jueves, 1 de octubre de 2015

¿Entrenamiento de pérdida o pérdida de entrenamiento?

La Agencia Europea para la Seguridad Aerea (EASA) comenzará a exigir desde mayo de 2016 que los pilotos de lineas aéreas sean entrenados en la recuperación de perdidas y situaciones de vuelo descontrolado. Para ello el Director Ejecutivo de la Agencia, Patrick Ky, ha comenzado el passado mes de mayo un rápido periodo consultivo junto con la IATA para poner en marcha la maquinaria legislativa correspondiente. Según Ky La falta de habilidad de los pilotos para poder recuperar el control de una pérdida o en una situación de vuelo en actitudes inusuales es una de las causas de accidentes más importantes en los últimos años. Por esta razón se debe de implantar un sistema que permita el entrenamiento de las tripulaciones en este área que comienza a ser de gran preocupación.

El organismo regulador equivalente en los EEUU es la FAA. Allí se han dictado normas muy parecidas ya en 2013, pero las regulaciones norteamericanas difieren sutilmente a la hora de definir cuando se debe de empezar a recobrar la pérdida de una aeronave.

¿De dónde viene el problema? La cuestión es compleja, existen muchos factores que han llevado a que las modernas tripulaciones se vean en apuros cuando de recobrar una perdida real se trata. En mi modesta opinión, uno de los grandes problemas surgió cuando se empezaron a implantar las leyes de vuelo y las novísimas tecnologías que hacían innecesario este tipo de entrenamiento. Podríamos decir que en parte AIRBUS comenzó con la nueva filosofía que hacia innecesario todo esto de la recuperación de pérdidas. Por ponerlo en plan sencillo: un avión que "no puede" entrar en perdida ni en barrena, (en teoría) no necesita que esto sea entrenado, ya que nunca va a ocurrir. Pero sería injusto decir que esto es solo culpa de la moderna ingeniería aeronáutica. Existen, como digo, otros factores igualmente importantes que iremos comentando. 

Implícitas en las nuevas regulaciones que se quieren emitir están los métodos por los cuales las compañías aéreas deben de entrenar a sus pilotos para poder cumplir con la nueva legislación. La EASA suele emitir material de guía (GM o Guidance Material) para clarificar los aspectos en los que se debe de demostrar a las autoridades que se ha cumplido con la normativa. La EASA suele pedir unos mínimos, los cuales no son los únicos posibles. Un operador puede elegir la demostración de cualquier forma que la autoridad civil considere válida. En cualquier caso, este entrenamiento parece que va a requerir clases teóricas, y practicas en simuladores y vuelos reales. El entrenamiento debe de ser llevado a cabo por completo en tres años. Las lineas aéreas pueden usar dispositivos en tierra y simuladores para entrenar la recuperación de actitudes inusuales (Upset-recovery), pero estas maniobras no se llevarán acabo en aviones reales por el peligro que entraña. 

Lo que la EASA no ha incluido en su normativa es el hecho de que los pilotos deban de entrenar regularmente las perdidas totales (full stall) en los simuladores, cosa que la FAA tiene como algo obligatorio desde 2013 desde que ocurriera el desgraciado accidente del Bombardier Q400 de Continental Connection en 2009. La NTSB determinó que la causa probable de este accidente fue la respuesta inadecuada del capitán a la activación del "stick shaker", que lo condujo a una actitud aerodinámica imposible de recuperar. Se puede leer aquí.

En los modernos aviones comerciales se dispone de ordenadores especializados para poder detectar una pérdida. Debido a las características aerodinámicas de muchos aviones comerciales, no es posible detectar esta pérdida y se deben de usar otros métodos, como por ejemplo el Stick Shaker, que no es otra cosa que un motor que hace vibrar las columnas de control. El computador o Stall Warning Computer recibe inputs de muchos sensores del avión. Cuando se está en las proximidades de una pérdida, el computador genera las señales sonoras, visuales y táctiles para advertir al piloto.

