El sistema EFIS (Electronic Flight Instrument system)

Se ha considerado desde hace tiempo que el EFIS es un componente más del FMS o sistema de gestión de vuelo. Los cinco subsistemas que se integran en la gestión de vuelo son:
  • IRS (Inertial Reference System). El IRS o sistema de referencia inercial proporciona datos de navegación, actitud y rumbo.
  • FMC (Flight Management Computer o unidad de cálculo). Este subsistema contiene las bases de datos de navegación y rendimiento de la aeronave que facilitan la selección y gestión de rutas. Incluye unidades de control de visualización (MCDU) y el ordenador o unidad de cálculo de gestión de vuelo. Ver post del FMS del B737 clásico.
  • DFCS (Digital Flight Control System) o sistema de control de vuelo digital Este subsistema permite la selección de los modos y comandos normales del director de vuelo y del piloto automático. También convierte los comandos del FMC o FMS en movimientos de las superficies de control de vuelo.
  • A/T (Autothrottle System). Este subsistema permite que el empuje del motor se ajuste a las condiciones previstas según el sistema de gestión de vuelo o del sistema de control de vuelo digital.
  • EFIS (Electronic Flight Instrument System) o sistema de instrumentos de vuelo electrónico. Este subsistema muestra al piloto los parámetros de vuelo normales, como la velocidad del aire y la altitud. Además se utiliza para visualizar la ruta del sistema de gestión de vuelo en relación con la posición de la aeronave y ofrece un medio para generar los avisos y alertas del control de vuelo digital. Las pantallas ECAM y EICAS también forman parte del EFIS.

En general se entiende que un sistema EFIS es un sistema de instrumentos en el que la tecnología de visualización utilizada es electrónica en lugar de electromecánica. Se utilizan pantallas tal como se puede ver en las fotos. Esto da lugar a una gran flexibilidad para la presentación de los datos, pero por otra parte, aunque existe cierto consenso entre fabricantes, también genera esquemas de cabina de vuelo diferentes entre modelos de aviones. Unos aviones van equipados con mayor número de pantallas y estas también pueden variar en tamaño y función.


Un sistema EFIS tradicional, normalmente consta de una pantalla principal de vuelo (PFD), pantallas multifunción (MFD) y una pantalla para el sistema de indicación de motor y aviso a la tripulación (EICAS, en la terminología de BOEING). En Airbus el equivalente al EICAS es conocido como electronic centralized aircraft monitor (ECAM).

A pesar de que los monitores tubo de rayos catódicos (CRT) se utilizaron en un principio, las pantallas de cristal líquido (LCD) son ahora más comunes. El complejo indicador electromecánico de actitud (ADI) y el indicador de situación horizontal (HSI) fueron los primeros candidatos para ser reemplazados por el EFIS. Sin embargo, hoy en día hay muy pocos instrumentos en la cabina de vuelo para los que no existe una pantalla electrónica. Debajo se puede ver el cockpit del E-Jet, su interfaz es una de las más modernas del mercado.



En el diseño de las pantallas del E-Jet se ha tenido en cuenta los estudios mas recientes sobre la teoría de detección de señales. Se sabe desde hace tiempo que un altímetro convencional es tres veces mas difícil de leer (interpretar) que uno digital (la tasa de errores incrementa hasta en un 20%), sin embargo los parámetros de motor en general son mas fácilmente interpretables en representación del tipo analógica (aguja). Otra consideración importante en el diseño de las pantallas es el uso del color, el número y el tamaño de estas. En el EMBRAER 170-190 se emplean 5 pantallas y 2 unidades MCDU, todas ellas en color. Existe la posibilidad de usar también un sistema de guiado basado en el concepto Head Up Guidance que incrementa de forma considerable la seguridad al superponer los datos de vuelo en frente de los ojos de piloto. Estos datos se superponen con el mundo real exterior, con lo que el nivel de alerta es máximo.

Descripción general

Las posibles aplicaciones de sistemas EFIS varían mucho. Un avión ligero puede ser equipado con una sola pantalla, en la que se muestran los datos de vuelo y de navegación. Un avión de mayores dimensiones es probable que tenga seis o más pantallas de presentación. Una instalación EFIS típica tendrá por lo general los siguientes componentes:
  • Pantallas de presentación
  • Controles
  • Procesadores de datos

El sistema que se muestra arriba está basado en el B737. El sistema integra un modo de autoevaluación denominado BIT (Built in Test). Cuando se detecta algún fallo en el sistema se genera el correspondiente aviso. También se puede realizar en cualquier momento una prueba de funcionamiento del EFIS presionando el interruptor TEST en la parte frontal del panel de control o en el generador de símbolos. Los sistemas EFIS también suelen contar con un test interno que se ejecuta a intervalos para verificar y detectar fallos durante el vuelo y el estado de los elementos discretos asociados con el sistema. Un EFIS muy básico podría tener todos estos componentes en una sola pantalla con un sencillo panel de control, dependiendo del fabricante. Debajo por ejemplo, se puede ver unas pantallas CRT muy antiguas entre instrumentación electromagnética clásica.


