vuelo automatico
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UNIVERSIDAD DON BOSCO Avionica e Instrumentación IITécnico en Mantenimiento Aeronáutico Vuelo Automático.
ASIGANTURA: AVIÓNICA E INSTRUMENTACIÓN II.
DESCRIPCIÓN.
En el curso se estudian los sistemas de potencia, piloto automático y todos los sistemas de
comunicación necesarios para la comunicación y el buen funcionamiento de la aeronave.
OBJETIVOS GENERALES.
1. Obtener sólidos conocimientos del equipamiento de navegación, comunicación, sistemas
de información, adquisición de datos y referencias de una aeronave.
2. Operación de los sistemas anteriores.
3. Identificar fallas en los sistemas anteriores.
Unidad I: VUELO AUTOMÁTICO. (ATA 22)
RAC-LPTA 66 MÓDULO13.3
1. Fundamentos de piloto automático incluyendo principios de funcionamiento y
terminología.
2. Procesos de señales de mando: Modos de operación: canales de alabeo, cabeceo y
guiñada.
3. Amortiguadores de guiñada
4. Sistemas de aumento de la estabilidad en helicópteros
5. Sistemas de mando de compensación.
6. Interacción de ayudas para navegación con piloto automático.
7. Sistemas de regulación automática.
8. Sistemas de aterrizaje automático.
9. Principios y Categorías, modos de operación, aproximación, senda de planeo, tierra,
motores y al aire, sistemas de verificación y condiciones de fallo.
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1. SISTEMA DE CONTROL AUTOMÁTICO DE VUELO.
Por muchos años aviones grandes, como aviones de pasajeros, aviones de transporte y el
avión militar, entre otros, han sido equipados con pilotos automáticos (sistemas de control de
vuelos automáticos) para relevar al piloto y a otros miembros de la tripulación de vuelo, de la
tediosa rutina de mantener el avión en curso, durante prolongados periodos de muchas horas.
Actualmente los pilotos automáticos son instalados en aviones, tanto comerciales como
militares.
Teoría Básica de los Pilotos Automáticos
El empleo del giroscopio para desarrollar señales eléctricas en la operación de las superficies
de control se muestra en la Figura 1. El hecho de que un giroscopio sostendrá una posición
constante en el espacio, hace posible desarrollar un movimiento relativo entre el giroscopio y
la estructura de soporte, cuando la estructura de soporte cambia de posición. Cuando el
giroscopio es apoyado con un grimbal rings y es instalado en el avión como se muestra en la
Fig. 1. cualquier pitch o roll del aeroplano causará un movimiento relativo entre el giroscopio
y el avión.
FIG. 1
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En cualquier sistema de piloto automático, se debe recordar que una inversión en la señal
correctiva debe ocurrir antes que el avión retorne a su posición correcta. Para lograr esta
señal de reversa, son usados los feed-back systems.
En sistemas electrónicos de pilotos automáticos, el giroscopio que censa las desviaciones de
de vuelos en el aeroplano desarrolla una señal correctiva por medio de una acción
transformadora o por un principio similar. En este camino ninguna fricción es desarrollada, y
muy poca fuerza mecánica es evidente para restringir el movimiento del giroscopio. Un tipo
de dispositivo que genera esta señal es llamado El pickoff. Su diagrama se muestra en la
siguiente figura.
FIG. 2
El pickoff consiste en tres bobinas montadas en una pieza en forma de E, de acero laminado.
Las bobinas que se encuentran en las extensiones exteriores de la E son conectadas juntas de
tal manera que exista una relación de fase, produciendo que el voltaje inducido en la bobina
central se cancele. La armadura de acero movible, llamada el miembro I, provee de un
reluctancia baja para el campo magnético. Cuando esta armadura es movida con respecto a
la sección E, cambia la proporción de enganche entre las vueltas del primario y del
secundario, esto cambia el valor del voltaje inducido en la pierna exterior. El resultado es un
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voltaje que esta en fase o fuera de fase con el voltaje de excitación. Es de notar que el voltaje
de excitación es aplicado en la pierna central de la sección E.
SISTEMA DE PILOTO AUTOMÁTICO ELECTRÓNICO.
Un diagrama de bloques de un sistema de piloto automático electrónico se muestra en la
siguiente figura. Note en el diagrama que el sistema incluye un seguidor del feedback desde
la superficie de control hasta un preamplificador, una señal de feedback desde el servo
motor de un giroscopio, y un rate network, que dice como un cambio rápidamente ocurre.
El seguidor, o el sistema de feedback consisten en un electric pickoff, similar al usado con un
giroscopio, pero es conectado a través del encadenamiento de la superficie de control del
aeroplano. Para proporcionar un control extremadamente sensible de modo que las
desviaciones del curso sean pequeñas y el aeroplano retorne a su posición sin salirse del
curso, una modificación adicional es hecha al servo control system agregando al diagrama de
bloques mostrado en la Fig. 3 un rate network, el cual modifica la señal de salida del servo
amplificador. Con la configuración adecuada de los circuitos del sistema de piloto
automático, es posible ajustar la respuesta del autopilot, de tal manera que cada corrección
sea rápida.
FIG. 3
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Sistema de control de vuelo y un típico piloto automático.
Los pilotos automáticos son fabricados en muchas configuraciones por un gran número de
compañías. Algunos sistemas son comparativamente simples, mientras otros son complejos,
los cuales incluyen sistemas de navegación.
