entretenimiento vía wii fi. B-787 ARINC 629:

- 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.

- Traductores Softwares:

- 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.

Comunicaciones:

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] 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. 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 radio- aficionados 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.

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.

OMEGA:

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:

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.

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).

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):

Las antenas VOR están:

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).

- 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):

- aterrizar en el eje de la pista

permite aterrizajes de precisión. Existe una senda óptima de descenso, la cual al ser interceptada permite:

- 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).

Al ser perturbada, vuelve rápidamente a su posición inicial de equilibrio (la vertical), basándose en la física clásica de Newton.

Central inercial:

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.

- Fácil implementación. Ventajas:

- Utiliza la mecánica clásica. - Relativo bajo costo

- Lento alineamiento. Desventajas:

- 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.

- Alta precisión (error acumulativo de 1[NM/h]). Ventajas:

- Bajo peso. - Requiere poca energía. - Fácil conexión a los computadores. - Rápido alineamiento.

- Relativo alto costo Desventajas:

- Incapacidad de percibir velocidades angulares bajas. - No se le puede realizar mantenimiento.

ADIRS (Air Data Inertial Reference System):

- ALING – Genera la alineación del sistema. Modos:

- 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:

- Duración:- 1° Se busca la estabilidad.

10 [min], en tierra sin movimiento.

- 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).

- Alerones (punta del ala, movimiento contrario entre alerones) (2) – Roll (longitudinal)

Estructuras:

- 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:

[Camión v/s Fórmula 1 – F-16 v/s Pillán]

mientras más estable, es más pilotable, pero a su vez es menos maniobrable.

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.

- Menos peso. Fly By Wire:

- 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].

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).

Alerones:

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]

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.

Elevadores:

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.

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.

Rudder:

2) Superficies de control secundarias

- Intra dos (extra dos, parte inferior del ala) – [spoilers y speed breaks].

Estructuras:

- Borde de ataque del ala (adelante) – [slats] - Borde de fuga (atrás)- [flaps] - Cuerda aerodinámica media (línea central del ala) - Estabilizador horizontal

Se encuentran en el borde de fuga. Aumentan la curvatura de las alas, permitiendo mayor sustentación en los aterrizajes y despegues.

Flaps:

[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.

Están en la parte superior del ala. Ayudan en la maniobra de roll. Salen de un ala y de la otra no.

Spoilers:

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.

Permiten la reducción violenta de la velocidad en vuelo, su movimiento es simultáneo (aterrizaje).

Speedbrakes:

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.

Slats:

[Mayor ángulo de ataque --- Mayor coeficiente de sustentación]

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.

A-320:

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

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. 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. 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.

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.

Stall:

El sistema no permite realizar virajes con un factor de carga muy alto, para proteger la estructura del avión.

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).

Coordinación de viraje:

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.

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.

Sidestick:

- 10-4 por hora acumulativa, es decir 1 computador cada 10.000 [h] de vuelo, debería fallar.

Probabilidad de fallas:

- 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: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.

[Minimum equipment list]

- 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:

Rueda de TRIM, ubicada en el panel central, tiene conexiones mediante cables, que permiten mover el estabilizador completo.

plano horizontal regulable del control longitudinal de PITCH.

A-340, posee depósitos de combustible en la cola TRIM TANK, los que permiten mover el CG en distintas fases del vuelo. ADIRUS o ADIRSSistema 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.

: Air Data Inertial Reference System

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

Cerebro del avión. Permite optimizar el vuelo en términos de combustible, planes de vuelo, meteorología entre otras variables. [Hace que la compañía gane $]

FMGC (Flight management guidance and control):

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:

- 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 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.

Ruta OFFSET:

Teclado para la función de optimización, en el caso del B-737.

CDU:

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: GOL – 4.5 centavos de dólar

Costo Asiento Kilómetro

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 hora de vuelo Costo de Combustible

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.