Debajo se puede ver una cabina moderna con pantallas LCD.


Un esquema integrado basado en el B737 sería el siguiente:



En la tabla siguiente se ofrece el código de colores que se suele usar en los sistemas EFIS.


Pantallas de presentación


Primary Flight Display (PFD)

En la cabina de vuelo, las pantallas de presentación son las partes más visibles de un sistema EFIS, y son sus características las que le dan lugar al nombre Cabina de Cristal. La pantalla de presentación que toma el lugar del ADI electromecánico o el antiguo EADI (Electronic Attitud Display Indicator) se llama ahora pantalla principal de vuelo o Primary Flight Display "PFD". Normalmente una pantalla separada sustituye al HSI y se llama pantalla de navegación ND  o a veces MFD (Multi Function Display). El PFD muestra toda lainformación crítica para el vuelo, incluida la velocidad aerodinámica, altitud, rumbo, actitud, velocidad vertical y guiñada. Debajo se puede ver el EADI y el HSI del B737 "EFIS clásico". En la parte superior del EADI/PFD se pueden ver los anunciadores de los modos de vuelo o FMA (Flight Mode Annunciators).


El PFD está diseñado para mejorar la conciencia situacional de un piloto mediante la integración de información básica de vuelo en una sola pantalla. Se ha cambiado de tener seis diferentes instrumentos analógicos a un solo instrumento electrónico con mucha información. De esta forma se reduce la cantidad de tiempo necesario para controlar las indicaciones esenciales. El PFD también aumenta la conciencia situacional del piloto al alertar de condiciones inusuales o potencialmente peligrosas - por ejemplo, de baja velocidad, alta tasa de descenso - cambiando el color o la forma de la pantalla o generando alertas de audio.

Los nombres de «Electronic Attitude Indicator» y «Electronic Horizontal Situation Indicator» son utilizados frecuentemente por algunos fabricantes. Sin embargo, el ADI es sólo la pieza central del PFD. En el PFD existe una gran cantidad de información adicional superpuesta y/o dispuestas alrededor del ADI o parte central del PFD.

En la imagen un PFD de la familia E-Jet con muchísima información adicional en torno al área central o ADI. Ver post dedicado a las pantallas del E-Jet.


Debajo se puede ver la pantalla del Garmin G1000


La pantalla multifunción (MFD) puede presentar muchas otras cosas aparte de los mapas de navegación, como por ejemplo páginas sinópticas. De esta manera muchos fabricantes consideran que una pantalla de navegación en exclusiva sea innecesaria. Otra opción muy generalizada es utilizar una sola pantalla de grandes dimensiones para mostrar tanto el PFD como la pantalla de navegación (ND). El PFD y la pantalla de navegación (y la pantalla multi-función, cuando esté instalada) a menudo son físicamente idénticos para facilitar la intercambiabilidad de las pantallas. Como la información mostrada está determinada por el sistema de interfaces, las pantallas pueden instalarse en cualquier posición. Hoy en día, las unidades LCD de nueva generación producen menos calor que los antiguos monitores CRT, lo cual es una ventaja en un panel de instrumentos congestionado. Estas pantallas también son más ligeras, y ocupan menos volumen.

Multi-Function Display (MFD) / Navigation Display (ND)

El MFD (Multi-Function Display) muestra la navegación y la información en tiempo real de múltiples sistemas. Las pantallas multifuncionales se idearon como «cartas centralizadas» o «cartas digitales», donde las tripulaciones pueden superponer diferentes tipos de información. Sobre un mapa o un gráfico se pueden superponer puntos de ruta, aeropuertos, líneas de rumbo y un sin fin  de simbología para la navegación, incluyendo la información TCAS y el radar meteorológico. Debajo se muestra el MFD del E-Jet.


Las pantallas multifuncionales también pueden mostrar información acerca de los sistemas de aeronaves, tales como el combustible y los sistemas eléctricos. Al igual que con el PFD, el MFD puede cambiar el color o la forma de los datos para alertar a la tripulación cuando se producen situaciones anormales o peligrosas.

