sábado, 21 de marzo de 2015

Los sensores del avión II (Los ADIRU's y el caso de Lufthansa)



En este post vamos a hablar de los ADIRU (a veces conocido por ADIRS cuando nos referimos al sistema completo), que son los componentes esenciales de aviónica que equipan a muchos aviones comerciales modernos, como el A321 de Lufthansa que sufrió un incidente en vuelo hace poco. 

La palabra ADIRU quiere decir Air Data Inertial Reference Unit y ADIRS quiere decir Air Data Inertial Reference System. De una forma sencilla se puede decir que es una de las muchas "cajas negras" que montan los aviones comerciales modernos, que integra un sistema de datos de aire con otro sistema de cálculo inercial. Para saber más sobre lo que es una unidad de cálculo inercial o IRS se puede visitar este post dedicado a ello.

El ADIRU provee de información esencial a la aeronave. Estas "cajas" (se suelen montar un mínimo de dos por motivos de seguridad) son los sentidos sensoriales de la aeronave. Los datos que calcula la parte AD (Air Data) se encarga de proveer principalmente: velocidad, ángulo de ataque y altura. La parte IR (Inertial Reference) se encarga de proveer: posición y actitud.

La información de la velocidad llega desde los tubos Pitot del avión. La información inercial llega por medio de los acelerómetros y giróscopos. Esto es lo que se ha querido indicar en el gráfico inferior. 



Tal como se ve en el gráfico, los parámetros de velocidad, actitud, etc, se muestran en las pantallas EFIS. En el ejemplo del gráfico se ve también la "caja negra" etiquetada como MAU (Modular Avionic Unit), esto es el equivalente de los ADIRU en el E-Jet, ambos sistemas son similares.

Los datos no solo se mandan a las pantallas EFIS, sino que también se usan en otros sistemas importantes, tales como el motor, el piloto automático, los controles de vuelo, el tren de aterrizaje, etc. Los ADIRU pueden estar complementados con otros sistemas que ayuden a garantizar la integridad de la señal en caso de fallo de algún componente, este es es el caso de los SAARU que es un sistema de actitud secundario que monta el Boeing 777, por ejemplo.

ADIRS

Un ADIRS consta de hasta tres ADIRU para poder seguir funcionando después de algún fallo. Esto es lo que se conoce como redundancia de sistemas y se requiere para garantizar la seguridad (tolerancia al fallo o degradación del sistema con garantías de seguir funcionando). El numero de unidades y su forma de integración están regulados por protocolos muy estrictos, comprobados, certificados y aceptados como válidos en la industria aeronáutica internacional. Incluso con una sola unidad ADIRU, el avión puede seguir volando en un modo degradado, pero completamente seguro. Normalmente el ADIRU Nº1 provee de datos al comandante de la aeronave que pilota en el la izquierda. El ADIRU Nº2 provee de datos a las pantallas del copiloto que va en la derecha y el ADIRU Nº3 suele ser la unidad de reserva en caso de fallo da alguno de los otros dos. Se da la circunstancia que los tres están conectados y si uno de ellos difiere significativamente de los otros dos, se genera un aviso para los pilotos.

La parte del ADIRU dedicada a los datos del aire provee: velocidad indicada, calibrada y verdadera, Número de Mach, ángulo de ataque, temperatura, altura barométrica y variación de presión barométrica para calcular los datos del variómetro. Para calcular la velocidad del avión se emplea la presión dinámica que se recoge en el tubo Pitot y se efectúa la sustracción de la presión ambiente o estática. Estas operaciones son llevadas a cabo por los denominados ADM's o Air Data Modules, que se encargan de tomar los parámetros físicos de temperatura y presión que existen en la atmósfera para poder procesarlos y convertirlos en datos o información digital (ceros y unos). Una vez transformados se envían a los módulos de computación por medio de buses de datos del tipo ARINC 429 o ASCB-D.  Y aquí es donde está uno de los mayores problemas del proceso. 

Problema: Poder transformar magnitudes físicas en datos (dígitos).

