domingo, 31 de enero de 2016

¿Qué pasaría si...

Un avión de fuselaje ancho, como el 777 perdiera sus dos motores en el punto más lejano a la tierra durante un vuelo trasatlántico? ¿Conseguiría llegar a tierra planeando?

Una pregunta muy interesante. Vamos a intentar responderla "grosso modo", pues las condiciones de cada vuelo pueden variar mucho. Para empezar deberíamos de saber cual es el índice de planeo del 777. Para calcular el índice de planeo se puede leer el post dedicado a ello. Es complicado obtener estos datos, pero sabiendo que los modelos grandes tienen un índice parecido, podemos establecer lo siguiente: el índice de planeo de un 747 (muy parecido al del 777) es 17:1, lo cual quiere decir que el 747 puede avanzar 17 km por cada uno que pierde. Tomaremos esta referencia para el 777. Asumiendo que el avión vuele en un nivel 400 (FL400 o 40.000 pies) esto equivaldría a una altura de 12.192 metros o 6,53 millas náuticas. Por lo tanto 6,53 x 17 = 111 millas náuticas (205,6 km).

Ahora echemos un vistazo a esta carta que indica las rutas trasatlánticas en el denominado OTS (Organize Track System) del North Atlantic Track (NAT) :



Si volamos desde Europa hacia los Estados Unidos podríamos entrar en estas rutas trasatlánticas en el punto denominado DINIM situado en longitud 015° W. Se podría salir de la ruta en el punto llamado DENDU (52° W), esto nos da un punto de tiempo denominado en inglés ETP o equal time point. (calculado sin viento) localizado en 37° W. Aunque este punto no está en ninguna de las rutas OTS, para los propósitos de esta demostración es suficiente. Este ETP (el punto donde lo mismo da ir hacia un lado que hacia otro) en la vida real se calcula de forma muy precisa teniendo en cuenta el viento. En la marcación roja se lee EINN que es el código OACI para el aeropuerto de Shannon y CYQX en el otro lado, que es el código para Gander. Ambos son punto estratégicos para el cruce del Atlántico. En el ETP tanto da continuar hasta Gander que volverse a Shannon. Aquí se ha calculado el ETP simplemente haciendo las sustracción entre puntos (52° W - 15° W = 37° W).


A 52° de latitud Norte, 1° de longitud es más o menos unas 36 millas náuticas, así que el avión tiene un alcance de poco más de 3° de longitud en este mapa. En la asignatura de navegación se nos enseña que en el ecuador 1 milla náutica es 1 minuto de arco de meridiano, por lo que 60 millas náuticas corresponden a un grado en la carta de navegación. Pero debido a que los paralelos tienen otras dimensiones a diferentes latitudes que no sean el ecuador, debemos de hacer las conversiones correspondientes. Existen páginas que calculan esto de forma automática como: Length Of A Degree Of Latitude And Longitude Calculator.

Recuérdese que habíamos calculado unas 111 millas náuticas y 36 x 3 = 108. Se puede ver claramente que en el mapa no hay masas de tierra dentro de ese radio de acción, así que la respuesta es NO. No conseguiría llegar a tierra planeando y debería amerizar en medio del Atlántico. Suponiendo que la bravura del mar permitiera un buen amerizaje, se podría intentar una evacuación en alta mar. Los aviones van equipados con las famosas rampas de evacuación, que al mismo tiempo se convierten en embarcaciones una vez finalizada esta. De cualquier forma existe una gran probabilidad de que perezcan todos los ocupantes si no son rescatados a tiempo por alguna embarcación que se encuentre en las cercanías.

Sin embargo

Todos los aviones de dos motores que cruzan "el charco" están certificados bajo las estrictas regulaciones denominadas ETOPS. Ya se habló de ellas en el post dedicado en este Blog. Popularmente conocido este acrónimo como "Engines Turning Or Passenger Swimming", (o funcionan los motores o los pasajeros al agua) en realidad quiere decir "Extended Twin Operations" (Extensión de operaciones para bimotores). Estas regulaciones aseguran que en el caso de un muy improbable fallo de uno de los motores, se garantiza que con el otro motor se pueda llegar a aterrizar en un aeródromo adecuado con total seguridad. El fallo de un motor es extremadamente raro, pero el fallo de ambos motores es una probabilidad muchísimo más baja (...a no ser que el avión se quede sin combustible, como el famoso caso del Gimli Glider).

