{"id":41908,"date":"2021-08-12T10:00:53","date_gmt":"2021-08-12T08:00:53","guid":{"rendered":"https:\/\/www.gacetaeronautica.com\/gaceta\/wp-101\/?p=41908"},"modified":"2021-07-15T10:33:01","modified_gmt":"2021-07-15T08:33:01","slug":"electronica-a-bordo-breve-iniciacion-a-la-avionica","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.gacetaeronautica.com\/gaceta\/wp-101\/electronica-a-bordo-breve-iniciacion-a-la-avionica\/","title":{"rendered":"Electronica a bordo: Breve iniciaci\u00f3n a la avi\u00f3nica"},"content":{"rendered":"
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El Flight Management System en un A320 (foto: Carlos Alc\u00e1ntara).<\/figcaption><\/figure>\n

La electr\u00f3nica es el campo de la ingenier\u00eda y de la \u00a0f\u00edsica relativo al dise\u00f1o y aplicaci\u00f3n de dispositivos, para la transmisi\u00f3n, recepci\u00f3n, y almacenamiento de datos, y en general informaci\u00f3n, que puede consistir en voz o m\u00fasica como en un receptor de radio, en una imagen en una pantalla de televisi\u00f3n, o en n\u00fameros u otros datos en una computadora.
\nSu mayor aplicaci\u00f3n actual quiz\u00e1s est\u00e9 en los sistemas digitales, dispositivos destinados a la generaci\u00f3n, transmisi\u00f3n, procesamiento y\/o almacenamiento de datos como comentado anteriormente, basado en el proceso de niveles discretos de voltaje.<\/p>\n

Se considera que la electr\u00f3nica se inici\u00f3 con el diodo de vac\u00edo inventado por\u00a0John Ambrose Fleming\u00a0en\u00a01904, cuyo funcionamiento est\u00e1 basado en el efecto Edison por ser Thomas Alva Edison,\u00a0que fue el primero en observar en\u00a01883\u00a0la emisi\u00f3n\u00a0termoi\u00f3nica, al colocar una l\u00e1mina dentro de una\u00a0bombilla\u00a0para evitar el ennegrecimiento que produc\u00eda en la ampolla de vidrio el filamento de\u00a0carb\u00f3n.<\/p>\n

El otro gran paso lo dio\u00a0Lee De Forest\u00a0cuando invent\u00f3 en 1906 el\u00a0triodo, dispositivo que es b\u00e1sicamente como el diodo de vac\u00edo, al que se le a\u00f1adi\u00f3 una rejilla de control situada entre el\u00a0c\u00e1todo y la placa (\u00e1nodo), con el objeto de modificar la nube electr\u00f3nica del\u00a0 citado c\u00e1todo, variando as\u00ed la corriente de la placa.<\/p>\n

Esto fue de gran importancia para conseguir que se fabricaran los primeros\u00a0amplificadores\u00a0de sonido, receptores de\u00a0radio, televisores, etc\u00e9tera, as\u00ed como que, conforme pasaba el tiempo, las\u00a0v\u00e1lvulas de vac\u00edo\u00a0se fueran perfeccionando y mejorando\u00a0 surgiendo otros tipos, como los\u00a0tetrodos (v\u00e1lvulas de cuatro electrodos), los pentodos (cinco electrodos), y otras para aplicaciones de alta potencia, cuya evoluci\u00f3n pasaba por perfeccionamientos, como la disminuci\u00f3n de su peso y tama\u00f1o, necesario en el entorno aeron\u00e1utico de forma especial.<\/p>\n

Pero fue definitivamente con la\u00a0aparici\u00f3n del transistor \u00a0de la mano de\u00a0John Bardeen\u00a0y de\u00a0Walter Brattain de la\u00a0Bell Telephone\u00a0en\u00a01948, cuando se hizo posible una mayor miniaturizaci\u00f3n y ligereza de los dispositivos electr\u00f3nicos ampliamente utilizados en aviaci\u00f3n, sobre todo en el \u00e1rea de las comunicaciones, y adem\u00e1s, al no funcionar en vac\u00edo como las v\u00e1lvulas, sino en un estado semiconductor, no necesitaba centenares de voltios de tensi\u00f3n para operar.<\/p>\n