Uno de los inputs fundamentales para la detección dela pérdida es el ángulo de ataque. Para poder medir este parámetro los modernos aviones cuentan con sensores, como esta aleta que he dibujado. La corriente de aire libre mueve la veleta que sobresale del fuselaje y la rotación genera una señal eléctrica. Esta señal se manda al Stall Warning Computer junto con otras, como la configuración del avión, la velocidad, etc.
Los pilotos hoy en día están entrenados para comenzar a recuperar una pérdida de sustentación al primer aviso, que puede ser visual, táctil (vibración de los mandos de vuelo o Stick Shaker") o sonoro sin esperar a entrar en la zona de perdida total de sustentación. He aquí otro de los problemas que antes se comentaban. La legislación requiere que los aviones muestren una indicación clara de que la aeronave se acerca a la zona de perdida justo un 5% antes de llegar. Por ejemplo, si nuestro avión se desploma cuando la velocidad desciende hasta los 120 nudos, el aviso de entrada en pérdida se produce a los 126, con lo cual no estamos en la pérdida propiamente dicha y aún tenemos control de la aeronave.



En la ilustración superior se puede ver el típico procedimiento para recuperar una pérdida después de la activación del stick shaker. Este procedimiento se refiere a un modelo en particular (Gulfstream G450) y no puede aplicarse a otros aviones, pero por lo general es algo parecido. Lo primero es nivelar las alas y aplicar potencia. Inmediatamente se reduce el ángulo de ataque (usualmente bajando el morro). Una vez controlado el vuelo se vuelve a la altura adecuada.

El gran problema (otro de los que comentamos) es que los simuladores profesionales que se diseñan para el entrenamiento no tienen programados los valores del vuelo descontrolado, ya que en teoría esto nunca debe de llegar. Los simuladores por lo tanto no tienen modelado el cálculo no lineal de los parámetros aerodinámicos de la nave a la que representan. En matemáticas, los sistemas no lineales representan sistemas cuyo comportamiento no es expresable como la suma de los comportamientos de sus descriptores. Esta física que no está implementada en el cálculo ocurre cuando se hace volar a la aeronave fuera de la envolvente de protección, más allá del angulo de ataque de la perdida o cuando se establecen maniobras descoordinadas con grandes ángulos de cabeceo, alabeo o guiñada.

Esto nos ocurrió a nosotros en uno de los simuladores del Embraer 190 que tenemos en Munich. En algunas ocasiones, cuando no tenemos entrenamiento y el simulador se encuentra libre nos da por pedir permiso a mantenimiento y entrar a probar cosas. En una ocasión decidimos intentar un tonel porque en teoría esto es posible en este tipo de avión siempre y cuando se mantenga a la aeronave dentro de los márgenes de carga aerodinámica que el fabricante tiene limitados. En aquella ocasión los ordenadores que se encargan del visual fallaron estrepitosamente cuando estábamos casi boca abajo dejando todo en negro y los calculadores de vuelo empezaron a dar avisos de problemas. El sistema simplemente no estaba preparado para calcular estas actitudes del avión.

El ejemplo que antes comentábamos del Q400 de Continental Connection no es el único. Todo el mundo recuerda en aquel mismo año 2009 el accidente de Air France 447 y el de Turkish Airlines 1951. Estos desgraciados accidentes fueron los que despertaron a la comunidad internacional y las autoridades civiles para que empezaran a replantearse el sistema de entrenamiento. Todo ello debido también a otro gran problema y es el hecho de que la mayoría de los "nuevos" pilotos en el siglo XXI no han recibido entrenamiento acrobático o militar, cosa que antes se hacia. Un piloto militar ha experimentado vuelos extremos, sobre todo si procede de un Ala de Caza, los antiguos pilotos (pre-AIRBUS) recibieron entrenamiento en aviones acrobáticos, pero hoy en día las compañías y las academias de vuelo ya no suelen ofrecer este tipo de entrenamiento. Solo los pilotos que han volado en estas condiciones tienen la experiencia y saben realmente los efectos fisiológicos de un vuelo después de recuperar una autentica pérdida (desorientación, mareo, pérdida de conciencia situacional, etc). 

