aviación nrav

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RNAV, FMSSistemas de

navegación de área062 05

Alex Lozano

RADIO NAVEGACIÓN

FILOSOFIA GENERAL Y DEFINICIONES

062 05 01

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RADIO NAVEGACIÓN

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INTRODUCCIÓN• La demanda por parte de los usuarios de mayor

capacidad y eficacia en el uso del espacio aéreo ha sido el principal impulsor un nuevo concepto de navegación aérea denominado RNAV o Navegación de Área.

• La navegación de área permite la planificación y diseño de rutas no apoyadas en ayudas a la navegación convencionales, proporcionando una mayor capacidad y flexibilidad en la utilización del espacio aéreo disponible y un beneficio a sus usuarios (por ejemplo: ahorro de combustible, trayectorias más directas, etc.)

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INTRODUCCIÓN• Según OACI, en el Anexo 11, la Navegación de área es

un método de navegación que permite operar a una aeronave en cualquier track deseado, bien, dentro de la cobertura de una estación de referencia, o con las limitaciones de un sistema propio de navegación

• Los Ministros de Transportes de la Conferencia Europea de Aviación Civil (CEAC/ECAC) adoptaron en 1990 la denominada Estrategia para el control del tránsito aéreo en Europa. En el seno de la misma, se incluyó la obligatoriedad de equipar a las aeronaves con sistemas RNAV a partir de 1998.

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BASIC RNAV• BRNAV RNP 5

– Desde el 23 de Abril de 1998 resulta obligatorio para las aeronaves que operan en Europa el contar con equipamiento embarcado B-RNAV (RNAV Básica) debidamente aprobado.

– Los equipos B-RNAV deben ofrecer una precisión de navegación lateral y longitudinal en ruta de ± 5NM o superior durante el 95% del tiempo de vuelo (RNP 5) en toda la red de rutas ATS del área ECAC.

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BASIC RNAV– Las Autoridades Aeronáuticas nacionales podrán designar rutas

domésticas en su espacio aéreo inferior que podrán ser utilizadas por aeronaves no equipadas para RNAV, pero que pueden navegar con nivel de precisión RNP 5 (por ejemplo en rutas definidas por VOR/DME).

– Las aeronaves de Estado quedan exentas del cumplimiento de estas obligaciones

– La provisión de la infraestructura B-RNAV corresponde a los Estados, que además, han de asegurar que los servicios de comunicaciones, navegación y vigilancia garantizan una operación segura y con el nivel de calidad adecuado dentro de su área de responsabilidad.

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RNP• La mayor parte de los requisitos de la Aviación Civil

presentan un carácter operacional, inciden directamente en las prestaciones que se desean obtener.

• Estos requisitos se determinan partiendo de un objetivo global de seguridad especificado, el cual se traslada al denominado concepto RNP.

• Las prestaciones necesarias para operar dentro de un espacio aéreo determinado.

• Asociado al concepto RNP, se define una región de confinamiento alrededor de cada trayectoria y cada fase de vuelo.

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RNP• La noción clave de dicho concepto es el criterio de

protección del espacio aéreo, siendo los parámetros RNP aquellos requisitos necesarios para mantener dicha aeronave dentro de la región.

• Los tipos de RNP para las operaciones en ruta se identifican mediante un solo valor de exactitud, definido como precisión de prestación mínima de navegación requerida dentro de un espacio aéreo determinado (p.ej.: RNP-10, RNP-5, RNP-1).

• Los tipos de RNP para las operaciones de aproximación, aterrizaje y salida se definen en términos de precisión, integridad, continuidad y disponibilidad de navegación requerida.

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RNP• Precisión. Suele definirse como la diferencia entre la posición

estimada y la posición real, y se expresa de forma estadística como un determinado percentil en la distribución (típica) de errores.

• Disponibilidad. Probabilidad de que el sistema sea capaz de proporcionar la precisión requerida en la operación deseada.

• Integridad. La integridad comprende la habilidad de un sistema supervisor para proporcionar a tiempo alertas que adviertan cuándo el sistema no debe ser utilizado para la operación deseada.

• Continuidad. Capacidad del sistema para realizar su función en ausencia de interrupciones no programadas. En términos RNP, la continuidad no es más que un tiempo medio entre interrupciones no programadas de disponibilidad.