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Esquema del sistema de control de vuelo de un avi\u00f3n moderno (imagen: Javier Y\u00e9benes).<\/figcaption><\/figure>\n

Con la aparici\u00f3n de los circuitos integrados, el utilizar la electr\u00f3nica digital se hizo m\u00e1s usual y naci\u00f3 el t\u00e9rmino \u201cavi\u00f3nics<\/em>\u201d (\u201cavi\u00f3nica<\/em>\u201d en castellano) que, referenciando a\u00a0 la electr\u00f3nica aplicada a la aviaci\u00f3n, lo hace tambi\u00e9n a los \u00a0sistemas que permiten mantener la aeronave bajo control, pasando a ser uno de los tres ejes b\u00e1sicos en el dise\u00f1o y construcci\u00f3n de aviones junto a los estructurales y a los de \u00a0propulsi\u00f3n, incluyendo as\u00ed mismo los dedicados a las comunicaciones, navegaci\u00f3n, informaci\u00f3n y otros sistemas auxiliares que, distribuidos por todo el avi\u00f3n constituyen hasta el 30% del costo total de la aeronave.<\/p>\n

La utilizaci\u00f3n inicialmente de medios mec\u00e1nicos para la transmisi\u00f3n de los comandos del piloto a las superficies de control, evolucion\u00f3 a sistemas hidr\u00e1ulicos y cambi\u00f3 de una forma radical con el desarrollo, y cada vez mayor utilizaci\u00f3n, del\u00a0 Fly by Wire<\/em> (FBW) sistema al que, aunque no sea realmente \u201celectr\u00f3nico\u201d, dedicaremos unas l\u00edneas por estar fundamentalmente apoyado en medios electr\u00f3nicos computarizados.<\/p>\n

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Principios de funcionamiento de los controles de vuelo mec\u00e1nicos y electr\u00f3nicos (imagen: Javier Y\u00e9benes).<\/figcaption><\/figure>\n

Fly by wire<\/strong><\/h3>\n

El FBW<\/strong> es un sistema que reemplaza los controles de vuelo manuales convencionales (mec\u00e1nicos), por se\u00f1ales el\u00e9ctricas que se transmiten por cables el\u00e9ctricos (de ah\u00ed el nombre \u201cFly by Wire<\/em>\u201d, \u201cvuelo por cable<\/em>\u201d), que las computadoras de control de vuelo a bordo, indican c\u00f3mo se debe mover el actuador de cada una de las superficies de control con el fin de obtener la respuesta solicitada.<\/p>\n

El sistema tambi\u00e9n permite el env\u00edo autom\u00e1tico de datos sobre los sistemas a bordo, se\u00f1ales por parte de las computadoras de la aeronave para realizar ciertas funciones sin que intervenga el piloto, como ayudar a mantener estabilizada la aeronave, lo que ha obligado al abandono del enfoque cl\u00e1sico en el dise\u00f1o de los aviones en el que se buscaba que fuese estable desde el punto de vista aerodin\u00e1mico sin necesidad de actuar sobre las superficies de control.<\/p>\n

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Fly by wire (imagen: Javier Y\u00e9benes).<\/figcaption><\/figure>\n

El principio utilizado por este sistema, es la detecci\u00f3n constante del error en la superficie de control que provoca la retroalimentaci\u00f3n de la se\u00f1al de salida al ordenador de\u00a0 los mandos de vuelo FCC (\u201cFlight Control Computer\u201d) de \u00a0\u00a0tal manera que cuando el piloto a bordo o el autom\u00e1tico haga una operaci\u00f3n (que ser\u00e1 la se\u00f1al de entrada), la diferencia en la posici\u00f3n de la superficie de control ser\u00e1 analizada y el sistema, comparando la se\u00f1al de\u00a0 entrada y la de salida enviar\u00e1 una se\u00f1al de correcci\u00f3n hasta que se igualen entre s\u00ed.<\/p>\n