Pero parece ser que la EASA quiere remediar todo esto por medio del entrenamiento de como reaccionar ante una activación del Stick Shaker o stick pusher. También quiere hacer recuperación de actitudes de morro arriba y morro abajo y fallos de sistemas de alerta y degradación de sistemas Fly-By-Wire, pero lo que el grupo de expertos de la Agencia no ven claro (a diferencia de los norteamericanos) son los beneficios del entrenamiento de de una Full-Stall o pédida total de una aeronave. Entre otras cosas este grupo de expertos cree que la industria no esta preparada para un acambio tan radical enn la estructura y entrenamiento de estas maniobras. se basan en lo que antes comentábamos de que un FFS (Full Flight Simulator) no esta preparado para esta tarea y seria harto complicado hacer las modificaciones de software, de hardware y las certificaciones necesarias para empezar a entrenar, con lo que la Agencia se va a quedar solamente en el entrenamiento de aproximación a la perdida o Approach-to-stall exercises.

Esta misma idea es la que también mantienen AIRBUS, que sigue asegurando que sus aviones Fly-By-Wire con protección de la envolvente de vuelo solo necesitan ser recuperados cuando el piloto siente el buffeting (sacudidas o vibraciones anteriores a la entrada en pérdida típica de los aviones comerciales modernos con ala en flecha) y siempre y cuando la aeronave se encuentre dentro de las leyes de control de vuelo normales (Normal Control Law). La posición de BOEING es diferente. Siempre se ha dicho que los sistemas Fly-By-Wire diseñados por el fabricante norteamericano estaban mas orientados al piloto y menos a la ingeniería. BOEING haciendo caso a la FAA va a presentar los modelos matemáticos que han creado para poder ponerlos en los simuladores y hacer el entrenamiento de perdida completa. De la misma manera BOEING esá desarrollando planes para poner en practica estos cambios de filosofía y poder introducir este tipo de maniobras en los manuales de entrenamiento. LA FAA ha contratado a Bihrle Applied Research para investigar las posibilidades de extender el calculo computacional para simuladores de aeronaves Fly-By-Wire del tipo A320, A330, A340, también en modelos bimotores de ala alta y cola en T (similares al Q400), aviones regionales como el CRJ200 y el Embraer 145, etc. Estos modelos se están empezando a probar en Oklahoma City.

La envolvente de vuelo



Arriba se muestra un ejemplo de Diagrama V-G (velocidad versus factor de carga o G) para un avión reactor bimotor de negocios. En el eje de ordenadas se muestran los valores G y en el de ordenadas (partiendo del valor 0 hacia la derecha) la velocidad del avión. Este diagrama varía dependiendo de la altura y el peso del avión. en este ejemplo se tomado un peso de unos 32.000 kg, a una altitud de presión de unos 3.000 pies y configuración limpia o de crucero (flaps y tren arriba).

El área roja representa la zona de vuelo vetada por el fabricante o por la legislación aérea. Para un avión comercial o de negocios como este, la normativa de la EASA que limita estos factores se recoge en la denominada especificación CS-25 para aviones de grandes dimensiones (Certification Specification 25 - Large Aircrfat). En dicha normativa se establece un límite para el número de G's máximo (desde -1 hasta un máximo de +2,5). Esto no quiere decir que el avión no pueda soportar más aceleración, lo normal es que estos parámetros sean limitados como medida de seguridad. En los aviones del tipo By-Wire las leyes de control de vuelo normalmente impiden ir más allá de estos límites por mucho que se le requiera desde los controles de vuelo. Por este motivo también se denomina a estos sistemas como limitadores o "limiting" en inglés.

La zona naranja ilustra el área la envolvente de vuelo dónde corremos el riesgo de que el avión entre en pérdida aerodinámica. Para saber más sobre la pérdida ver los posts relacionados aquí.

Lo que se colorea en azul y verde es la envolvente normal de operación de la aeronave. El avión es "flyable" o volable en cualquier lugar en esta región. Las leyes de vuelo no limitarán las maniobras en este área, pero normalmente el piloto limita a propósito el vuelo solamente a la zona verde. En esta zona estamos volando por encima de la pérdida, pero por debajo de la velocidad máxima de diseño. de la misma forma estaremos dentro de los valores de 1G y el factor de carga máxima del avión. Elegimos no operar en la zona negativa-G en cían o azul, porque no queremos que nuestros pasajeros sin cinturón o cualquier objeto sin sujetar en la cabina de vuelo salga volando. Aunque sea perfectamente posible, habitualmente el vuelo se lleva a cabo sin entrar en la zona azul, (menos de 1G, pero más de 0G). Los pilotos tratan de mantenerse fuera de esa zona porque es incómodo y se corre el riesgo de asustar a nuestros pasajeros. Pero como pilotos debemos familiarizarnos con este vuelo, sobre todo por encima de 0G, ya que esto podría ser la clave para recuperar el control en situaciones de vuelo descontrolado (upset-recovery).