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DESCRIPCIÓN• La RNAV se define como un método de navegación que

permite la operación de aeronaves en cualquier trayectoria de vuelo deseada, ya sea

– dentro de la cobertura de las ayudas a la navegación (VOR/DME, DME/DME, LORAN C, GPS/GNSS)

– dentro de los límites de las prestaciones de sistemas autónomos (INS/IRS)

– o de una combinación de ambas posibilidades

• (Doc. OACI 9613-AN/937: "Manual on RequiredNavigation Performance (RNP)").

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DESCRIPCIÓN• Las técnicas RNAV permiten realizar vuelos por

cualquier ruta elegida, dentro de la cobertura de disponibilidad e integridad de los sistemas utilizados, sin necesidad de volar sobre puntos fijos definidos por las radiayudas terrestres.

• Los equipos RNAV de a bordo determinan automáticamente la posición de la aeronave procesando los datos recibidos desde uno o más sensores y guían la aeronave de acuerdo a las instrucciones apropiadas de seguimiento de la ruta establecida por los puntos de recorrido fijados.

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DESCRIPCIÓN• Para la determinación de la posición de la aeronave por

los equipos RNAV de a bordo, los datos de entrada pueden ser obtenidos de los siguientes sistemas de navegación:

– DME/DME– VOR/DME– INS– LORAN C (con limitaciones de uso)– GPS (con limitaciones de uso)

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DESCRIPCIÓN• En función de la precisión de navegación requerida

(RNP) que puede conseguir el equipo RNAV, los sistemas se pueden resumir como muestra la siguiente tabla:

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RNP-(x) RNAV (x<1) 1---Error máx.: < 1 NM ;95% de la ruta

RNP-1 RNAVRNAV Precisión

(P-RNAV)Error máx.: ± 1 NM ;

95% de la ruta

RNP-5 RNAVRNAV Básica

(B-RNAV)Error máx.: ± 5 NM ;

95% de la ruta

Aplicabilidad RNAVPost-MASPS

Aplicabilidad RNAVPre-MASPS

Aplicabilidad Prestación de Mantenimiento de

Trayectoria (lateral/longitudinal)

DIMENSIONES RNAV• Los sistemas RNAV se clasifican en cuanto a su potencialidad en:

• RNAV 2D– sistema capaz de realizar navegación de área en el plano horizontal. – LNAV

• RNAV 3D– sistema que respecto al anterior se le ha agregado la capacidad de

guía en el plano vertical. – LNAV + VNAV– Entradas al Sistema de guiado de vuelo y al control de potencia

• RNAV 4D– sistema que respecto al anterior se le ha agregado la función tiempo.

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BENEFICIOS SISTEMA RNAV• Flexibilidad en el diseño de la estructura de rutas ATS.

• Reposicionamiento de las intersecciones de las aerovías.

• Rutas más directas >> mayor flujo de tránsito aéreo.

• Optimización de maniobras de espera.

• SIDs y STARs optimizadas.

• Mejora de los perfiles de descenso.

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BENEFICIOS SISTEMA RNAV• Uso más eficiente del espacio aéreo disponible, con

rutas más flexibles y aplicación del concepto FUA (Uso Flexible del espacio aéreo).

• Reducción de las distancias de vuelo >> ahorro de combustible.

• Optimización de la infraestructura de navegación basada en tierra.

• Beneficios medioambientales: menores emisiones gaseosas de las aeronaves, debido a la optimización de las trayectorias, y menor impacto acústico gracias a la modificación de las rutas de salida y llegada..

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RNAV SIMPLE2D

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RADIO NAVEGACIÓN

PRINCIPIOS• Los equipos RNAV 2D son la primera generación de

sistemas de navegación de área.

• Permite a la tripulación seleccionar un waypoint fantasma, basándose en una estación VOR/DME dentro de su zona de cobertura.

• Seleccionar una ruta deseada para volar hacia el waypoint.

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EQUIPO• El equipo RNAV permite a la tripulación:

– Sintonizar la estación VOR/DME utilizada para definir el waypoint fantasma.

– Definir el wayppoint como un radial y distancia de la estación VOR/DME seleccionada

– Seleccionar una ruta magnética para volar en acercamiento al waypoint

– Seleccionar entre el modo ruta, el modo aproximación o el modo de operación convencional VOR/DME

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ENTRADAS A LA COMPUTADORA

• Las entradas a la computadora de navegación que utiliza continuamente para sus cálculos son:

– Radial y distancia actuales a la estación VOR/DME seleccionada

– Radial y distancia del waypoint seleccionado

– Ruta magnética deseada para volar hacia el waypoint

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Computadora de navegación• La computadora interna del sistema 2D calcula la

posición utilizando matemática simple de seno y coseno, resolviendo problemas de triangulación.

