Instrumentos de vuelo

Instrumentos de vueloInstrumentos de vuelo

Para una persona lo más extraño que encuentra al subir a la cabina de un avión son los instrumentos de vuelo.

ClasificaciónLos instrumentos se clasifican en dos grandes familias o grupos:a) Instrumentos basados en la medición de presión.b) Instrumentos basados en las propiedades giroscópicas.

Junto a estas dos grandes familias hay otros instrumentos que son clasificados normalmente como “otros instrumentos e indicadores”, ya que su principio de funcionamiento puede variar de unos tipos a otros, también se incluyen los instrumentos del motor.

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Instrumentos de vueloInstrumentos de vueloInstrumentos basados en la medición o cambios de presión del aire.

Estos son:- Velocímetro, o indicador de velocidad.- Altímetro, o indicador de altura.- Variómetro, o indicador del régimen de cambio de altura, en ascenso o descenso.

El fundamento de trabajo de estos instrumentos consiste en diseñar unos aparatos capaces de proporcionar información del movimiento del avión al interior de una masa de aire. Estas mediciones se realizan mediante el tubo Pitot, y las tomas o medidores de presión estática. Recordamos que el mecanismo básico de cada uno de ellos está estrechamenteunido.

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El tubo de Pitot:Es una especie de tubo perfectamente visible en todos los aviones. Debe estar sitiado enfrentando el orificio medidor de la presión con la corriente de aire.Para los aviones que vuelan en zonas sumamente frías, con formación de hielo, estos llevan instalada una resistencia eléctrica sobre el mismo para evitar la formación de hielo en la abertura de entrada de aire.

Las tomas estáticas: Son unos orificios situados en zonas del avión donde el aire está en remanso, o muy poco afectado por la velocidad relativa. Estas tomas pueden obturarse por suciedad, polvo o por cualquier objeto extraño. Su comprobación formará parte de la inspección de pre-vuelo. En el caso de que la toma de presión quedara obturada, no sería posible obtener indicaciones reales de los instrumentos de presión.

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VELOCIMETRO O ANEMOMETRO:

El indicador de velocidad aerodinámica o anemómetro es un instrumento que mide la velocidad relativa del avión con respecto al aire en que se mueve, e indica esta en millas terrestres por hora "m.p.h.", nudos "knots" (1 nudo=1 milla marítima por hora), o en ambas unidades.

En los manuales de operación no hay casi ninguna maniobra que no refleje una velocidad a mantener, a no sobrepasar, recomendada, etc. además de que la mayoría de los números, críticos y no tan críticos, con los que se pilota un avión se refieren a velocidades: velocidad de pérdida, de rotación, de mejor ascenso, de planeo, de crucero, de máximo alcance, de nunca exceder, etc.

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Toma la información de la toma de estática y el tubo de pitot. El funcionamiento es muy sencillo, la “caja” del instrumento toma la presión ambiental de la toma de estática, y en cuyo interior se encuentra un diafragma sometido en sus paredes exteriores a dicha presión estática, que recibe en su interior la presión total, es decir, del pitot, contrayéndose cuanto menor presión reciba en su interior, y expandiéndose según aumenta ésta. Lo que se consigue con este sistema es restarle a la presión total medida por el pitot la presión estática, consiguiendo de este modo una medición de la presión dinámica, que es directamente proporcional a la velocidad de la aeronave. Esta presión se transmite mediante unos amplificadores y engranajes a una aguja, que es la que se mueve dentro del indicador, señalando la velocidad a la que vuela el avión.

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Instrumentos de vueloInstrumentos de vueloVELOCIMETRO O ANEMOMETRO:

El sistema utiliza las tomas estáticas para medir Ps; el sistema de pitot para medir Ps+Pd (presióntotal), un diafragma barométrico, y el indicador propiamente dicho.Dentro de la cápsula barométrica, el sistema pitot introduce la presión total (Pt=Ps+Pd), por el orificio de presión estática, se hace llegar la presión Ps. La cápsula se dilata exclusivamente por el efecto Pd (presión dinámica), ya que las presiones estáticas se anulan al estar dentro y fuera de la cápsula.Matemáticamente:Ps+Pd= PtSe conoce Ps y Pt, luego:Pd= Pt-Ps = ½ V2.