En lugar de tener un sistema convencional de control de vuelo como refuerzo, las aeronaves comerciales est\u00e1n normalmente controladas en su totalidad por sistemas FBW instalando en ellas m\u00e1s de uno, e incluso utilizando este sistema por triplicado como es el caso del B777 y el A340 que tienen limitados sistemas de respaldo para asegurar en vuelo de crucero su \u201csupervivencia\u201d si existieran problemas de tipo el\u00e9ctrico, por lo\u00a0 que todos los sistemas FBW deben de tener un sistema completo de respaldo mec\u00e1nico.<\/p>\n

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Interconexiones del sistema FBW (imagen: Javier Y\u00e9benes).<\/figcaption><\/figure>\n

Guiando al avi\u00f3n<\/strong><\/h3>\n

Otra aplicaci\u00f3n de la electr\u00f3nica a la aviaci\u00f3n lo constituye el sistema de posicionamiento global \u201cGPS<\/strong>\u201d (\u201cGlobal Positioning System\u201d<\/em>) que permite determinar con gran precisi\u00f3n y rapidez la localizaci\u00f3n de cualquier objeto sobre la tierra, por lo que se est\u00e1 convirtiendo d\u00eda a d\u00eda en una gran herramienta para la navegaci\u00f3n a\u00e9rea.<\/p>\n

El objetivo de todos los sistemas mencionados es garantizar un alto nivel de seguridad en la operaci\u00f3n de la aeronave, incluyendo varios subsistemas como por ejemplo, el de advertencia de proximidad del suelo, GPWS<\/strong> (\u201cGround Proximity Warning System<\/em>\u201d) cuya funci\u00f3n es advertir al piloto de que la nave puede estar en riesgo de hacer contacto no intencionado con el suelo, mediante la lectura de sensores de diferentes sistemas. O el de alerta de tr\u00e1fico y prevenci\u00f3n de colisiones TCAS<\/strong> (\u201cTraffic Alert and Collision Avoidance System<\/em>\u201d), que b\u00e1sicamente consiste, en un dispositivo transmisor-receptor que explora continuamente se\u00f1ales procedentes de otros dispositivos TCAS para detectar la presencia de otra aeronave con riesgo de colisi\u00f3n en las proximidades.<\/p>\n

Airbus tambi\u00e9n ofrece una versi\u00f3n mejorada llamada AP\/FD TCAS<\/strong> que permite al avi\u00f3n gestionar por si mismo la resoluci\u00f3n de una alerta. Si el AP esta conectado, las instrucciones de vuelo que genera el TCAS directamente son transferidas a este. Por tanto, el propio avi\u00f3n ajusta los par\u00e1metros de vuelo (incluida la potencia), seg\u00fan los perfiles de vuelo que indique el TCAS. El sistema act\u00faa con mayor rapidez y precisi\u00f3n que si se volara manualmente. Adem\u00e1s, puede asumir el disparo de alertas sucesivas, encadenando una maniobra tras otra, todo de forma autom\u00e1tica.<\/p>\n

Si por el contrario, el AP est\u00e1 en \u201coff\u201d y el TCAS genera una alerta, las indicaciones para solventar esa situaci\u00f3n son enviadas al FD. Dado que los pilotos est\u00e1n m\u00e1s acostumbrados a su uso para realizar normalmente las maniobras habituales, esto resulta m\u00e1s claro y seguro para las tripulaciones.<\/p>\n

