La Aviónica, la cabina e instrumentos de vuelo.

1. Aviónica instalada en un Airbus A-350-1000.

Avionics, es la contracción de las dos palabras inglesas aviation y elec-tronics, la traducción al castellano es aviónica. Es el corazón de todas las aeronaves modernas del mundo, tanto comerciales, como militares, pri-vadas, ejecutivas, satélites y naves espaciales. Controla todo el sistema de comunicaciones, navegación, la proyección en las pantallas de la ca-bina de pilotaje de los instrumentos necesarios para el vuelo, múltiples sistemas de gestión y control de vuelo del aparato, cartas de navegación y meterologicas, detectadas por el radar, o las enviadas por los centros de datos y mensajes de las compañías que pueden ser impresos en vuelo. 

2. Aviónica instalada en una Cessna Citation.

Estos sistemas pueden ser tan complicados como el tipo de aeronave que lo monte, tales como control de fuego en un caza, detección de apa-ratos en vuelo,  para su localización, evasión en caso de ataque, re-abas-tecimiento en vuelo. Suelen estar instaladas en la parte frontal de los aparatos militares, en la mayoría de los aviones privados, tal y como ve-mos en la imagen superior y compartimentos diseñados especialmente para las aeronaves comerciales, localizados en la parte superior o inferior de la cabina de pilotaje y siempre cerca de ésta y en proximidad a las áreas de descanso de la tripulación en los aparatos de largo radio.

3. Localización de la aviónica en distintas aeronaves.

La palabra aviónica, fue acuñada por el periodista Philip J. Klass, como una conjunción de las palabras descritas más arriba. Su origen se remonta a la Segunda Guerra Mundial, con la creación del piloto automático, para ayudar a las fortalezas volantes a realizar un vuelo estable a gran altitud, el radar, tanto de tierra como en las aeronaves, desarrollado por Reino Unido, Alemania y los EE.UU. La aviónica moderna  tiene como base de desarrollo en aparatos militares como los F-15E, Eagle y los ya retirados F-14 Tomcat, que fueron los pioneros y bancos de pruebas en la utiliza-ción del nuevo sistema de vuelo conocido como fly-by-wire, vuelo por cable en castellano, y las nuevas necesidades de navegación en espacios reducidos. 

4. Esquema de funcionamiento del fly-by wire.

El mayor avance en la aviación comercial ha tenido lugar con el aumento de vuelos comerciales a nivel mundial, convirtiéndose en el medio de transporte más seguro, rápido y eficiente de todos, en la que los grandes fabricantes como Boeing y Airbus, han sido pioneros en su utilización, aunque el segundo de ellos ha sido el más fiel a su evolución desde los cazas, mediante la instalación del Joy-stick en todos los modelos fabrica-dos desde el Airbus A-320. Como vemos en el esquema superior, los ca-bles metálicos han sido sustituidos por cables eléctricos y en los apara-tos más modernos por fibra óptica y computadores de a bordo. En la imagen inferior vemos la diferencia entre el sistema mecánico y el fly-by- wire. En la que Boeing todavía mantiene el yoke clásico.

5. Diferencias entre el sistema mecánico y el fly-by-wire.

La aviónica moderna y su desarrollo cuenta con el apoyo incondicional de la FAA, (Federal Aviation Administration), norteamericana y la euro-pea  SESAR, (Single European Sky AirTraffic Management Reserch), pa-ra la mejora del tráfico aéreo en el mundo, tanto en vuelo como en tierra, evitar y minimizar en lo posible las colisiones mediante todos los siste-mas integrados de navegación, comunicaciones entre aeronaves y con-trol aéreo, rutas de vuelo, así como en aproximaciones y despegues de los aeropuertos, tanto en tiempo claro como con visibilidad muy reduci-da o cero, separación entre aeronaves en vuelo tanto horizontal como vertical.

6. Aircraft Electronics Association.

La AEA, (Aircraft Electronics Association), Asociacion Electronica para la Aviación, en castellano, fue creada en 1957, para el desarrollo de la avió-nica, mejora, formación de técnicos  para la instalación, reparación de los sistemas electrónicos para  el correcto funcionamiento de las aeronaves comerciales, militares, aviación privada y de negocios, en la que están in-tegradas  empresas gubernamentales de distintos países, además de empresas privadas como, Panasonic Avionics Corporation, Honeywell, propietaria de Bendix y King, Rockwell Collins, Thales Group, GE Aviation Systems, Garmin, Parker Hannifin, UTC Aerospace Systems Avidyne Cor-poration entre otras.