Para tal propósito, el Bendix M-4D, un piloto automático y un sistema de control de vuelo,
ha sido seleccionado para tal descripción. Ese sistema incluye no solo los elementos básicos
de la operación de un piloto automático, sino también todos aquellos elementos que le dan la
capacidad de un sistema automático de control vuelo.
El sistema descrito en esta sección, puede ser programado para volar en un curso
predeterminado (NAV o RNAV), mantenga una altitud seleccionada, capture un VOR radial
o el rayo de ILS de cualquier ángulo, realice back-course, y otras funciones. El sistema
incluye pitch trim automáticos, pitch syncrhronization, pitch integration, y controles de
altitud.
Componentes del sistema.
En la figura 4, se muestra el arreglo de los principales componentes de un piloto automático
y un sistema de control de vuelo de un M-4D.
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FIG. 4
El básico piloto automático es compuesto por controller, gyros, servos y una sección del
amplificador de la computadora que acepta señales del osciloscopio que convierte esas
señales en comandos de vuelos para los servos.
Flight-Controller: Se muestra en la figura 5, es la unidad por medio del cual el piloto,
controla la operación del piloto automático. El piloto automático, es activado presionando el
botón AP. Para indicar que el piloto automático fue activado, se ilumina la parte inferior del
botón AP. El botón YAW provee un control automático del rudder trim durante cambios en
la velocidad del aire.
Figura 5. Flight controller.
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Los botones HDG y NAV comandan el piloto automático para seguir una rutina previamente
establecida, junto con el VOR radial y el RNAV. El botón APPR sirve para que el autopiloto
localice un aeropuerto próximo o utilizando el VOR radial o RNAV. Si el avión se aproxima
en la dirección opuesta al curso normal, el botón REV se presiona para proporcionar
información acerca de la dirección opuesta. El botón ALT sirve para que el avión mantenga
una altitud barométrica preestablecida. El botón GS captura y monitorea la señal de
glideslope.
Indicador Turn – and – Bank. Es un indicador eléctrico manejado por un giroscopio que
provee una indicación visual de la razón de giro, respecto a un eje establecido. Al mismo
tiempo provee una señal eléctrica para el piloto automático con la misma información, esta
señal es usada por el computador del avión para determinar si debe girar o no.
Indicador Director – Horizon. Es similar al instrumento descrito como el indicador flight-
director o el indicador altitude-director. Este instrumento se muestra en la figura 6. Sirve para
un gran número de funciones. Es un indicador de altitud y un sensor de altitud. Esto
dispositivo censa la altitud y desarrolla una señal eléctrica que es mandada a un amplificador
de la computadora. Esta señal es amplificada y mandada a los controladores de los servos
primarios, que manipulan los movimientos de control del pitch y roll. Al mismo tiempo el
instrumento esta indicando el grado de pitch y roll para la información del piloto
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FIG. 6 Indicador Director – Horizon
Servos. Tres servos primarios controlan el pitch, yaw y roll al mover los elevators, rudders,
ailerons en respuesta a las señales proporcionadas por el piloto automático. Los servos son
pequeños motores eléctricos que son configurados para cada uno de los ejes, los embragues
que poseen estos motores hacen posible que el piloto anule el vuelo aromático, cuando sea
necesario
Trim servo. Son usados para manipular un elevator trim tab, para aliviar cargas
aerodinámicas pesadas y generalmente para asistir una operación suave sin requerir grandes
cantidades de trabajo del servo primario. Su operación es automática, usando información de
la señal de error del pitch proporcionada por la computadora del avión.
Computer amplifier. La figura 7 muestra the computer amplifier de un sistema de control
de vuelo automático (bendix M-4D). The computer amplifier es el corazón y cerebro del
sistema, consiste de nueve módulos plug-in. Los módulos son fácilmente removibles en el
caso de que estos fallen.
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The computer amplifier combina entradas tanto del sensor del giroscopio, del panel de
control, así como de las fuentes de navegación y radio (NAV, RNAV) para computar las
debidas señales eléctricas y mandarlas a los servos que controlan las superficies de vuelo y el
controlador de instrumentación.
Figura 7. Computer amplifier.
The computer amplifier está montada sobre una estructura especial a prueba de impactos,
esto se muestra en la figura 8. La localización de la instalación depende del tipo de avión en
el cual el equipo será instalado.
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Figura 8. Montaje del computer amplifier.
Sistemas de vuelo y aterrizaje automático
Un gran número de sistemas de control automático han sido desarrollados, aunque estos
varían ampliamente, todos presentan la habilidad de rastrear las señales ILS y VOR que
mantienen las altitudes preestablecidas; ajustes para el aterrizaje, despegue; operar los flaps,
spoilers y tren de aterrizaje.
Subsistemas
El sistema completo descrito en esta sección es denominado como el sistema de control de
vuelo automático (AFCS). Este sistema provee modos automáticos y manuales para el
control a lo largo de todo el vuelo, desde el despegue hasta el aterrizaje.
El sistema esta compuesto por autopilot / flight director system (APFDS), el stability
augmentation system (SAS), el speed control system (SCS), y el primary flight electronic
system (PFCES). La figura 9 muestra un diagrama de bloques donde se presenta la manera en
que todos los componentes de este sistema se interrelacionan entre si.
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Figura 9. Diagrama de bloques mostrando la relación entre los componentes de un sistema de vuelo.
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