Comunicaciones<\/strong><\/h3>\n

Un importante sector de la avi\u00f3nica, es el sistema responsable de garantizar canales de comunicaci\u00f3n en el interior del avi\u00f3n y entre \u00e9ste y las estaciones en tierra, cada vez m\u00e1s numerosos y complejos, por lo que van adquiriendo mayor importancia.<\/p>\n

Actualmente no solo las comunicaciones relativas a la navegaci\u00f3n a\u00e9rea son importantes, si no tambi\u00e9n aquellas que mantienen los pasajeros con el exterior del avi\u00f3n y por las cuales las aerol\u00edneas suelen facturar una determinada cantidad al pasajero.<\/p>\n

Presentaci\u00f3n de la informaci\u00f3n<\/strong><\/h3>\n

En conjunto, una gran parte de la avi\u00f3nica se integra en la llamada \u201ccabina de cristal\u201d (\u201cGlass Cockpit<\/em>\u201d), pr\u00e1cticamente est\u00e1ndar en todas las aeronaves comerciales. All\u00ed los instrumentos se agrupan en unas pantallas o \u201cdisplays\u201d que presentan de manera m\u00e1s clara la informaci\u00f3n a los pilotos.<\/p>\n

Mientras una cabina tradicional est\u00e1 basada en gran cantidad de instrumentos de vuelo mec\u00e1nicos para mostrar la informaci\u00f3n, la cabina de cristal utiliza varias pantallas controladas por sistemas de gesti\u00f3n de vuelo que pueden ser configuradas para mostrar la informaci\u00f3n necesaria e id\u00f3nea en cada momento del vuelo, permitiendo simplificar la navegaci\u00f3n y operaci\u00f3n de la aeronave, consiguiendo que los pilotos puedan centrarse en la informaci\u00f3n relevante en cada momento del vuelo.<\/p>\n

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La moderna cabina del A380 al momento de la visita del avi\u00f3n a FIDAE 2008. En aquel momento el sistema estaba en fase de experimentaci\u00f3n y no hab\u00eda sido instalado aun como un elemento est\u00e1ndar de la aeronave (foto Esteban Brea).<\/figcaption><\/figure>\n

Las primeras \u201ccabinas de cristal\u201d se comenzaron a utilizar en los aviones McDouglas MD-80\/90, Boeing B737 – CLASIC, B757, B767- 200\/300, Airbus A300-600 y A310, por nombrar algunos ejemplos. Estos usaban sistemas electr\u00f3nicos de informaci\u00f3n de vuelo EFIS<\/strong> (Electronic Flight Information System<\/em>\u201d) que mostraba solamente la altitud y la informaci\u00f3n de navegaci\u00f3n, manteniendo los instrumentos mec\u00e1nicos tradicionales para mostrar velocidad aerodin\u00e1mica, altitud y velocidad vertical.<\/p>\n

Las cabinas de cristal m\u00e1s recientes, en aviones Boeing\u00a0B737NG,\u00a0B747-400,\u00a0B767-400,\u00a0B-777, \u00a0todos\u00a0 los modelos A320\u00a0y posteriores,\u00a0Ilyushin IL-96 y Tupolev Tu-204, han reemplazado completamente los instrumentos mec\u00e1nicos por una pareja de EFIS: el PFD<\/strong> (\u201cPrimary Flight Display<\/em>\u201d)\u00a0 que presenta los par\u00e1metros de vuelo, de forma similar a como lo har\u00eda el horizonte artificial \u00a0y el ND<\/strong> (\u201cNavigation Display<\/em>\u201d) que muestra los par\u00e1metros de ruta, plan de vuelo, \u201cwaypoints\u201d, VOR, etc.<\/p>\n

Monitorizaci\u00f3n de sistemas de la aeronave<\/strong><\/h3>\n

El EICAS<\/strong> en Boeing (\u201cEngine Indicating and Crew Alerting System<\/em>\u201d) y en Airbus el ECAM<\/strong> (\u201cElectronic Centralized Aircraft Monitor<\/em>\u201d son sistemas integrados usados en las aeronaves comerciales modernas para proporcionar variada informaci\u00f3n del funcionamiento de los motores y otros sistemas a la tripulaci\u00f3n, incluyendo informaci\u00f3n meteorol\u00f3gica.<\/p>\n