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ALTIMETRO:

El altímetro muestra la altura a la cual está volando el avión. El hecho de que sea el único aparato que indica la altitud del aeroplano hace del altímetro unos de los instrumentos más importantes. Para interpretar su información, el piloto debe conocer sus principios de funcionamiento y el efecto de la presión atmosférica y la temperatura sobre este instrumento.

El altímetro es simplemente un barómetro aneroide que, a partir de las tomas estáticas, mide la presión atmosférica existente a la altura en que el avión se encuentra y presenta esta medición traducida en altitud, normalmente en pies. Su principio de operación se basa en una propiedad

de la atmósfera, la presión disminuye con la altura.

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ALTIMETRO:

El altímetro consiste en una caja cilíndrica, dentro de la cual hay una o más cápsulas aneroides hechas con una fina capa de metal, por ejemplo cobre, a modo de membranas herméticas. Una toma conectada al sistema de estática permite la entrada de la presión atmosférica dentro de la caja, presión que aumenta o disminuye conforme el avión desciende o asciende respectivamente.

Así pues, la diferencia de presión entre la caja y el interior de las cápsulas aneroides, provoca que estas últimas se dilaten o contraigan, movimiento que, adecuadamente calibrado, se transmite mecánicamente a un sistema de varillas y engranajes que hacen moverse las agujas del altímetro.

Existe el problema de que la presión atmosférica no es constante, sino que se encuentra en permanente cambio. Ante esto, la solución consiste en instalar un mecanismo mediante el cual se selecciona con un botón giratorio en la ventanilla de Kollsman el plano de referencia o presión que corresponda en cada momento.

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ALTIMETRO:

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Instrumentos de vueloInstrumentos de vueloALTIMETRO:

Pueden ajustarse en el altímetro varias referencias distintas, de las cuales se explicarán las dos más importantes por su utilización generalizada en todo el mundo; la primera de ellas es el QNH, que es la presión a nivel del mar calculada en base a la presión atmosférica medida en la estación que lo da, teniendo en cuenta los gradientes de presión y temperatura de la atmósfera estándar; de este modo lo que se obtiene es la indicación de altitud “real” sobre el nivel del mar.

También puede ajustarse el QNE, que es la presión estándar a nivel del mar, es decir, 1013 mb, obteniéndose en este caso la altitud sobre el nivel del mar si la presión atmósférica fuera estándar. Cuando tenemos el QNE ajustado decimos que volamos a “niveles de vuelo”, siendo por ejemplo el nivel de vuelo 100 una indicación de 10000 pies. Esta altitud no es real sobre el nivel del mar, sino sobre el plano de referencia de 1013 mb, de modo que en un día de alta presión, en realidad estaremos volando más alto que estos 10000 pies, y viceversa. La razón de ser del uso del QNE es que los aviones salen desde distintos aeropuertos, con presiones atmosféricas diferentes, así que de este modo se consigue que a partir de una cierta altitud (5000’), fuera de la influencia de los servicios de aproximación, todas las aeronaves utilicen el mismo plano de referencia en sus altímetros a efectos de mantener correctamente la separación vertical entre aeronaves en el espacio aéreo que estén ocupando.

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Instrumentos de vueloInstrumentos de vueloVARIOMETRO (VSI):

El variómetro, o indicador de velocidad vertical (VSI), es un instrumento que indica el régimen, en pies por minuto, al cual una aeronave asciende o desciende. Su esquema básico consiste en una caja, como en todos los instrumentos de pitot-estática, en cuyo interior hay una cápsula aneroide que recibe en su interior la presión atmosférica directamente (sin restricciones) de la toma de estática. La caja también recibe presión de la toma de estática, pero no de forma directa, sino por medio de un orificio calibrado que solamente deja pasar un flujo limitado de aire (como si fuese un reloj de arena, esta fuga está calibrada para mantener un sta fuga está calibrada para mantener un diferencia entre la cápsula y el contenedor, la cual es proporcional a la tasa de diferencia entre la cápsula y el contenedor, la cual es proporcional a la tasa de cambio de la presión de aire exteriorcambio de la presión de aire exterior). De este modo, la presión en el interior de la cápsula es distinta a la de la caja (menor si se asciende, mayor si se desciende) hasta que el aire que consigue entrar a la caja o salir de ella es suficiente para igualar las presiones una vez que la aeronave ha detenido su ascenso o descenso, en cuyo momento la indicación del instrumento será 0. El variómetro, por su propia construcción, tiene un cierto retraso hasta que da una indicación exacta de la velocidad vertical, no obstante, la indicación de que la aeronave está ascendiendo o descendiendo es inmediata (sólo que no se sabe cuánto hasta pasados unos instantes).