La importancia de un entrenamiento real

Como se puede ver en el gráfico inferior, cuando se alabea un avión se aumenta el número de G's (se desequilibran las fuerzas) y por lo tanto entramos en una región en la que se necesita más velocidad para compensar la pérdida de sustentación. Caso de no hacerlo podríamos meter al avión en una situación de pérdida e incluso entrar en barrena.




Aquí se puede ver un vídeo escalofriante del accidente sufrido por el C-17 en Alaska (2010), algo parecido al famoso accidente del B-52.

video



Veamos ahora la envolvente de vuelo y su significado en la recuperación de una actitud de vuelo inusual.




Tal como se puede ver en la ilustración superior, nuestro avión tiene una velocidad de pérdida a 1G de 130 nudos en las condiciones que antes decíamos (32.000 kg, a una altitud de presión de unos 3.000 pies y configuración limpia o de crucero con flaps y tren arriba). Digamos por poner un ejemplo, que estamos girando y repentinamente sufrimos una turbulencia que cambia la actitud del avión morro arriba mientras la velocidad es de 200 nudos. La dirección del vuelo ahora cambia rápidamente mientras nos encontramos virando. Lo primero es nivelar las alas. Ahora veremos que el morro cae hacia abajo suavemente y mientas esto ocurre veremos que la velocidad se ha reducido acercándose a los 130 nudos que sería la pérdida.

Reduciendo el factor de carga a 0,5G (entrando en la región azul) se reduce también la velocidad de pérdida a 92 nudos. Este factor de carga de simplemente media G, (podría parecer poco y además se encuentra en la región "no confortable") nos ha reportado nada menos que casi 40 nudos de velocidad que podrían ser esenciales para recobrar el vuelo normal.

Después de lo visto, podemos aceptar que la descarga del factor de carga a menos del 1G permite ganar una velocidad de alabeo más rápida y un mayor margen de entrada en pérdida. También nos damos cuenta de que en caso de volar a menos de 0G se corre el riesgo de causar lesiones a los pasajeros, ya que si no van atados, ellos y los objetos no asegurados, seguramente volarán por la cabina.

Pero, ¿cómo sabemos que estamos descargando lo suficiente y no demasiado? Este es problema al que nos referíamos al principio del post. A pesar de la gran tecnología que tienen los simuladores actuales, no se pueden simular fuerzas G sostenidas. Esto se puede lograr solamente por periodos cortos de tiempo y solamente un avión real podría darnos esa sensación. Por lo tanto no hay sustituto para la experiencia de vuelo real si queremos que el piloto experimente la sensación de quedarse colgando boca abajo del cinturón de seguridad para que pueda conocer de primera mano la sensación de lo que es una G negativa. La sensación de fuerzas G negativas sostenidas no sólo da a los pilotos la experiencia necesaria para recuperar una actitud de vuelo descontrolada, sino que también les ayuda a vencer el miedo de verse paralizados ante esta sensación. Miedo. Este es un grave problema que algunos pilotos experimentan simplemente porque no se han familiarizado con este tipo de vuelo. 

Pilotos que nunca han sido volado en invertido o sentido 0G en un avión durante más de un segundo o dos pueden ser propensos al mareo y por lo tanto verse incapacitados para completar las tareas de recuperación que se puedan haber memorizado previamente. Los pilotos militares que han pasado por esta formación y ahora trabajan como pilotos civiles tienden a reaccionar adecuadamente, incluso aunque hayan pasado décadas desde sus "días de gloria" pilotando cazas. La diferencia esencial es que los pilotos militares fueron sometidos a desensibilización que les enseño que el volar en invertido es simplemente una fase más del vuelo.

Los pilotos civiles están normalmente capacitados para volar en el aire en condiciones normales y entrenados para evitar los límites naturales del vuelo (suelo, agua, edificios y el espacio exterior) Debido a que el riesgo de muerte nunca se experimenta realmente en un simulador, un piloto civil por lo general no está debidamente capacitado para hacer frente a una situación de vuelo incontrolable hasta que no haya sido entrenado en un avión de acrobático de alto rendimiento.