Otros valores t\u00edpicos monitorizados por el EICAS son los correspondientes a los sistemas hidr\u00e1ulicos, neum\u00e1ticos el\u00e9ctricos, deshielo y estado de las superficies de control entre otros, siendo una de las funciones esenciales en una \u201ccabina de cristal\u201d, que sustituye a todos los instrumentos anal\u00f3gicos de accionamiento mec\u00e1nico por pantallas multifunci\u00f3n MFD<\/strong> (\u201cMulti Function Display<\/em>\u201d) controladas por software.<\/p>\n

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MFD presentando datos de navegaci\u00f3n y radar (imagen via Javier Y\u00e9benes).<\/figcaption><\/figure>\n

Por otra parte, en el panel central se sit\u00faan los EICAS (Boeing) y ECAM (Airbus) mencionados anteriormente que presentan el EWD<\/strong> (\u201cEngine Warning Display<\/em>\u201d) con los par\u00e1metros indispensables, mensajes de alerta y acciones a tomar como consecuencia de los mismos y el SD<\/strong> (\u201cSystem Dispay\u201d) con una presentaci\u00f3n esquem\u00e1tica de los principales sistemas de la aeronave como los de combustible, hidr\u00e1ulico, el\u00e9ctrico, acondicionamiento de aire, etc.<\/p>\n

En aproximaci\u00f3n y tierra<\/strong><\/h3>\n

Adicionalmente como parte de la avi\u00f3nica habitual de un avi\u00f3n comercial se encuentra el ILS <\/strong>(\u201cInstrument Landing System<\/em>\u201d), \u201csistema de aterrizaje por instrumentos<\/em>\u201d que tiene como funci\u00f3n ayudar a los pilotos a alinear la aeronave con el eje central de la pista de aterrizaje y a mantener la altura correcta en la maniobra de aproximaci\u00f3n final, utilizando a bordo un receptor que procesa las se\u00f1ales radioel\u00e9ctricas procedentes de un conjunto de transmisores, unos en el lateral del principio de la pista para informar de si el avi\u00f3n vuela a la altura correcta respecto a la ideal (\u201cpendiente de planeo\u201d) (\u201cGlide Path<\/em>\u201d) \u00a0y un segundo grupo de emisores situados al final de la pista en la prolongaci\u00f3n de su eje \u00a0(\u201clocalizer<\/em>\u201d) que prov\u00e9e\u00a0 de informaci\u00f3n sobre la alineaci\u00f3n con la pista convirtiendo ambas se\u00f1ales en informaci\u00f3n precisa de direcci\u00f3n y altitud.<\/p>\n

El ROW\/ROP<\/strong> \u00a0(Runway Overrun Warning and Prevention System<\/em>) es un sistema desarrollado por Airbus que integra numerosos par\u00e1metros de vuelo con el fin de lograr un aterrizaje m\u00e1s eficaz y seguro. El ROW\/ROP usa informaci\u00f3n de posicionamiento por sat\u00e9lite en tiempo real para establecer exactamente donde est\u00e1 la aeronave, y la combina con una base de datosde aeropuertos, sus pistas y rodajes. \u00a0Si la tripulaci\u00f3n inici\u00f3 la maniobra de aproximaci\u00f3n y aterrizaje segun un perfil estandar, el sistema ira corrigiendo los puntos de parada autom\u00e1ticamente, seg\u00fan pudiera variar alg\u00fan dato. Pero si el ROW\/ROP calcula durante la aproximaci\u00f3n final que la aeronave no ser\u00e1 capaz de detenerse dentro de la longitud de la pista, se disparar\u00e1 una alarma sonora diciendo \u201crunway too short\u201d (pista demasiado corta), y uno o los dos arcos violetas en pantalla se mover\u00e1n m\u00e1s all\u00e1 de la pista. Una indicaci\u00f3n clara de dar gases e intentar una nueva aproximaci\u00f3n. \u00a0Tambi\u00e9n si la condici\u00f3n de pista lo requiere puede activarse otra alerta: \u201cIf wet, runway too short\u201d (si esta mojado, pista demasiado corta).<\/p>\n

