El sistema de guiado HGS

AVISO: Artículo muy técnico

Según estimaciones basadas en los estudios de la fundación Flight Safety el uso del HUD (Head Up Guidance) posiblemente hubiera podido evitar hasta el 31 % de los accidentes que tuvieron lugar entre los años 1959 y 1989, año este último en el que empezó a implantarse el uso de este sistema en la aviación comercial. Como resultado del estudio la citada fundación recomendó a las aerolíneas el uso del HUD.

Como es sabido, la mayoría de los accidentes sigue siendo el vuelo controlado hacia el terreno (Controlled Flight Into Terrain), invasión de la pista y todos los relacionados con operaciones en bajas condiciones de visibilidad. En todos estos casos el sistema HUD ha probado ser de gran utilidad.

La mayoria de los aviones comerciales, como el E-Jet pueden ser equipados con un sistema de guiado HUD (Head Up Display). Una de las mejores empresas que lo produce es Rockwell Collins y el modelo de HGS es el 5600E. Este ha sido el primer modelo de HGS con sistema de proyección LCD.

Es posible tener configuraciones individuales o dobles según los requerimientos operacionales de la compañía. El proceso de certificación comenzó en otoño del año 2005 y se consiguió la certificación CAT III (dual) para el modelo E-Jet 190 en abril del 2007. La misma certificación se consiguió para el modelo 195 en agosto del 2007. Actualmente existen en servicio más de 65 EMBRAER  E-Jet equipados con este sistema.

Las ventajas de este sistema son numerosas, para empezar el piloto mantiene sus ojos mirando el exterior todo el tiempo, mejorando la seguridad y el llamado “situational awareness”. Con este sistema se pueden realizar despegues con visibilidad reducida (LVTO) y aterrizajes CAT IIIA (hasta 50 pies y RVR 600), si la visibilidad lo permite se puede realizar toda la operación de vuelo sin dejar de mirar a través de este sistema, desde el despegue hasta el aterrizaje, contacto y guiado en tierra (Roll-Out), ya que este sistema cuenta con toda la simbología necesaria para guiar al piloto por todas las fases.

El equipo puede representar ante los ojos del piloto no solo parámetros de navegación y pilotaje, sino que también es capaz de proveer numerosa información relevante, por ejemplo:

• WARNINGS
• TCAS
• WINDSHEAR
• EGPWS
• TAIL STRIKE PROTECTION
• RECOVERY FROM UNUSUAL ATTITUDES, etc.

 El HGS presenta además información continua sobre la energía del avión, y elementos de control primario del vuelo directamente en el campo de visión del piloto. La información es proyectada y enfocada al infinito, con lo que no se requiere esfuerzo ninguno para percibirla. La simbología se ve como formando parte del mundo exterior, esto es lo que se ha denominado “conformal display”.

Los elementos de los que consta el HGS son: 

1. Combiner
2. Overhead Unit 
3. HGS Computer.

El combiner

Presenta la información delante de los ojos del piloto, se trata de un cristal especial que gracias a un revestimiento especial puede ser usado para proyectar información y simbología, pero que permite ver también a través de él todo el mundo exterior. El combiner debe de ser tratado con cuidado y debe de usarse un protector para prevenir daños en el cristal. El combiner cuenta con un elemento de control automático y manual del brillo para la simbología proyectada por el Overhead proyector.

La unidad llamada Overhead Unit (OHU)

Se encuentra localizada en la parte superior de la cabina de vuelo. En realidad es una especie de proyector LCD muy sofisticado que proyecta la simbología en el combiner gracias a las lentes especiales que enfocan la simbología en el infinito. Esto posibilita al piloto ver toda la información delante del terreno exterior. Tradicionalmente los proyectores de las unidades HUD estaban basados en los voluminosos CRT (Cathod Ray Tubes) que dejaban muy poco espacio en el área superior de la cabina. Las tecnologías modernas han posibilitado la creación de nuevas unidades de proyección de datos más pequeñas (sin los tubos de vacío “CRT”), potentes, ligeras y con un menor consumo. 

Este es el caso de los proyectores instalados en el EMBRAER 170-190. Se trata de proyectores LCD de muy alta calidad, capaz de generar imágenes muy brillantes con gran resolución que serán capaces de integrar en el futuro nuevas características, como por ejemplo la visión sintética o la visión infra-roja. Estos proyectores utilizan una tecnología similar a los proyectores multimedia con un consumo energético muy bajo comparado con los antiguos CRT.

El ordenador central (computer)

Hace de interfaz entre el resto de los sistemas y sensores del avión además de generar toda la simbología que será proyectada por la unidad OHU. El computer monitoriza todo el sistema a través de las comprobaciones (BIT) internas. Este sistema se ha desarrollado de forma que resulte extremadamente flexible y fiable., el nivel de integridad es elevadísimo, igual a los sistemas AUTOLAND, y FLY BY WIRE, del orden de 10 elevado a -9.

A continuación se puede ver un esquema básico de la instalación del HGS en los aviones de la familia EMBRAER 170-190. Como se puede apreciar el corazón del sistema es el ordenador central (HC), que tiene una ubicación especial en el fuselaje delantero cerca del compartimento de carga delantero. Este centro de procesamiento recibe inputs de varios sistemas, los más importantes son los radio altímetros, los IRS y la unidad MCDU. Además de estos elementos existen multitud de parámetros que necesitan representarse en el combiner. Estos parámetros al igual que ocurre con las pantallas PFD proceden de las unidades MAU que a su vez reciben la información de los sensores del avión.