Instrumentos de vueloInstrumentos de vueloVARIOMETRO (VSI):

Instrumentos de vueloInstrumentos de vueloInstrumentos basados en las propiedades giroscópicas:

Estos son:- Horizonte artificial o indicador de actitud.- Indicador de giro y viraje.- Indicador de dirección

Un giróscopo es un aparato en el cual una masa que gira velozmente alrededor de su eje de simetría, permite mantener de forma constante su orientación respecto a un sistema de ejes de referencia. Cualquier cuerpo sometido a un movimiento de rotación acusa propiedades giroscópicas, por ejemplo un trompo. Las propiedades giroscópicas fundamentales son: rigidez en el espacio y precesión.

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La rigidez en el espacio: Se puede explicar por la 1ª Ley del Movimiento de Newton, que dice: "Un cuerpo en reposo tiende a estar en reposo, y un cuerpo en movimiento tiende a permanecer en movimiento en línea recta, salvo que se le aplique una fuerza externa". Siempre y cuando tenga suficiente velocidad, la fuerza de inercia que genera el trompo por ejemplo, lo hace girar erguido, incluso si inclinamos la superficie sobre la cual gira, ofreciendo una gran resistencia a los intentos de volcarlo o forzar su inclinación.


La segunda propiedad “precesión giroscópica”: es la respuesta del objeto cuando se le aplica una fuerza deflectiva en algún borde. Volviendo a la peonza, es la reacción de esta cuando en su rápido giro la tocamos en uno de sus bordes. El resultado de esta reacción es como si el punto de aplicación de la fuerza estuviera desplazado 90º en el sentido de giro del objeto. La precesión es inversamente proporcional a la velocidad de giro (a mayor velocidad menor precesión) y directamente proporcional a la cantidad de fuerza de deflexión aplicada.

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Giróscopo:A la hora de fabricar un giróscopo, se procura que el elemento giratorio este construido con un material pesado o de muy alta densidad, con su masa repartida de forma uniforme y que además rote a gran velocidad con el mínimo posible de resistencia por fricción.

Este elemento giratorio se monta sobre un sistema de ejes que confieren al giróscopo distintos grados de libertad de movimientos, siendo el más comúnmente utilizado el denominado montaje universal, en el cual el giróscopo es libre de moverse en cualquier dirección sobre su centro de gravedad. Un giróscopo de este tipo se dice que tiene tres planos o tres grados de libertad.

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Giróscopo:

Debido a sus cualidades, los giróscopos proporcionan unos planos fijos de referencia, planos que no deben variar aunque cambie la posición del avión. Gracias a esto, el piloto dispone de instrumentos que le proporcionan la posición espacial del avión con respecto a distintos ejes o planos de referencia. Estos instrumentos son: indicador de actitud también llamado "horizonte artificial", indicador de giro y virajes denominado también "bastón y bola", e indicador de dirección.

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Indicador de actitud:

El indicador de actitud, también llamado horizonte artificial, es un instrumento que muestra la actitud del avión respecto al horizonte. Su función consiste en proporcionar al piloto una referencia inmediata de la posición del avión en alabeo y profundidad; es decir, si está inclinado lateralmente, con la nariz arriba o abajo, o ambas cosas, con respecto al horizonte. La incorporación del horizonte artificial a los aviones ha sido fundamental para permitir el vuelo en condiciones de visibilidad reduciada o nulaEste instrumento opera en base a una propiedad giroscópica, concretamente la de rigidez en el espacio.

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Indicador de actitud:El horizonte artificial consta de un giróscopo de rotación horizontal montado sobre un sistema de ejes que le confieren tres grados de libertad (montaje universal), dentro de una caja hermética. Este giróscopo tiene fijada una esfera visible, con una barra horizontal de referencia a la altura del eje de giro, por encima de la cual la esfera es de color azul (cielo) y por debajo café o verde (tierra).



En el frontal de la caja, se fija un dial de presentación con un avioncito en miniatura y una escala graduada en el semicírculo superior. Las marcas de esta escala están separadas de 10º en 10º entre 0º y 30º, con unas marcas más anchas representando 30º, 60º y 90º. En algunos indicadores, la escala graduada se encuentra en la esfera del giróscopo.