• Teorema del seno

• Teorema del coseno

cC

bB

aA

sinsinsin==

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aCBCBA cos2222 ⋅⋅⋅++=

Computadora de navegación

NMDISDIS

DISDIS

17,11312807

1280779cos29104229104

2

222

==

=

⋅⋅⋅++=

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DIS 1 = 104NM DIS 2 = 29NM

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Computadora de navegación

º56.33956.14325

=+=

+=

WYPT

WYPT

VORWYPT

QDMQDM

QDMQDM α

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º56.142515.0sin

79sin17.113

29sin

sin29

79sin17.113

==

⋅=

=

αα

α

α

SALIDAS DE LA COMPUTADORA

• Las salidas de datos que proporciona la computadora son:

– Ruta magnética deseada al waypoint fantasma, mostrada en el HSI o OBI conectados al equipo

– Distancia desde la posición actual al waypoint fantasma

– Distintas medidas de la deflexión máxima del CDI:• En modo ruta la máxima deflexión del CDI es de 5 NM• En modo aproximación la máxima deflexión del CDI es 1¼ NM• En modo VOR/DME la máxima deflexión del CDI es de 10°.

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PRESENTACIÓN• La presentación de guiado se mostrara en el HSI o CDI

conectado al equipo de radio

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LIMITACIONES Y ERRORES• Cada uno de los waypoints los carga el piloto

– Ha de seleccionar cada frecuencia, distancia, radial, ....

• El ordenador no detecta errores al introducir los datos del waypoint

• Contra más alejado de la ruta este el VOR/DME que define el waypoint, más error en el cálculo

• Puede ser que la estación VOR/DME que define el waypoint no funcione.– No lo sabemos hasta estar cerca.

• Si distancias muy largas y altura baja, no señal del VOR/DME, línea visual.

• Se necesita una constante comprobación del piloto con otros métodos

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NAVEGACIÓN PRÁCTICA• Aun no teniendo un equipo RNAV a bordo podremos

realizar una navegación punto a punto. (RNAV 2D)

• No estará aprobada, ni presentada como capacidad en el plan de vuelo, el controlador no debería darnos instrucciones para proceder a un punto de navegación.

• Nosotros seremos la computadora y realizaremos los cálculos de rumbo para ir de un punto a otro, no tendremos indicación de distancia al WPT.

• No serán cálculos de trigonometríaAlex Lozano

NAVEGACIÓN PRACTICA• Referenciaremos nuestra

posición con el VOR/DME que define el waypoint al que queremos ir.

• Utilizaremos el OBI o HSI como si fuese la pantalla de un radar. En el centro del instrumento estará la estación VOR/DME

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NAVEGACIÓN PRACTICA

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• Localizaremos en el instrumento los radiales de nuestra posición y del waypoint al que queremos ir


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• En cuanto a las distancias a la que se encuentran los dos puntos, escogeremos la mayor para definir en el exterior del instrumento

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• La distancia menor quedara definida en el otro radial, proporcionalmente a la distancia mayor, por ejemplo, distancia mayor=104, distancia menor=29, aprox. 1/4


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• Con los dos waypoints definidos, trazaremos la ruta que los uniría y que nosotros seguiremos, del WPT 1 al WPT 2

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• Transportaremos esa ruta al centro de la instrumento para dar el“vector” hacia el waypoint

EJEMPLOS PRÁCTICOS

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RNAV 3D / 4D

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RADIO NAVEGACIÓN

PRINCIPIOS• Nueva generación de equipos RNAV

• Permiten a la tripulación volar cualquier ruta dentro de la cobertura de estaciones VOR/DME

• Añaden la planificación del perfil vertical, de acuerdo a las performances de la aeronave

• Añaden la función tiempo

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EQUIPO• La unidad de control y presentación consta de:

– Pantalla donde muestra la información de las paginas seleccionables

– Teclas de selección de filas en pantalla LSK– Teclado alfanumérico– Teclas de acceso a paginas– Teclas de función

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COMPUTADORA DE NAVEGACIÓN, VOR/DME

• La computadora de navegación utiliza las señales de los VOR/DME para determinar su posición.

• El sistema sintoniza automáticamente las estaciones VOR/DME, seleccionando las que mejor resolución proporcionan.