7. Comparativa de las cabinas analógica/digital del Boeing B-737.

Todo este equipamiento electrónico va instalado en las aeronaves actua-les y se ve reflejado en la cabina de mando del aparato, cockpit, o flight deck, en la voz inglesa. Estas han sufrido muchos cambios desde su ori-gen hasta la actualidad, tal y como vemos en la comparativa de la imagen superior, cuando se introdujeron las denominadas cabinas de cristal, glass cockpits en 1970. Las cabinas de mando anteriores a este año eran todas ellas de relojes, tal y como vemos en la imagen anterior, supe-rior. La tripulación estaba integrada por comandante, primer oficial e ingeniero de vuelo en todos los aparatos comerciales. Recién finalizada la Guerra se incluía también un mecánico de vuelo, siendo parte de la tripulación en los vuelos militares actuales.

8. Leyenda de los instrumentos de vuelo de una cabina de vuelo de cristal.

La cabina de vuelo siempre ha estado bloqueada desde su interior, pero desde los acontecimientos del 9 de Septiembre de 2001, en Nueva York, están equipadas con cerraduras electrónicas. Por norma,  un miembro de la tripulación de la cabina de pasajeros, siempre tiene que estar presente en la cabina de vuelo cuando uno de los pilotos se ausente, hasta su regreso. Las visitas de los pasajeros a la cabina de pilotaje en vuelo han sido suspendidas después de lo acaecido. En la fotografía superior ve-mos la leyenda explicativa de los diferentes instrumentos de vuelo de una cabina de cristal, mediante proyección de los distintos sistemas de vuelo, como el radar, combustible de los motores, horizonte artificial,  altitud, velocidad del aire en las pantallas de cristal líquido. La mayoría de aeronaves utilizan sistemas eléctricos de de corriente  alterna de 14 ó 28 voltios, mientras que los aparatos comerciales de pasajeros, militares y de combate lo hacen a 115 voltios de corriente alterna y 400 hertzios.

9. Cabina de mando completa del B-787 Dreamliner.

La cabina de pilotaje es el centro neurálgico de cualquier aeronave desde donde se vuela, comunica, navega, controla la situación del aparato, se toman decisiones meteorológicas, a través de los distintos sistemas co-mo el radar que sirve para detectar las posibles tormentas, turbulencias en tiempo claro, cizalladuras en las aproximaciones finales para tomar tierra, o en los despegues, además de detectar otros aparatos cerca de nosotros.

10. Esquema de funcionamiento de las comunicaciones.

Las comunicaciones son esenciales en aviación porque todas las aero-naves del mundo están en contacto continuo con el control aéreo, des-de el momento que abandonan el aparcamiento del aeropuerto hasta que llegan a su destino. Es tan importante que si un aparato no tiene ra-dio el vuelo se retrasa o suspende hasta la llegada de uno nuevo. Razón por la cual las aerona-ves están plagadas de antenas  VHF, de satélite, GPS, aproximación al suelo, de altura, WI-FI, para los pasajeros, etcétera. Para los interesados en ampliar informacion pueden revisar el capítulo “Control Aéreo y Meteorología” en éste mismo blog.

11. Esquema de situación de antenas en una aeronave.

En la imagen superior, vemos la situación y nombre de las antenas, cuya información es monitoreada en la cabina de pilotaje y cuya mayoría de datos son enviados a los ordenadores centrales del seguimiento de vuelos de cada compañía. El sistema de comunicacion aéreo en VHF, (Very High Frecuency), tiene lugar en la frecuencia de entre 118.000 kHz a los 136.975 kHz. Cada canal está espaciado en 8,33 kHz en Europa y 25 kHz para el resto del mundo, es utilizado para  comunicarse entre aparatos y el control aéreo. La HF, (High Frecuency), también se utiliza en los vuelos transoceánicos, al igual que la satelital.