¿Por qué es un problema o puede llegar a serlo? Pues es parecido a lo que ocurre con la música en MP3 o en CD/DVD. Los antiguos reproductores de discos de vinilo, eran analógicos y en los modernos equipos de música de hoy en día suelen ser digitales. No hace falta ser un gran experto en música para darse cuenta de que el formato MP3 es de lo peor que hay en terminos de calidad, (pero es lo suficientemente bueno para la experiencia diaria, da ahí precisamente su éxito). Simplemente se pierde información en el proceso. 

Si un sistema es analógico (continuo), lleva mucha más información y es más complejo que uno digital. Por ejemplo, imaginemos la puerta de nuestra habitación. Si alguien nos preguntara "en digital" como está la puerta, la respuesta sería una de dos, o cerrada o abierta. Si alguien nos preguntara "en analógico" el estado de la puerta, podríamos informar mucho mejor: La puerta está entreabierta unos 35º. ¡Caramba, vaya precisión!

Pues esto es algo que también pasa en el proceso analógico/digital de los sensores de los aviones. Los parámetros del aire son magnitudes físicas continuas y los ordenadores solo entienden ceros y unos. En el proceso algo se suele perder. Ademas de todos estos problemas, los ADIRU son sistemas que dependen de la energía eléctrica, aunque suele haber redundancia de fuentes, los sistemas pueden sufrir distintos errores (sobre-voltaje, caída de tensión, desfase, cambio de fuente de alimentación, etc). No es normal que fallen estos dispositivos y si lo hacen, el fallo suele ser minimizado por los sistemas restantes, pero de vez en cuando ocurren casos en los que los sensores mandan datos incorrectos y, claro está, los datos que salen de las computadoras son tambien erróneos. 

Este parece ser el caso del vuelo 447 de Air France, el del vuelo 603 de Aeroperú y quizás también el del vuelo LH-1829 de Lufthansa.

Como los lectores recordarán, el Airbus A321-200, matrícula D-AIDP realizaba un vuelo Bilbao-Múnich con 109 personas a bordo. Cuando estaba subiendo a través del nivel de vuelo 310, después de unos 15 minutos de vuelo (a las 07: 03Z), el piloto automático bajó inesperadamente el morro del avión y entró en un descenso alcanzando los 4.000 pies por minuto. La tripulación fue capaz de detener el descenso en FL270, donde lo mantuvo por un rato, para luego subir a FL280. El avión aterrizó con seguridad en Munich cerca de 110 minutos después del incidente. 

Recuerdo que hace ya unos cuantos años, cuando servía en el Ejercito del Aire, ocurrió un caso parecido. Un par de F-18 que iban a realizar unos ejercicios de combate aéreo "dog-fight" realizaron previamente un repostaje de combustible en el aire desde un C-130 Hercules.  El primer piloto no tuvo problemas, pero el segundo F-18 se encontró conque la cesta de repostaje golpeó varias veces el morro del caza. Finalmente pudo realizar su repostaje y ambos aparatos de dirigieron a la zona asignada para realizar su ejercicio. En medio del ejercicio, que requiere giros bruscos y aceleraciones violentas para poder darse caza, el F-18 que había tenido los problemas de repostaje entró en barrena. 

Este tipo de aparatos por aquel entonces estaba dotado de un sistema de recuperación de las barrenas, de forma que toda la información de las pantallas desaparecía y lo único que se podía ver era una flecha indicando al piloto hacia donde tenia que poner el mando de vuelo con el fin de sacar al avión de la barrena. Finalmente el piloto recuperó la aeronave después de una caída brutal. El piloto pidió al otro F-18 que lo escoltara para el aterrizaje, pues estaba claro que las indicaciones de velocidad y altura eran erróneas. Una vez en tierra se dieron cuenta de que el impacto repetido con la cesta de repostaje del C-130 había doblado ambos tubos Pitot en el morro del F-18. Evidentemente los sensores no podían medir bien los datos del aire y los ordenadores de abordo realizaron los cálculos incorrectamente, induciendo una barrena, que pudo haber sido fatal. 

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