• Método más preciso para el cálculo:– Siempre que sea posible, utilizará la combinación DME/DME

para determinar la posición,– Únicamente si no tiene al alcance 2 DME, utilizará el método

radial y distancia para determinar la posición

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ENTRADAS Y SALIDAS DE LA COMPUTADORA

• Las entradas de la computadora son:– Distancias DME de estaciones sintonizadas automáticamente– Radiales de las estaciones VOR sintonizadas automáticamente– TAS y altitud de la Air Data Computer– Referencia de rumbo

• Las salidas de la computadora son:– Distancia a cualquier waypoint de la base de datos– Estimated time overhead, Tiempo estimado de sobrevuelo– Ground speed and TAS– Viento actual– Track error, Cross Track Deviation

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BASE DE DATOS DE NAVEGACIÓN

• La base de datos de navegación contendrá la siguiente información

– Indicativos de aeropuertos (Identificador OACI 4 letras);– Indicativos de estaciones VOR/DME (Identificador OACI 3 letras);– Waypoints (Identificador OACI 5 letras);– Datos de STAR’s;– Datos de SID’s;– Datos de pistas incluyendo datos de las aproximaciones;– Estaciones NDB (identificador OACI alfabético);– Rutas de compañía

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• La base de datos de navegación tiene una caducidad establecida, normalmente 28 días.

• No es modificable por los pilotos, pero tienen la capacidad de añadir información varia de navegación en la memoria interna del sistema:– La información añadida se perderá con la actualización de la

base de datos

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CALCULOS DE LA COMPUTADORA

• Con los datos de entrada de rumbo y TAS, la computadora es capaz de:

– determinar el viento actual, con la progresión del vuelo.

– Calcular el error de ruta en relación a la ruta deseada.• Este dato puede ser transmitido al sistema automático de vuelo,

para permitir el vuelo dentro del plan de vuelo cargado en el sistema RNAV.

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CALCULOS DE LA COMPUTADORA

• La computadora calculará círculos máximos para volar entre los puntos seleccionados.

• Si se encontrase fuera del alcance de las estaciones VOR/DME, el sistema cambia a modo DR (DeadReckoning), donde actualiza la posición utilizando el último viento conocido y la información de TAS y rumbo.– La operación en modo DR tiene un tiempo limitado

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USOS DEL SISTEMA 4D• El sistema de navegación tiene la capacidad de volar

directo a cualquier waypoint almacenado en la base de datos.

• El sistema es capaz de mantener un track paralelo.

• Cualquier waypoint puede insertarse en la computadora con cualquier de las siguientes opciones– Identificador OACI Alfanumérico– Latitud y longitud– Radial y distancia de cualquier estación VOR/DME

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FMS

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RADIO NAVEGACIÓN

NAVEGACIÓN Y GESTIÓN DE VUELO

• El desarrollo de computadoras combinadas con pantallas de cristal liquido más fiables, ha permitido la introducción de nuevos sistemas para la gestión del vuelo.

• Permite presentar y gestionar una mayor cantidad de información a las tripulaciones de vuelo.

• El sistema de gestión de vuelo, FMS, tiene la capacidad de monitorizar y dirigir la navegación y las performances del vuelo

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• Las dos principales funciones comunes a todos los FMS son:

– LNAV Guiado de la aeronave en el plano horizontal. Tanto por las entradas del plan de vuelo cargado en la computadora, como por las actuaciones en el FCC-FCU.

– VNAV Guiado de la aeronave en el plano vertical. Tanto por las performances almacenadas en la base de datos como por las actuaciones en el FCC-FCU

NAVEGACIÓN Y GESTIÓN DE VUELO

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• Los FMC Flight Management Computer son los encargados de realizar la función de navegación de área en las modernas aeronaves.

• El sistema mostrado a continuación es de un Boeing 737-800, pero el principio de operación es común para el resto de aeronaves

FMS RNAV 4D

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• Control and Display Unit

• Flight Management Computer

• Symbol Generator

• EFIS

• AFDS Autopilot and FlightDirector System

• A/T Auto Throttle

• FCC Flight Control Computer

PARTES DEL SISTEMA

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• El centro del FlightManagement System es el FMC.

• Tiene entradas de datos de distintos sistemas, además de comunicación y ordenes a otros sistemas

• En su base de datos tiene almacenadas tanto las performances como la navegación.