12. Esquema de funcionamiento del sistema de navegación.

El sistema de navegación de una aeronave, representado en la imagen superior, es el que determina la posición del aparato según la zona del globo en el     que se encuentre, utilizando sistemas como GPS, (Global Positioning System), satélites, ADS-B, (Automatic Dependent Survei-llance-Broadcast), sistema utilizado por la aplicación de seguimientos de vuelos “Flightradar 24”, además de GNSS, (Global Navigation Satelite Systems), IRS, (Inertial Reference System), mediante la fijación de la posición en tierra de los acelerómetros y giroscopios FMS, (Flight Mana-gement System), mediante la introducción de datos de la ruta en vuelo, Navaids, (Radio NAVigation AIDS), poco utilizado en la actualidad, al igual que los sistemas VOR, VHF Omnidirectional Range) y LORAN, (LOng RAnge Navigation), con equipos situados en tierra. Al principio de la aviónica, se necesitaba la ayuda de los ingenieros de vuelo y navegantes para trazar la ruta de vuelo en el mapa de papel. En la actualidad se pro-yecta en las pantallas de la cabina de vuelo. 

13. Primera cabina de cristal instalada en el Gulfstream IV.

Las primeras cabinas de cristal emergieron en la década de 1970, cuan-do las pantallas de rayos catódicos o CRT, (Cathode Ray Tubes), llegaron a las cabinas de vuelo para sustituir los antiguos dispositivos electro me-cánicos, relojes y otros instrumentos, mediante la proyección de los mis-mos en las pantallas instaladas en la cabina de pilotaje, además de la instalación de nuevos dispositivos y diales compitiendo todos ellos por su espacio y atraer la atención y miradas de los pilotos. En 1970, las aeronaves contaban con mas de 100 instrumentos en la cabina. La primera cabina de cristal fue instalada en 1985 en un avión ejecutivo, el Gulfstrean IV, tal y como vemos en la fotografía superior. El mayor reto de los pilotos con éstas nuevas cabinas es  alcanzar un equilibrio entre la automatización y el vuelo manual de la aeronave, aunque la mayoría de los modernos aparatos están equipados con más ordenadores de a bordo a los que monitorear, aunque también están más informados en todas las fases del vuelo.

14. Diferencias entre una cabina analógica y una digital.

Los controles y sistemas de vuelo son los mismos en las cabinas analó-gicas, como en las digitales. En la imagen superior vemos en el lado iz-quierdo la cabina de un avión militar, con algunas incorporaciones digi-tales, mientras que a la derecha vemos la de un aparato comercial con la cabina totalmente digitalizada.

15. Diagrama de funcionamiento del sistema anticolisión.

TCAS, (Traffic alert and Collision Avoidance System), Sistema Anticoli-sión en vuelo, en castellano , detecta la localización y proximidad de las aeronaves en vuelo y da instrucciones precisas y de obligado cumpli-miento a los pilotos, para evitar una colisión en el aire, según vemos en la fotografía superior. Todos los aparatos comerciales y la gran mayoría de los ejecutivos, están equipados con éste equipamiento. Aeronaves privadas más pequeñas montan el TPAS, (Traffic and alert Passive Avoi-dance System), la diferencia estriba en que no hay conversación entre los traspondedores de las aeronaves y como consecuencia, no les indica a los pilotos la acción a tomar, pero les avisa de la proximidad de otro aparato.

16. Pantalla de visualización en cabina del sistema de control del terreno.

El CFIT, (Control Flight Into Terrain), Control del Sistema de Aproxima-ción a Tierra, Es el control con el que cuentan las aeronaves más moder-nas, mediante el cual el piloto ve la simulación real del terreno sobre el que sobrevuela y puede realizar una aproximación correcta, tal y como observamos en la imagen superior.

17. Visualización en cabina del GPWS en un A-320.

El GPWS, (Ground Proximity Warning System), o Sistema de Alarma de Aproximación al suelo. Utiliza los altímetros del radar de la aeronave para medir la distancia al suelo, obteniendo la proyección del terreno en la pantalla de la cabina. El mayor inconveniente de este sistema es la vista desde el aire, donde el color rojo nos indica los puntos más altos y al mis-mo tiempo la ruta de vuelo sin obstáculos a seguir, como podemos ver la imagen superior.