Recuérdese que la aviónica del EMBRAER está desarrollada por Honeywell, sin embargo el HUD está producido por su gran rival Rockwell Collins. Esta unión hace necesaria una compatibilidad a nivel electrónico, ya que durante determinadas fases del vuelo será el sistema HUD el que guiará al avión en vez del Flight Guidance Control System. El dialogo entre los dos sistemas se produce a través de un bus de datos ARINC 429 que enlaza las MAU 1 y 2 con el ordenador del HGS. Tal como se aprecia en la ilustración uno de los elementos que aportan informacional al sistema es la unidad MCDU. A través de esta unidad le decimos al GHS el modo de operación básico, la cantidad de información que queremos ver representada en el combiner o colimador así como la longitud y elevación de la pista en la que queremos operar.

El colimador o combiner tiene tres posiciones, plegado (apagado) desplegado (operativo) y la posición “brake away” para evitar daños en la cabeza del piloto en caso de deceleración con gran número de G’s o impacto. La alineación de este elemento es automática y la imagen se encuentra perfectamente calibrada y enfocada. En caso de que se produzca una posición intermedia con el colimador mal alineado la palabra “ALIGN HUD” aparecerá en el colimador para que el piloto ajuste manualmente el cristal moviéndolo hacia adelante o hacia atrás levemente hasta que este se ajuste en su lugar correspondiente.

Entre las grandes ventajas de este sistema está la de poder minimizar el llamando Flight Technical Error (FTE). Este error se refiere a la precisión de los elementos de guiado. En general el director de vuelo en el PFD se considera menos preciso que el guiado a través del HUD. Entre las desventajas que todavía tiene el sistema HUD en la actualidad se encuentra el hecho de que, hoy en día,  no se puede representar imágenes en color. Por este motivo algunas indicaciones del HUD difieren con respecto a las mismas indicaciones del PFD. Por poner un ejemplo, los avisos de precaución  (ámbar) y peligro (rojo) se muestran como mensajes escritos en el HUD. Si se trata de un mensaje ámbar (caution) solo se lee el mensaje. Si se trata de un mensaje rojo (warning) la palabra se lee dentro de un marco.

Existe una pequeña controversia a la hora de dotar al EMBRAER con el mejor sistema para efectuar el vuelo, los despegues y los aterrizajes. Algunas compañías deciden que el sistema de aterrizaje automático AUTOLAND es mejor para aterrizar que el sistema HUD. Otras deciden que aunque el aterrizaje con HUD requiere más esfuerzo y concentración por parte del piloto el despegue con HUD en condiciones de visibilidad reducida LVTO es una gran ventaja.

Para el aterrizaje las desventajas del HUD con respecto al sistema AUTOLAND son varias: Con sistema HUD se requiere desconectar el piloto automático antes de los 500 pies, con lo que el piloto debe de volar la aproximación manualmente. Precisamente es en la fase de aterrizaje donde el piloto se encuentra psicológicamente mas fatigado. La simbología del HUD no es en color y resulta a veces difícil de leer. La aproximación ILS con HUD requiere de concentración y entrenamiento constante para que sea eficaz y segura. La recogida final del avión se efectúa por medio de un sistema de guiado especial que hace necesario el entrenamiento continuo. En caso de que se produzca un motor y al aire no existe una indicación como la que existe en el mapa del MFD para decirnos cuál es la ruta a seguir en el Go Around. Recuérdese que este sistema no emplea FMS para la aproximación (no hay ruta), sino que se utiliza el localizador del ILS como medio de navegación primario.

Cuando se desciende por debajo de los 300 pies y hasta los 60 pies el HUD “pinta” los limites laterales de la pista, para darnos una idea de donde estamos con respecto a ella. Si se produce un error a la hora de introducir los datos en la unidad MCDU los límites no corresponderán con los bordes reales de la pista. Por ejemplo si la elevación de la pista es 430 pies e insertamos 150 la pista pintada en el HUD aparecerá como más lejana, dando la impresión de que estamos muy altos.

Otra gran desventaja es que el cristal del combiner, aunque está fabricado con materiales de gran calidad, puede reducir hasta un 20% la luminosidad exterior. Esto representa un problema si se efectúan aproximaciones en condiciones de baja visibilidad, ya que a través del cristal del combiner quizás no podamos ver las luces de la pista en el último momento al llegar a los mínimos (motor y al aire), mientras que sin el cristal delante de nuestros ojos quizás si podamos verlas y podamos efectuar el aterrizaje.

En definitiva, el uso del HUD para el aterrizaje resulta menos cómodo y requiere más habilidad que el sistema AUTOLAND, para el resto de las fases del vuelo excepto para el despegue en visibilidad reducida el uso del piloto automático no hace necesario el uso del HUD. Por otro lado en una situación de conflicto TCAS el uso del HUD representa una gran ventaja, pues aúna la visión exterior con las indicaciones de escape. La decisión es pues difícil y depende de las necesidades operativas de la compañía que opere este avión.