Este instrumento puede contar también con unas marcas horizontales por encima y por debajo de la barra del horizonte, como referencias de la actitud de cabeceo del avión, marcas que suelen indicar 5º, 10º, 15º y 20º de nariz arriba o abajo.

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Cuando el avión se incline hacia un lado u otro, suba o baje la nariz, o cualquier otro movimiento combinado, la caja y su dial con el avioncito en miniatura realizará el mismo movimiento. Pero por la propiedad de rigidez en el espacio, el giróscopo debe permanecer siempre paralelo al horizonte, y con él su esfera visible con la barra horizontal. De esta manera se proporciona al piloto la referencia del horizonte y la actitud del avión respecto al mismo. La relación del avión miniatura con el horizonte de referencia es la misma que la del avión con el horizonte real.






Indicador de viraje/coordinador (palo y bola):

Este aparato consta realmente de dos instrumentos independientes ensamblados en la misma caja: el indicador de viraje y el indicador de coordinación de viraje.


Indicador de viraje/coordinador (palo y bola):

Este aparato consta realmente de dos instrumentos independientes ensamblados en la misma caja: el indicador de viraje y el indicador de coordinación de viraje.

Velocidad angular de viraje:

Por velocidad angular de viraje o ratio de viraje se entiende el número de grados por segundo que gira el avión sobre un eje vertical imaginario. Si para realizar un giro de 90º se tardan 30 segundos, la velocidad angular o ratio de viraje es de 3º por segundo (90º/30"=3º p/segundo).


Velocidad angular de viraje:


Indicador de viraje:

El indicador de viraje, en forma de avión miniatura o de "bastón", muestra si el avión está girando, hacia que lado lo hace y cual es la velocidad angular o ratio del viraje.

Su funcionamiento se basa en la propiedad giroscópica de precesión.

Cuando el avión gira alrededor de su eje vertical, la deflexión aplicada al giróscopo hace que este precesione, lo cual se traduce en el movimiento del indicador, es decir que el avión en miniatura que aparece en el dial del instrumento se ladee hacia la izquierda o hacia la derecha.





Hay dos tipos de indicador de viraje: de 2 minutos y de 4 minutos. Esto quiere decir que un giro de 360º requiere 2 minutos para completarse, o lo que es lo mismo el avión gira a una tasa de 3º por segundo (360º/120 segundos). De la misma manera, en el indicador de 4 minutos, la tasa de giro sería de 1,5º por segundo (360º/240 segundos).



Para mantener un giro coordinado a una tasa determinada, se requiere un ángulo de alabeo que dependerá de la velocidad. Obviamente, no es lo mismo realizar un giro de 3º por segundo a una velocidad de 90 nudos que a una velocidad de 200 nudos. Para mantener una misma velocidad angular o tasa de viraje, a mayor velocidad del avión mayor será el ángulo de alabeo requerido.Por esta razón, el régimen normalizado de viraje en aviones ligeros suele ser de 2 minutos (3º por segundo) mientras que en aviones grandes o que desarrollan altas velocidades, el régimen normalizado suele ser de 4 minutos (1,5º por segundo) para evitar precisamente ángulos de alabeo demasiado pronunciados.




Coordinador de viraje o bola:

El instrumento que muestra la calidad del giro, es decir, si este es coordinado, si el avión "derrapa", o si "resbala" es la bola del coordinador de viraje, lo cual le hace una referencia fundamental para la coordinación de los controles que intervienen en el giro (alerones y timón de dirección).

En vuelo recto y nivelado la única fuerza que actúa sobre la bola es la de gravedad, las fuerzas centrífuga y centrípeta son inexistentes y la bola se mantiene centrada en el tubo. Pero en un viraje, la bola está sometida al mismo conjunto de fuerzas que el resto del avión; si el viraje es coordinado, las fuerzas están compensadas y la bola permanecerá en el centro del tubo, entre las dos líneas de referencia verticales; si el viraje no es coordinado, las fuerzas tienen distinta magnitud y la bola se desplazará dentro del tubo hacia el lado de la fuerza mayor indicando un "resbale" o un "derrape".



La bola, no es ni más ni menos que un indicador del balance de fuerzas, mostrando de forma visual la coordinación o falta de coordinación en el uso de los mandos.


Coordinador de viraje o bola:Derrape:

Si la bola se mueve hacia el lado contrario al viraje, el avión está derrapando, su eje longitudinal apunta en una dirección desplazada interiormente a la trayectoria del giro.