18. Equipo TAWS de Garmin para su instalación en las cabinas de vuelo.

Sin embargo los aparatos más modernos están equipados con el sistema TAWS, (Terrain Awareness Warning System), Sistema de Alerta de Vi-sualización del Terreno. Donde la información es la misma que en el GPWS pero con una imagen del terreno en relieve, proyectada en la cabi-na de vuelo, tal y como vemos en la fotografía superior. A la izquierda vemos el mapa de la zona de vuelo y a la derecha el horizonte artificial superpuesto sobre el terreno de vuelo en color, con mediciones de al-tura.

19. Visualización del HUD con visión nocturna en aproximación.

Un componente esencial para las aeronaves actuales es el HUD, (Head Up Display), es un visor transparente que refleja informacion de vuelo esencial como el horizonte artificial, altura de vuelo y otra informacion básica frente a nuestros ojos, para no tener que separar la vista del parabrisas, tal y como vemos más arriba. Se instaló originalmente en los cazas y aparatos militares de transporte, una vez vista su eficacia pasó a los aviones comerciales y ejecutivos. Últimamente se está instalando en automóviles de alta gama con el mismo fin, aunque su uso puede consi-derarse como esnobismo más que por utilidad.

20. Esquema de funcionamiento del ACARS.

El ACARS, (Aircraft Communications Addressing and Reporting Sys-tem), Sistema de Información y Control de  Comunicaciones en Vuelo. Es un sistema de comunicacion digital de datos entre las aeronaves en  tie-rra, vuelo, estaciones terrestres y control aéreo, mediante la utilización del sistema de radio VHF, (Very High Frequency), HF, (High Frequency) y/o vía satélite. Fue diseñado por ARINC, (Aeronáutical Radio INCorpo-rated) e incorporado al mundo de la aviación en 1978 y la multinacional suiza de información tecnológica de comunicaciones, SITA, (Societé Internationale de Telecomunications Aeronautiques), mediante la uti-lización del telex como forma impresa de comunicación. 

21. Equipamiento ACARS instalado en la cabina.

La compañía piloto para su prueba fue la norteamericana Piedmont Airlines. El equipo instalado en la cabina de la aeronave podemos verlo en la fotografía anterior, consistente en un router integrado, la pantalla y una impresora térmica, en la actualidad con la utilización de las tabletas  electrónicas, los mensajes son  recibidos directamente en éstas. El equi po instalado en tierra consta de unos potentes receptores de radio, controlado por un ordenador central denominado AFEPS, (Arinc Front End Processor System), instalado en las sedes centrales de las com-pañías aéreas o en las agencias de seguridad aérea como la FAA ó la europea EASA. En la actualidad graban parámetros del comportamiento de la aeronave y motores, equivalentes a las cajas negras tal y como pudimos ver en la investigación del accidente del vuelo 447 de Air Fran-ce, determinando casi la responsabilidad del accidente y el comporta-miento de la tripulación, como en el caso del vuelo de 370 de Malaysia Airlines, hasta el momento en que el sistema fue desconectado. O tal y como pudimos ver en la película “Sully”, con la lectura errónea del fun-cionamiento de las plantas motrices.

22. Esquema de funcionamiento de las cajas negras de las aeronaves.

Todas las aeronaves comerciales, de negocios y militares disponen de 2 cajas negras. La FDR, (Flight Data Recorder), en la que se recogen todos los datos del aparato, como, la altitud, velocidad, posición de todos los controles, estado de motores etc, puede llegar a registrar hasta 25 horas de datos de vuelos y gran cantidad de parámetros, según el modelo ins-talado. Y la CVR, (Cockpit Voice Recorder), que graba todas las conver-saciones de los pilotos dentro de la cabina de vuelo, comunicaciones con tierra y control aéreo, alarmas y sonidos del entorno. Graba continua-mente en bucle las 2 últimas horas del vuelo, aunque existen algunas más antiguas que tan solo captan 30 minutos. Se encuentran instaladas en la parte trasera del aparato tal y como vemos en el esquema superior.

23. Componentes de las cajas negras.

Como vemos en las imágenes anteriores están pintadas de color naranja brillante con franjas reflectantes, para facilitar su localización después del accidente, están diseñadas para aguantar las altas temperaturas de los incendios siguientes a los incidentes, grandes impactos, soportan grandes presiones y profundidades, cuentan con envolturas de titanio ó acero y están equipadas con emisores submarinos con una duración de hasta 30 días, siendo esenciales para determinar lo ocurrido y determi-nar si el accidente ha sido debido a un fallo técnico o humano, además de como prevención de futuros siniestros.