El sistema ROW\/ROP activado para la pista 14R de Toulouse-Blagnac, y el puntero del sistema BTV designando la salida M4 (imagen Airbus).<\/figcaption><\/figure>\n

Si la tripulaci\u00f3n decide adem\u00e1s usar el sistema BTV<\/strong> (Brake-to-Vacate<\/em>), algo asi como \u201cfreno para desocupar la pista\u201d, podr\u00e1 al momento de designar la pista para el aterrizaje, elegir la calle de salida por la cual quieren liberar la pista.<\/p>\n

De esta manera el sistema a\u00f1adir\u00e1 ese dato a todos los par\u00e1metros de aterrizaje para que el avi\u00f3n se mueva a 10kt (18 km\/h) dentro de los 50 metros pr\u00f3ximos a la salida elegida. Si el sistema considera que la salida esta muy pr\u00f3xima al punto de toma, lo indicar\u00e1 a la tripulaci\u00f3n. Si la salida seleccionada es del tipo \u201cfast exit\u201d, los pilotos podr\u00e1n cancelar el BTV.<\/p>\n

Ya rodando en tierra, la tripulaci\u00f3n puede seleccionar pantallas adicionales, por ejemplo, el plano del aeropuerto TDS<\/strong> (\u201cTaxi Display System<\/em>\u201d), una ayuda excepcional para el rodaje de los aviones en tierra sobre todo en condiciones de baja visibilidad.<\/p>\n

Queda claro que la complejidad de la industria de la aviaci\u00f3n actual ser\u00eda imposible sin la ayuda de los sistemas electr\u00f3nicos que incorporan las aeronaves, y que permiten a su tripulaci\u00f3n gestionar la navegaci\u00f3n y el vuelo en cielos abarrotados.<\/p>\n

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Bibliograf\u00eda consultada:<\/strong> \u00a0Siemens, Telcom, OACI, Airbus y Boeing.<\/p>\n

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Nota:<\/strong> Una versi\u00f3n primigenia de este art\u00edculo se public\u00f3 en el bolet\u00edn de la Asociaci\u00f3n Aire.<\/p>\n

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La complejidad de la industria de la aviaci\u00f3n actual ser\u00eda imposible sin la ayuda de los sistemas electr\u00f3nicos que incorporan las aeronaves, y que permiten a su tripulaci\u00f3n gestionar la navegaci\u00f3n y el vuelo en cielos abarrotados. A continuaci\u00f3n una breve introducci\u00f3n a la avi\u00f3nica.<\/p>\n","protected":false},"author":34,"featured_media":42298,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_jetpack_newsletter_access":"","_jetpack_dont_email_post_to_subs":false,"_jetpack_newsletter_tier_id":0,"_jetpack_memberships_contains_paywalled_content":false,"_jetpack_feature_clip_id":0,"_jetpack_memberships_contains_paid_content":false,"footnotes":"","jetpack_post_was_ever_published":false},"categories":[5],"tags":[],"class_list":["post-41908","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-general"],"yoast_head":"\nElectronica a bordo: Breve iniciaci\u00f3n a la avi\u00f3nica - Gaceta Aeronautica<\/title>\n<meta name=\"description\" content=\"La complejidad de la industria de la aviaci\u00f3n actual ser\u00eda imposible sin la ayuda de la avi\u00f3nica que incorporan las aeronaves.\" \/>\n<meta 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