FLIGHT MANAGEMENT COMPUTER

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• La Base de datos contiene:– Reference data for airports (four letter ICAO identifier)

– VOR/DME station data (three letter ICAO identifier)

– Waypoint data (five letter ICAO identifier)

– STAR data

– SID data

– Holding patterns

– Airport runway data

– NDB stations (alphabetic ICAO identifier)

– Company flight plan routes


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• La Base de datos se actualiza cada 28 días.– Próximos a la fecha de caducidad aparecen como

seleccionables las dos bases de datos disponibles.

• La base de datos está protegida contra modificaciones, pero existe espacio adicional para que la tripulación pueda crear datos de navegación.– Esta información introducida será borrada con la actualización

de la base de datos


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• La base de datos de performance contiene toda la información relativa a la configuración especifica de la aeronave y los motores.

• Es actualizada por personal de mantenimiento cuando se produce alguna modificación, no por periodicidad.

BASE DE DATOS DE PERFORMANCE

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• La base de datos contiene:– Características de los motores.– Parámetros de Fuel flow.– Envolvente de vuelo de la aeronave.– Resistencia de la aeronave– Altitudes máximas y óptimas de operación.– Velocidades para ascenso óptimo o máximo.– Velocidades para long range cruise, max endurance y esperas.– Rango de V1, VR y V2– Maximum ZFM (zero fuel mass), maximum TOM (take-off mass)

and maximum LM (landing mass)

BASE DE DATOS DE PERFORMANCE

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• Hora actual• Fuel flow• Combustible actual• De la ADC: TAS, altitud, Velocidad

vertical, Mach y temperatura exterior• Información DME y radiales de los

receptores VHF NAV• Sensor Aire / tierra• Posición Flap / Slats• Posición calculada por IRS y GPS• Entradas de CDU (control and

display unit)

ENTRADAS AL FMC

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• Señales de guiado al FlightDirector y Autopilot

• Necesidades de potencia al Auto-Throttle

• Información para el EFIS a través del generador de símbolos

• Información a los CDU y a varios anunciadores

SALIDAS DEL FMC

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• Los modernos equipos FMS utilizan la información provinente de varios sistemas para calcular la posición de la aeronave– VOR– DME– GPS– IRS– ILS– MLS

• La información aportada por los distintos sistemas es combinada utilizando el filtrado de Kalman, para mostrar una única posición de la aeronave

POSICIÓN DE LA AERONAVE

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• Algoritmo creado para filtrar señales de los distintos sensores.– Los inerciales tienen un error de 0,05NM / hora– Las señales de las radioayudas están sujetas a interferencias– Las posiciones de los GPS están sujetas a errores de posición

FILTRADO DE KALMAN

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• Existe el principio de operación de las CDU, donde:– Dos IRS – Dos FMC

• FMC izquierdo recibe info. de IRS izquierdo• FMC derecho recibe info. de IRS derecho

– Modos de trabajo• Modo Dual• Modo Independiente• Modo “Single”• Modo “Back Up”

– Tres IRS – Dos FMC

OPERACIÓN DE LA CDU

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OPERACIÓN DE LA CDU• La CDU es el vinculo de comunicación entre el FMC y la

tripulación de vuelo.

• Contiene:– LSK– Display– Línea de escritura– Teclas de Función y Modo– Teclado alfanumérico– Anunciadores– Control de brillo

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• Página IDENT– Aparece al energizar el avión– Muestra modelo del avión y

empuje– Muestra base de datos y

validez


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• Página POS INIT– Muestra la última posición– Las posiciones de los IRS– Aeropuerto de salida y

puerta– Hora GMT y fecha


• La posición actual se actualiza en el despegue

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• Página RTE– Origen y destino– Ruta de compañía– Número de vuelo– Activación de ruta

• Tecla EXEC


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• Página Climb– Muestra el ascenso actual

• ECON• SPEED

– Muestra altitud de crucero seleccionada

– Velocidad deseada– Restricciones velocidad /

altura– Información de N1 para

ascenso– Otras sendas de ascenso

con ENG OUT


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• Página CRZ– Muestra Crucero actual

• ECON• LONG RANGE

– Muestra altitudes• Actual• Óptima• Máxima

– Velocidad deseada– ETO y Distancia– Viento actual


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• Página Descent– Senda de descenso

activa– Altitud al final del

descenso – Siguiente punto y altitud

restrictiva• Sufijo A

– Velocidad Mach / CAS al E/D

– ETO y distancia al punto– Restricción de velocidad– Siguiente y altitud de

cruce


– Desviación vertical– FPA actual, FPA

necesario y V/S actual

aviación nrav

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