El funcionamiento del piloto automático (en plan sencillo) parte II

El funcionamiento de un piloto automático se basa en la estabilización creada por una referencia, tal cual vimos en la primera parte de esta serie de artículos. Cuando el piloto (humano) selecciona un modo de operación a través del panel de guiado, le está diciendo al piloto automático (si está conectado) precisamente lo que debe de hacer. Pero en realidad ¿Cómo sucede esto?

En plan sencillo y sin complicaciones. Para este ejemplo vamos a considerar solamente el eje lateral del avión, que es el eje de cabeceo o pitch en inglés.Tenemos un giróscopo vertical montado en el centro de gravedad del avión. El propio eje vertical del giróscopo forma parte de un sistema eléctrico y el extremo de este eje toca la parte central de un reostato (resistencia), que se encuentra colocada en el fuselaje del avión, tal cual se puede ver en el dibujo inferior.

El sistema está en reposo, ya que no se genera señal eléctrica alguna. Epsilon = 0. No se necesita que el estabilizador horizontal corrija nada. No hay señal. Imaginemos ahora que sufrimos una ráfaga de viento (down drafts) que empuja el morro de nuestro avión hacia abajo. El morro del avión baja, pero el giróscopo mantiene su posición en el espacio (esa es su propiedad principal llamada rigidez en el espacio), esto es lo que se puede ver en el dibujo siguiente.

El efecto del cabeceo hace que el avión gire sobre su eje lateral (bajando el morro) de forma que el potenciómetro (que es el propio avión) también gire. El giroscopio sigue apuntando su eje verticalmente con respecto a la tierra, pero esto genera una señal eléctrica o error, que debe de ser corregido. Dependiendo de la cantidad de señal generada se aplicará una corrección al estabilizador horizontal, hasta que la señal vuelva a ser cero. Este es el principio básico de todo piloto automático: la estabilización. Esto mismo es lo que sucede en todos los ejes del avión. Con un sistema de auto-estabilización el avión corregirá automáticamente cualquier desviación producida por elementos externos.

Bien, pero entonces ¿Cómo podemos decirle al piloto automático que haga lo que nosotros queremos? Si el sistema está auto-estabilizado entonces nos corregirá cualquier "input" o selección que podamos hacer. Es cierto, por eso mismo debemos de engañar al giróscopo. En otras palabras, debemos de introducir una señal de error en el sistema para que el propio giróscopo la compense.

Si el sistema es estable, entonces "toca" el giroscopio para crear una señal de error. Si "tocamos" el giróscopo y lo inclinamos 3°, estaremos produciendo un error (epsilon) que deberá ser compensado por el estabilizador horizontal (los elevadores en este caso).

En realidad lo que hacemos es crear pequeños errores que  deben de ser corregidos. Esto lo hace el computador de abordo o Flight Control Computer (FCC) o algún elemento similar, tal como se puede ver en la ilustración inferior. Los giroscopios de todos los ejes del avión van montados en el centro del mismo (o muy cerca del centro) dentro de un sistema que se denomina Inercial o de Referencia (INS o IRS). El piloto utiliza el Panel de Guiado (Guidance Panel o Mode Control Panel) para introducir estos pequeños errores, los cuales son enviados al IRS por medio del computador de vuelo o FCC o similar. En el ejemplo de abajo se ve un avión ascendiendo a 20.000 pies seleccionados en la ventanilla del MCP. Al llegar a esa altura el FCC dejará de enviar la señal de error y el avión se auto-estabilizará a 20.000 pies de altura.

En los siguientes artículos sobre el tema vamos a profundizar más en estos conceptos.