Con los años, los motores de reacción se han ido haciendo cada vez más fiables. Con más de 40 años de operaciones en este tipo de motores, la industria ha alcanzado cotas de fiabilidad altísima. Hoy en día sabemos que las probabilidades de un fallo de motor (al contrario de lo que sucedía con los motores de pistones) no se ven afectadas por el tamaño o el empuje de los mismos. Antiguamente cuanto más potente era el motor de pistones más probabilidades de fallo tenía. En la gráfica que se puede ver a continuación se muestra precisamente esta fiabilidad de la que hablamos.


En el eje de ordenadas se ve la probabilidad de un fallo de motor por cada 1000 horas de operación. Si se hace la media de todos los motores (en el eje de abscisas) se puede ver que la probabilidad de que falle un motor es de 0.01 por cada 1000 horas de operación. Es una probabilidad tan baja que un piloto que inicie su carrera con 21 años se podrá retirar a los 65 sin haber sufrido en toda su vida una de estas emergencias. De estos datos también se desprende otra idea importante: hoy en día da igual el número de motores que monte un avión, tanto si son 4 como si son 2 motores, la probabilidad de fallo es la misma. La tendencia que existe con los motores de nueva generación, como por ejemplo el PW-1000 es de que esa probabilidad sea aún más baja.

Si, vale, pero existe una probabilidad dirá el lector. Bien, pues hagamos cuentas.

¿Cúal es la probabilidad real de tener un doble fallo de motor independiente? (Es decir que no tenga causa común como por ejemplo quedarse sin combustible)

En estadística, dos sucesos aleatorios A y B son independientes si y sólo si:



O sea que si A y B son independientes, su probabilidad conjunta puede ser expresada como el producto de las probabilidades individuales.

Llamemos P1 a la probabilidad de perder el motor izquierdo y P2 a la probabilidad de perder el derecho. La probabilidad de perder ambos motores es: P fallo ambos motores = P1 x P2, por lo que P fallo ambos motores = 0.01 x 0.01 = 0.0001 por cada 1000 horas. 

Calculando que se vuelen unas 5 horas sobre el Atlántico en un vuelo normal, tendríamos que habría que volar unos 2 millones de veces para que esto pudiera suceder. O en otras palabras, existe más probabilidad de que te toquen tres gordos de lotería seguidos (...cosa que han declarado algunos políticos delante del juez cuando se les ha imputado por blanqueo de dinero). 

El 777 puede ser certificado ETOPS-330 por la FAA norteamericana, lo cual quiere decir que después del fallo de un motor podría seguir volando 5 horas y media sin problemas hasta encontrar un aeropuerto. En otras palabras, las rutas trazadas para este tipo de aeronave deben de considerar aeropuertos alternativos en caso de emergencia que se encuentren a 330 minutos en caso de fallo de motor. Nótese que lo importante son los minutos, no la distancia al aeropuerto. La elección de una velocidad a volar con el único motor disponible es lo que nos dará la distancia al aeropuerto alternativo. Cuanto más rápido se pueda volar con un único motor, más distancia al alternativo. Las compañías aéreas suelen ser las encargadas de seleccionar la velocidad con un único motor. Dependiendo de la ruta que se opere se podrá elegir una alta velocidad sobre el mar y una mas conservadora y un poco más baja cuando haya que libarar obstaculos naturales como montañas. 

Para saber las capacidades ETOPS de un avión se debe de ver el certificado de la aeronave. Este documento es un documento legal que se encuentra en el interior de la aeronave y puede ser inspeccionado por la autoridad competente. Es algo así como los papeles de nuestro coche. Para saber otros datos y las distancias a un aeropuerto alternativo es necesario echar un vistazo al manual de operaciones del avión, a la sección llamada "engine-out performance data" (en particular en el capítulo dedicado a la velocidad con un solo motor en crucero -single engine cruise airspeed-) 

En el gráfico que se puede ver a continuación se muestra como incluso con una certificación ETOPS-120 se puede cruzar el charco sin desviarse con un solo motor y estar dentro del radio legal de los 120 minutos. 

En el gráfico se ven los círculos de 60 minutos trazados desde los aeropuertos alternativos, que son la norma general para todos los aviones comerciales sin certificación ETOPS y los dos círculos de mayor radio que abarcan 120 minutos. En este mismo ejemplo se pueden ver las distancias, con lo que se puede calcular la velocidad elegida para este avión en caso de volar con un solo motor. 435 millas náuticas en 60 minutos es lo mismo que decir que tenemos una TAS (True Airspeed) de 435 nudos.

