martes, 8 de marzo de 2016

La instrumentación basada en giróscopos (I)


La instrumentación básica de los aviones tradicionales es conocida en el mundo anglosajón con el nombre de "The basic six" (los seis instrumentos básicos). Tres de ellos estaban basados en la toma de datos de presión del aire y los otros tres estaban basados en los giróscopos mecánicos. Estos instrumentos y sus propiedades son bien conocidos desde hace muchos años.


Los instrumentos giroscópicos tienen uno de estos elementos en su interior. El eje de giro depende del instrumento. En los horizontes artificiales el eje de giro es vertical. En el indicador de rumbo y en el indicador de virajes es un giróscopo horizontal. En este último además el giro es hacia arriba y en dirección de la marcha, como muestra la flecha de color amarillo. Esto es necesario para que la indicación sea correcta.
las propiedades giroscópicas son sorprendentes a primera vista. En el siguiente vídeo se puede ver a un astronauta de la estación espacial internacional haciendo una demostración practica en gravedad cero.



Las propiedades de un giróscopo son dos:

  1. Rigidez en el espacio
  2. Precesión. 

la rigidez en el espacio quiere decir que una vez que la masa gira, el eje tiende a apuntar hacia una posición determinada intentando oponerse a cualquier fuerza exterior que intente modificar el eje de giro. En el vídeo se puede ver claramente que si apuntáramos el eje hacia la tierra cuando el giróscopo rota, sabríamos en todo momento cual es la orientación de la estación espacial con respecto a la tierra. Aunque el resto de la estación cambiara de posición, siempre tendríamos una referencia para poder orientarnos. Esto es lo que ocurre por ejemplo con el horizonte artificial en los aviones. En realidad el eje del giróscopo siempre está vertical y somos nosotros los que rotamos alrededor del giróscopo. 


File:Attitude indicator level flight.svg

En los instrumentos que vemos arriba tenemos dos situaciones. la primera es vuelo recto y nivelado. En la segunda estamos alabeando. Aunque nonos demos cuenta de ello, el giróscopo vertical que se encuentra en el interior del instrumento sigue apuntando en la misma dirección. Nuestro marco de referencia es la avioneta y parece que es el mundo exterior el que gira alrededor.


Si nos pusiéramos desde fuera entonces apreciaríamos esto:


Es decir, el avión es la carcasa del instrumento y el horizonte exterior es el plano en el que da vueltas el giróscopo. La carcasa puede pivotar alrededor del giróscopo, que se mantiene siempre en el plano de giro y representa el mundo exterior. El horizonte artificial, también conocido como Indicador de Actitud, además de mostrar la orientación de la aeronave respecto al horizonte, también puede darnos información rápidamente del ángulo de cabeceo. Gracias a este instrumento, es posible volar en condiciones de visibilidad reducida o nula.

El horizonte artificial muestra la orientación longitudinal de la aeronave (la relación del eje longitudinal del avión con respecto al plano del suelo), es decir: si está girado, inclinado, con el morro levantado, bajado o todo a la vez. Sirve de gran ayuda en condiciones en que la visibilidad es poca o nula. El horizonte artificial tiene dos partes: el horizonte propiamente dicho, y el indicador de rumbo. El primero está compuesto por una región azul que representa el cielo, otra normalmente marrón que representa la superficie terrestre, un símbolo que representa el morro del avión, y varias marcas a su alrededor. Las marcas horizontales a ambos lados representan las alas, el plano de la aeronave, y su ángulo con el límite entre las regiones de cielo y superficie (el horizonte artificial), el ángulo de alabeo. Dispuestas verticalmente a intervalos regulares, hay marcas horizontales más pequeñas que representan ángulos concretos en el plano vertical, a intervalos de 5º, 10º, etc. Muestran el ángulo actual del eje longitudinal con el plano del suelo. Hay que tener en cuenta que el horizonte artificial no muestra si la aeronave está ascendiendo o descendiendo (para ello se recurre al variómetro), únicamente nos indica su posición con respecto al horizonte.






La precesión es un efecto indeseado en la mayoría de los giroscópicos, ya que esta significa la tendencia a dejar de apuntar a un sitio fijo en el espacio. Esto es, perder la referencia. Si esto ocurre el eje no estará ya alineado con ninguna referencia conocida y la indicación podría ser errónea. 



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