Aviones de alto rendimiento

En la escuela española de pilotos FTE ubicada en jerez de la Frontera se hace entrenamiento con una Slingsby T67

En el Ejercito del Aire español se entrenó desde 1939 con la venerable Bücker BU-131 Jungmann. El Bücher BU-131 -Jungmann- es una avioneta biplano de escuela elemental, de dos cabinas abiertas, que ha estado en servicio en la Aviación española durante 50 años. Unas pocas avionetas llegaron a Sevilla en el otoño de 1936 con un motor de 80 CV, pero todas las siguientes importadas durante la Guerra Civil, hasta completar 50, trajeron el Hirth de 105 CV, que también montó CASA en sus primeras series. Las últimas 300, fabricadas en Cádiz, fueron equipadas con un motor español Tigre G-IV A, de 125 CV, con el que fueron remotorizadas 30 de las antiguas. Este ha sido el avión operado por el Ejército del Aire en mayor cantidad, con un total de 550 unidades nuevas (50 importadas y 500 fabricadas en España) y 30 reconstruidas.





El C-101 es un avión de entrenamiento avanzado que permite una formación aeronáutica completa desde las primeras fases de vuelo hasta la transición a los aviones de combate. Está construido totalmente en España por Construcciones Aeronáuticas S.A. (CASA). Sus buenas características aerodinámicas, fiabilidad, facilidad de manejo, bajo coste de operaciones y completa instrumentación le convierten en un avión muy adecuado para el vuelo de enseñanza y el vuelo acrobático.

Acrobacia aérea de un E-25 sobre las costas españolas

Acrobacia aérea de un E-25 sobre las costas españolas

El primer C-101 de serie vuela el 8 de octubre de 1979
En resumen y para no ser muy pesados:

Señores ingenieros (...no solo de AIRBUS), si un día por H o por B Venus se alinea con Marte y uno de sus aviones que nunca puede entrar en pérdida lo acaba haciendo... prefiero haber sido entrenado en el mundo real.

"Nada se sabe bien sino por medio de la experiencia"
Sir Francis Bacon (1561-1626) Filósofo y estadista británico.

3 comentarios:

  1. Manolo:

    Muy interesante entrada y, en cierta medida, inquietante. A modo de complemento, y por lo que comentas sobre las limitaciones de los simuladores, me he acordado de esto que vi en Microsiervos:
    http://www.microsiervos.com/archivo/tecnologia/simulador-robotico-cables.html

    Un saludo.
    Pablo.

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Hola Pablo, muchas gracias una vez más por tu aportación. Efectivamente es inquietante y muy complicado de simular. En el vídeo de Microsiervos se ven las limitaciones del prototipo. Es más bien un aparato pensado para la realidad virtual. En aviación comercial se necesita (por ley) tener la cabina reproducida exactamente como en el avión de verdad. Además de eso debe de ser posible la comunicación directa y la interacción con el otro piloto, algo que de mimento no se puede hacer con las gafas de realidad virtual. Por poner un ejemplo sencillo, no se podría agarrar la mano o el brazo físico si uno de los pilotos quisiera evitar que el otro tocara algo que en ese momento no debe. La idea de volar con los dos pilotos es precisamente la repartición de tareas para ejecutar maniobras coordinadas.

      De todas formas el simulador experimental de Microsiervos tiene posibilidades en otro tipo de aviones. Le falta la posibilidad del vuelo invertido y poder realizar más aceleración G sistenida, pero la idea es muy interesante.

      Tengo una entrada dedicada precisamente a los simuladores de aviación en el que se puede ver el yo utilizo en LFT Lufthansa Training Center en Frankfurt: http://greatbustardsflight.blogspot.ch/2015/02/simulando-la-realidad.html

      Estos son los, digamos, mejores simuladores que hoy en día se pueden conseguir por unos 35 millones de dólares la unidad. Lo que me encantaría es poder subir a algunos de nuestros pilotos al acelerador que usaban en Space Cowboys :)

      Un cordial saludo
      Manolo

      Eliminar
    2. Jope! ... Ando con el IPad a cuestas y el maldito corrector me juega malas pasadas. Sorry.

      Eliminar