24. Ilustración del funcionamiento del radar atmosférico.

Los weather systems, sistemas de tiempo atmosférico, están instalados en todas las aeronaves  comerciales, como el radar atmosférico, ARINC 708, cuya antena se encuentra situada en la nariz del aparato cubierto por el radomo, capaz de detectar las turbulencias, con nubes y en tiempo claro, conocidas, como CAT, (Clear Air Turbulence), las tormentas, grani-zos, rayos y poder evitarlas mediante el cambio de altitud o rodeándolas, para impedir pasar a través de ellas a menos que no sea posible el hacer-lo.

25. Radar atmosférico de un B-737.

Los modernos weather systems, instalados en las aeronaves de última generacion, incluyen los sistemas Stormscope o Strikefinder, capaces de detectar los relámpagos dentro de una tormenta y toda la inestabi-lidad que ello conlleva. Pero además, el nuevo sistema de proyección de la imagen de, NEXRAD, en las pantallas de la cabina, creada a través de las conexiones satelitales con la aeronave y en las tabletas de los pilotos, les permite ver las condiciones  meteorológicas con antelación, tal y co-mo vemos en la fotografía inferior.

26. Proyección del NEXRAD en cabina.

La imagen se obtiene a través de los satélites en órbita y una gran red de radares en tierra que son los que procesan la imagen completa del pais y es enviada de forma local, según la zona de vuelo, a todas las aeronaves para que los pilotos dispongan de la información necesaria para su deci-sión final.

27. Antena NEXRAD. 

Los sistemas  más modernos incluyen proyecciones de mapas en movi-miento del terreno que sobrevuelan tanto horizontal, con el sistema GP WS, como en la proyección vertical con el sistema TAWS, descritos ante-riormente. También incluyen los detectores de turbulencia y cizalladura, windshear, en el lenguaje aeronáutico. Son vientos cambiantes a baja altura, existentes en las aproximaciones de toma de tierra y despegue de los aeropuertos, capaces de desestabilizar cualquier aeronave y producir un accidente, cuya información en la cabina de vuelo vemos más abajo, ademas de la facilitada a los pilotos por el control aéreo del aeropuerto.

28. Proyección en cabina de aviso de cizalladura.

El Aircraft Management System, o Sistema de Dirección y Control de la Aeronave, es el encargado de revisar constantemente el funcionamiento general del aparato, corriendo a cargo del HUMS, (Health and Usage Mo-nitoring Systems), que indica a los pilotos y los ingenieros de manteni-miento en tierra, las posibles piezas para sustituir o problemas detec-tados, para su correcto funcionamiento mediante los sensores instala-dos, cuyo diagrama podemos ver en la imagen inferior.

29. Diagrama de funcionamiento del HUMS.

La aviónica de los aparatos militares difiere bastante de la instalada en los comerciales y siempre aplicada a las necesidades de las fuerzas aé-reas, excepto en los aparatos presidenciales de  EE.UU y Rusia principal-mente y algunos otros países, que cuentan con la detección de misiles, pudiendo  interferir y bloquear comunicaciones en tierra, suelen estar equipados con contramedidas antimisiles y los pilotos son militares entrenados para vuelo de disuasión aérea en caso de ataque. Entre los más usuales son los aviones AWACS, (Airborne Warning and Air Control System), que controlan las comunicaciones y las interfieren, como vemos más abajo.

30. Avión AWACS de la OTAN.

Dentro del mismo equipamiento se encuentran los aviones nodriza para el re-abastecimiento en vuelo, como los KC-135, KC-10 Extender, KC-46, A-330 MRTT (Multi Role Transporter and Tanker), basados en modelos comerciales. Nos encontramos también los helicópteros y aparatos anti incendios, los de vigilancia, ataque y salvamento marítimo, que lanzan sondas al océano para marcar la zona, la detección y ataque de sub-marinos, tal y como vemos en la fotografía inferior. YTambién aparatos de fotografía aérea y aviones espía.

31. Aviónica naval para detección de submarinos.

NOTA: Blog sin ánimo de lucro para la divulgación e información de aeronaves comerciales. Toda la informa-ción y las fotografías incluidas proceden de distintas fuentes, como Airlines.net, Jet Photos, Airbus, Boeing, otros fabricantes, etc, obtenidas todas ellas de internet.