La fuerza centrífuga es mayor que el componente horizontal de sustentación; como la fuerza centrífuga depende del régimen de viraje y la componente horizontal de sustentación depende del grado de alabeo, esto significa que, el régimen de viraje es demasiado alto para el alabeo dado, o el alabeo es insuficiente para ese régimen

Típicamente esto sucede cuando se entra en un giro con mucha velocidad y poco alabeo.



Derrape:

Para corregir un derrape, se debe disminuir el régimen de viraje (menos presión sobre el pedal del lado del viraje) o aumentar el ángulo de alabeo (más deflexión en los alerones), o ambas cosas.



Resbale:

En este caso, la bola se desplaza hacia el lado del viraje, su eje longitudinal apunta en una dirección desplazada exteriormente a la trayectoria del giro. Al contrario que en el caso anterior, el componente horizontal de sustentación excede a la fuerza centrífuga, eso significa que el alabeo es excesivo para la tasa de viraje o lo que es lo mismo, que la tasa de viraje es insuficiente para el alabeo impuesto.



Resbale:

Para corregir un resbale, hay que aumentar el régimen de viraje (más presión sobre el pedal del lado del viraje) o disminuir el ángulo de alabeo (menos deflexión en los alerones), o ambas cosas.


Indicador de rumbo:

Antes de la aparición del indicador de dirección, los pilotos navegaban con de la brújula, con bastante eficiencia. Pero la brújula es un instrumento que puede dar lugar a numerosos errores, exigiendo mucha atención y una lectura adecuada, pues son muchos los efectos que alteran su funcionamiento y dan lugar a interpretaciones erróneas. Por ejemplo, no es muy fácil realizar un giro con precisión en base a la brújula, particularmente si el aire es turbulento.


Indicador de rumbo:

También llamado direccional giroscópico o giro direccional, También llamado direccional giroscópico o giro direccional, proporciona al piloto una referencia de la dirección del avión, proporciona al piloto una referencia de la dirección del avión, facilitándole el control y mantenimiento del rumbo. El giróscopo facilitándole el control y mantenimiento del rumbo. El giróscopo tiene unido a sus ejes una rosa de rumbos o una carta direccional. tiene unido a sus ejes una rosa de rumbos o una carta direccional.

El Indicador de Rumbos no puede acusar automáticamente la El Indicador de Rumbos no puede acusar automáticamente la posición del norte magnético, por lo que debe ser ajustado con un posición del norte magnético, por lo que debe ser ajustado con un Compás Magnético (brújula). Compás Magnético (brújula).

Instrumentos de vueloInstrumentos de vueloInstrumentos basados en las propiedades giroscópicas:Indicador de rumbo:

Este instrumento consiste en un giróscopo cuyo eje de rotación es vertical, al cual se encuentra acoplado una rosa de rumbos graduada de 0º a 359º. La caja del instrumento tiene incrustado en su frontal visible un pequeño avión montado verticalmente cuya nariz siempre apunta al rumbo del avión. Al efectuar un cambio de dirección, la caja del instrumento se mueve al unísono con el avión, pero el giróscopo debido a su rigidez en el espacio continua manteniendo la posición anterior. Este desplazamiento relativo de la caja respecto del eje vertical del rotor se transmite a la rosa de rumbos, haciéndola girar de forma que muestre en todo momento el rumbo, enfrentado al morro del avión de miniatura.


Indicador de rumbo:

Instrumentos de vueloInstrumentos de vueloInstrumentos basados en las propiedades giroscópicas:Indicador de rumbo:

La lectura de este instrumento es muy sencilla y no tiene dificultades; la dirección del avión se muestra enfrentada a una marca frente a la nariz del pequeño avión, o en su caso con una marca en la ventanilla.

Este instrumento precesiona, es decir se desajusta, y además no tiene cualidades magnéticas por lo que no detecta por si solo la posición del norte magnético. Por ambas razones, el piloto debe chequearlo periódicamente con la brújula y ajustarlo si es necesario mediante el botón giratorio, especialmente tras realizar maniobras bruscas o giros prolongados. Este ajuste debe hacerse siempre con el avión en vuelo recto y nivelado y con la brújula estable.


Indicador de rumbo:

Algunos indicadores de dirección que tienen instalados unos sistemas de sincronización automática con la brújula, o con las líneas de flujo magnético terrestre.

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