lunes, 16 de febrero de 2015

EL FPA (Flight Path Angle)

El concepto de pilotaje básico de los primeros días de la aviación ha cambiado considerablemente con la introducción de nuevas tecnologías. Los diseños de las cabinas se han adaptado a los ordenadores y los instrumentos de vuelo son ahora mas precisos y considerablemente mas fáciles de leer que los modelos antiguos. Piénsese sin ir más lejos en el altímetro analógico de tres agujas tan difícil de interpretar.

¿Que altura marca?

¿...y el moderno?


Con la introducción del PFD todos los instrumentos se integraron en una sola pantalla, pero los ingenieros y especialistas en ergonomía han estudiado junto con psicólogos industriales cual es la mejor disposición de los instrumentos. 



En la imagen inferior se muestra la disposición habitual de los instrumentos (la típica configuración en "T") y lo que se pretende con el FPA en el EMBRAER 179/190 es eliminar la necesidad de mirar a la velocidad y a la altitud. 


Aplicando modernos estudios en ergonomía y basándose en los resultados de la teoría de detección de señales, que tantos y tan buenos resultados han dado en otras áreas de la psicología, los ingenieros han desarrollado el FPA (Flight Path Angle). El FPA se podría traducir al español como indicación del ángulo de la senda de vuelo.

¿Para que sirve el FPA? El FPA es muy útil para calcular de forma rápida y exacta cual es el Angulo de ascenso/descenso de nuestro avión. También se puede usar para saber si nuestro aeroplano vuela estable sin pérdida o ganancia de altura (todo ello sin necesidad de mirar el altímetro y/o variómetro). En la ilustración superior donde se puede apreciar el tradicional esquema en forma de “T” de los instrumentos en la cabina de vuelo deja muy claro que si se puede prescindir de dos de ellos, el escaneo es mas rápido y la atención mas focalizada. La idea de reducir el tiempo de escaneado de los instrumentos llevó al desarrollo de sistemas como el FPA. Con estos modernos sistemas de representación la atención se centraliza ahora en una parte muy pequeña de la pantalla.


Una cuestión importante es no confundir el FPA con el FPV (Flight Path Angel y Flight Path Vector). El vector velocidad (FPV) se desarrolló hace mucho tiempo para los aviones de combate y se implementó en los sistemas de guiado HUD. En estos sistemas la representación de la senda del avión tiene en consideración muchos parámetros, como la energía del aparato, pero también las fuerzas inerciales y el viento. Con los modernos ordenadores el sistema puede calcular exactamente donde tocara el avión con las ruedas a la hora del aterrizaje, por ejemplo en un portaaviones. Esto es de enorme ayuda en los momentos más críticos del vuelo como en el despegue y el aterrizaje. En los sistemas HUD esta indicación se encuentra delante de nuestros ojos superimpuesta a la imagen del mundo exterior.



La indicación de la senda o vector velocidad se moverá en ambos planos (vertical y horizontal) “flotando” delante de nuestros ojos y dándonos un punto concreto en el exterior que será el contacto físico del aeroplano con el terreno. Los especialistas pronto descubrieron que no era conveniente tener esta indicación en un instrumento como el PFD, ya que las indicaciones laterales en la pantalla no significaban mucho al no tener una referencia exterior, como en el caso del HUD. 



Lo único que se estaba produciendo era un retraso en la interpretación de la indicación. De este modo se decidió suprimir el movimiento lateral de esta indicación conservando solamente el movimiento en el plano vertical. Esto es por lo que se le denomina precisamente Flight Path Angle “Angulo de senda” y no vector velocidad.

Queda claro pues que el FPA es muy útil porque nos evita tener que mirar el altímetro en muchas ocasiones criticas. Sería estupendo que también pudiéramos dejar de mirar el velocímetro cuando estamos en una de estas fases. Pues bien, también es posible esto, ya que los ingenieros han hecho posible que junto con la simbología del FPA exista otra simbología complementaria que nos indique la energía del avión y si existe una desviación significativa de nuestra velocidad con la velocidad seleccionada.