El B737 tiene cinco presentaciones distintas: NAV, VOR/ILS, MAP, CTR MAP & PLAN con NAV & VOR/ILS disponibles en modo Full o modo expandido.


La simbología es el caballo de batalla de muchos pilotos que deben de aprenderla al detalle. Mucha es muy intuitiva, pero siempre hay algún símbolo más complicado que otro. Ver post sobre la complicación de las cabinas de vuelo.







Las pantallas EICAS/ECAM


El (engine-indicating and crew-alerting system) EICAS incluye típicamente la instrumentación de varios parámetros del motor, incluyendo, por ejemplo, revoluciones por minuto, valores de temperatura, flujo y cantidad de combustible, presión de aceite, etc. Otros sistemas de aeronave monitorizados por el EICAS son, por ejemplo, superficies hidráulicas, neumáticas, eléctricas, superficies con sistema de deshielo, control ambiental y control. sistemas el EICAS tiene una alta conectividad y proporciona adquisición de datos y enrutamiento. El EICAS es una pieza clave de un sistema EFIS moderno, ya que reemplaza todos los medidores analógicos por pantallas electrónicas controladas por software.  El sistema de alerta de la tripulación (CAS) se usa en lugar del panel típico anunciador en los sistemas antiguos. En lugar de señalar un fallo del sistema al encender una luz tras de un botón o cerca de este, los fallos se muestran como una lista de mensajes en una pequeña ventana cerca de las otras indicaciones de EICAS.

Un electronic centralised aircraft monitor (ECAM) es también un sistema que monitoriza las funciones de las aeronaves y las transmite a los pilotos. También produce mensajes de fallos y, en ciertos casos, enumera los procedimientos que deben realizarse para corregir el problema.

ECAM es en realidad una serie de sistemas diseñados para trabajar de forma conjunta con el fin de mostrar información a los pilotos de manera rápida, lógica y efectiva. Los sensores colocados en todo el avión, monitorizan los parámetros clave y los envían a dos Concentradores de Adquisición de Datos del Sistema (SDAC) que a su vez procesan los datos y los reenvían a dos Ordenadores de Alerta (FWC).  Los FWC verifican las discrepancias y muestran los datos en las pantallas del ECAM a través de los tres ordenadores encargados de la gestión de las pantallas (DMC). En caso de fallo, los FWC generan los mensajes y sonidos de advertencia apropiados. Los sistemas vitales se enrutan directamente a través de los FWC, de modo que aún se pueden detectar fallos en ellos, incluso con la pérdida de ambos SDAC. Todo el sistema puede continuar funcionando incluso con un solo SDAC y un FWC.

Los fallos se clasifican según su importancia, desde fallos de nivel 1 hasta fallos de nivel 3. En el caso de fallos simultáneos, el fallo más crítico se muestra primero. 

Las ventajas del sistema EFIS


INTEGRACIÓN

El EFIS reúne información de una variedad de fuentes y muestra esa información en un formato que facilita la tarea del piloto para monitorizar y coordinar la situación del vuelo. El EADI (PFD) combina información de actitud, como se muestra en un Horizonte Artificial, con información de radioayudas y otras fuentes externas. El EHSI (ND) puede combinar la posición derivada de IRS/RNAV con los datos de ruta del FMS y también puede mostrar información de varias ayudas de radio, por ejemplo VOR, ILS y DME.

FLEXIBILIDAD

La información puede mostrarse en más de un CRT/LCD o transferirse de un CRT/LCD a otro según sea necesario. Además, la información mostrada puede ser específicamente la más importante de acuerdo a la fase actual de vuelo. Al mostrar solo la información relevante, se reduce la carga de trabajo de la monitorización constante. Esto puede dar lugar a la llamada complacencia tecnológica, pero ese es otro tema (una desventaja) que ya trataremos más adelante.

PRESENTACIÓN MEJORADA

El uso de CRT/LCD de color permite una libertad casi total en la elección de la forma de presentación de datos. La información se muestra en forma alfanumérica o como símbolos que pueden parpadear o cambiar de color si tienen un significado especial.

CONFIABILIDAD

Una ventaja adicional de EFIS en comparación con los instrumentos mecánicos es la confiabilidad. El CRT efectivamente no tiene partes móviles y su MTBF o tiempo medio entre fallos es muy alto. En caso de fallo las pantallas son fácilmente reemplazables.

REDUNDANCIA

Los fallos del sistema (fallos de pantalla) en vuelo se resuelven fácilmente pasando la información a las pantallas operativas. Si todas las pantallas funcionan, pero uno de los dos sistemas falla (el generador de símbolos por ejemplo), el otro actúa como una fuente común alternativa para ambos pilotos.


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