Algunas precisiones

Cuando se pierde un motor el avión no puede sostener un nivel de vuelo habitual en un vuelo de larga duración (es normal en vuelos trasatlánticos volar en alturas de 40.000 pies). Al perder potencia se pierde velocidad y por lo tanto sustentación. El avión simplemente no se sostiene en el aire a esa altura porque el peso es el mismo y la sustentacíon disminuye. Un avión con un solo motor se ve obligado a descender. Lo que se procura es que ese descenso se haga de manera controlada a una velocidad que permita la máxima autonomía. Este procedimiento se denomina en inglés "driftdown". Lo que dice la Ley: la Ley establece que en un descenso de este tipo se debe de librar el obstaculo más alto en la ruta por no menos de 2.000 pies cuando el avión se encuentra en pleno descenso. Una vez nivelado el avión debe librar cualquier obstáculo por al menos 1.000 pies de altura.



Gross driftdown es una maniobra calculada para un piloto promedio que vuela un avión promedio de su flota. Net driftdown sería una operación de descenso con unas pobres capacidades tanto por parte del piloto como por parte del avión. La Ley exige que estas distancias se se respeten con respecto a la peor situación posible. Pero los aviones que cruzan el Atlántico tienen además de estas otras preocupaciones también importantes, como son el no chocar con otros aviones y el tiempo meteorológico. 

Evitación de las colisiones

Parece mentira que con la precisión que se ha alcanzado en la navegación aérea se puedan producir choques de aviones en el aire, pero esto es así. Mucha de la culpa precisamente la tiene la precisión del sistema GPS o cualquier otro de posicionamiento via satélite. Cuando se vuelan rutas desérticas u oceánicas no existe la cobertura radar, por lo que debemos de programar el vuelo para ser autónomos durante una buena parte del vuelo. Si un piloto cometiera un error y volara la ruta incorrecta, habría muchas posibilidades de que se encontrara a un avión en sentido contrario. Para evitarlo se utilizan las técnicas del Mach y el tiempo. Del "Mach number technique" ya se habló en este Blog. Lo que se pretende en definitiva es que cada avión reporte el ATA (tiempo real de arribada a un fijo) y para poder llegar a la hora prevista se debe de volar un número de Mach constante y predeterminado por ATC. Un error de más de 3 minutos en una arribada es un caso grave que debe de ser informado a la autoridad. En cualquier caso, los aviones de hoy en día van equipados con el último recurso para evitar una colisión, nos referimos al famoso ACAS/TCAS, del que ya se habló aquí.

La meteorología

Los vientos soplan de Oeste a Este en lo que llamamos "jet stream" o corriente de chorro, así que si se viaja en dirección a Europa, lo más importante es saber donde se encuentran estos vientos y rápidamente meterse en ellos. Una vez dentro el viento de cola hará que el vuelo se acorte considerablemente. Si se viaja en sentido opuesto lo que hay que hacer es evitar estas corrientes o por lo menos saber donde son más débiles. Es normal sufrir turbulencias cuando se cruzan estas corrientes. Los aviones no suelen caerse por culpa de las turbulencias, lo que no es de recibo es meterse a propósito en un área de tormentas de forma consciente. El piloto debe de evitar por todos los medios no cruzar por zonas donde existan formaciones de cumulunimbus. El terrible caso del vuelo 447 de Air France ilustra muy bien lo que aquí se comenta.


La solución a estos problemas: las rutas OTS del NATS

Cuando se vuela sobre el atlántico se utiliza el North Atlantic Track system, que no es otra cosa que un sistema organizado e rutas especiales que se usan para cruzar de un continente a otro con la mayor seguridad, rapidez y eficiencia posibles. Las rutas cambian diariamente dependiendo primordialmente del tiempo meteorológico, pero también de la demanda. Dos veces al día, Shanwick Oceanic Control (Unas instalaciones de control de tráfico coordinadas por Shannon, Ireland y Prestwick, Scotland) se encuentran en contacto con Gander Oceanic en Newfoundland para poder predecir el Jetstream y publicar las mejores rutas para un periodo concreto del día.

El problema de las comunicaciones

Durante el cruce sobre el mar, los pilotos debían de hacer uso de la radio en frecuencias de HF (frecuencia de radio utilizadas para gran alcance). No existe cobertura radar y las comunicaciones por este medio habitualmente no llegan directamente a los controladores, sino a estaciones relé, que a su vez enlazan con el control de tráfico. El gran problema de la comunicación se están solventando en las aeronave más modernas con sistemas de comunicación digital vía satélite, pero la radio en HF todavía se debe de llevar abordo como último recurso. 

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