En la ilustración se puede apreciar que en el lado izquierdo del FPA se encuentra una pequeña línea que esta debajo del ala del FPA. Esta línea se denomina en ingles Speed error Tape y nos indica precisamente si existe una discrepancia entre la velocidad actual del avión y la velocidad que hemos seleccionado en el GP (color cian). 

Asociado a este símbolo existe otro que es el responsable de indicar cual es la energía total del sistema. O en otras palabras, nos dice si nuestro avión esta acelerando o decelerando a lo largo de la senda de vuelo. Este símbolo en forma de Angulo se denomina en ingles Acceleration Pointer (indicador de aceleración). En el ejemplo de la ilustración se puede ver que el avión se encuentra volando con un alto grado de Angulo de Ataque (AoA), que no es más que la diferencia entre el ala del FPA y la indicación de cabeceo Pitch. También se aprecia que el avión esta volando mas lento de lo que se desea (la línea se encuentra debajo del ala del FPA), pero estamos corrigiendo esta diferencia puesto que el Angulo esta situado sobre el ala del FPA indicando que estamos en aceleración. La línea llamada Speed Error Tape no crece excesivamente, solo indica discrepancias de hasta 15 nudos, si el error en la velocidad es mayor tendremos que mirar el indicador convencional para saber cual es este error. 

En la ilustración que se muestra a continuación se pueden ver varias situaciones diferentes con velocidades altas y bajas, con corrección y sin corrección de la situación.



Si nos fijamos en como esta diseñado el FPA podemos ver que la integración de esta simbología en el PFD es extraordinariamente eficaz, ya que de un solo vistazo nos podemos hacer una idea clara de lo que esta haciendo el avión, de su actitud de vuelo, de su velocidad y de los posibles errores. En la ilustración se muestra la terminología de los símbolos usados en el FPA. 

Obsérvese que la distancia entre el ala del FPA y el ángulo llamado Acceleration Pointer se denomina Inertial AoA. Esto quiere decir que tenemos una indicación relativa al Angulo de ataque, calculada de forma inercial con el IRS. Nótese que en este avión no es necesario un sensor específico para el ángulo de ataque real del avión, ya que este es calculado por medio de la presión estática diferencial en los ADSP.



Otro dato que resulta muy interesante es el que hace referencia a la distancia entre el indicador de aceleración (Acceleration Pointer) y el símbolo de la indicación de cabeceo. La indicación de cabeceo en realidad es una extensión de la cuerda media del ala de nuestro avión, no es por tanto el eje longitudinal del aeroplano. Con esta indicación y teniendo en cuenta la aceleración (la energía) de nuestro avión se puede calcular cuanto podemos incrementar el cabeceo (pitch) sin perder velocidad. Esto es por lo que a esta distancia se la conoce en términos técnicos como senda de vuelo potencial (Potential Flight Path).

Con toda esta simbología los ingenieros han implementado un nuevo botón en el GP o Guidance Panel (panel de guiado). Desde este botón se puede pedir a nuestro avión que siga la senda del FPA. 

Asociado al botón existe otro giratorio que podemos manejar incrementando o decreciendo el ángulo de descenso. Con ello podemos crear ángulos constantes de descenso (o de subida) sin importarnos ningún otro factor exterior. En tanto en cuanto mantengamos nuestro avión en la senda esta no cambiará y será constante. En otras palabras se trata de una senda geométrica, tal como se muestra en la ilustración. De esta forma si seleccionamos un descenso constante de 3° podemos simular un descenso ILS. Esto es lo que ocurriría si la GS (Glide Slope) falla en un momento de la aproximación, simplemente seguiríamos volando el localizador y utilizaríamos el FPA para el descenso, el resultado seria exactamente el mismo. 

Si en ese momento recibiéramos instrucciones de ATC pidiendo que incrementáramos nuestra velocidad no tendríamos ningún problema ni habría que recalcular ningún descenso ni ninguna cantidad de velocidad vertical, simplemente mantendríamos nuestro grado de descenso 3° automáticamente e incrementaríamos la velocidad, recuérdese que se trata de un descenso geométrico, ni el viento ni la velocidad, ni el grado de descenso pueden afectarnos.



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