Limitación del cabeceo: el PLI (Pitch Limit Indicator)

En anteriores artículos ya hemos hecho referencia al ángulo de ataque y a la pérdida. En este post vamos a ver como se muestran al piloto las indicaciones para no meterse en en este área tan peligrosa. 

Volar con cierto ángulo de ataque es a veces beneficioso. Si se excede un número de grados podemos poner al avión en situación de pérdida. Los aviones de última generación, como nuestro Embraer 190 (E-Jet) de por si tienen la tendencia natural a volar con una cierta actitud de morro arriba. Esto se puede apreciar perfectamente cuando se vuela manteniendo un altitud determinada con una "velocidad razonable". En la imagen que sigue se puede ver parte del PFD del Embraer 190 volando a 15.000 pies de altura y 180 nudos.

El símbolo del avión se encuentra en centrado en el PFD y es de color negro bordeado de linea blanca. El punto central indica casi 6,5° en la escala de cabeceo (pitch). este símbolo en realidad no es el morro del avión sino la extensión de la cuerda del ala, pero a efectos prácticos se puede contemplar como si fuera realmente el eje longitudinal del avión. El FPA o Flight Path Angle (símbolo verde un poco más abajo) es la línea de vuelo de la aeronave proyectada en el infinito. Al estar nivelada justo en el horizonte nos dice que el avión vuela justamente recto y nivelado. El resultado es un vuelo nivelado con morro arriba de unos 6°.

El vuelo con cierta actitud de morro arriba es a veces importante para un mejor consumo. En esta posición la resistencia al aire es menor y el consumo se reduce. En la foto superior esto queda demostrado si se echa un vistazo al velocímetro, que es la cinta numérica en la parte izquierda. El famoso "Green Dot" o punto verde es la indicación de estar volando en la mejor relación entre Lift y Drag (best L/D ratio). En este caso son 179 nudos. En el gráfico que sigue se muestra la curva en la que se alcanza la famosa relación L/D o velocidad del Green Dot.

Al aumentar la velocidad se reduce el AOA o ángulo de ataque. 

Por todo esto que aquí se explica es por lo que los aviones de última generación tienen la tendencia a volar con una cierta actitud de morro arriba. No  es inusual ver un PFD como el que se muestra arriba, sobre todo en las áreas terminales durante los procesos de aproximación y aterrizaje. Es por ello que el morro de los aviones modernos adopta una curvatura muy característica y está angulado hacía abajo. Esto es precisamente un diseño para dar al piloto una mejor posición visual en la aproximación.

Aunque aquí se representa de forma exagerada, la flecha amarilla que recorre el eje longitudinal del avión es lo que venimos a llamar pitch (símbolo del avión) y la línea gris sería la línea de vuelo (símbolo del FPA en verde). Los aviones modernos suelen volar con cierta actitud de morro arriba y en las aproximaciones esto podría ser un problema.

Las indicaciones al piloto

Cuando un avión vuela deprisa no necesita hacerlo con muchos grados de morro arriba. El AOA es pequeño. Esto es lo que se puede ver en el PFD de la izquierda. El avión se ha metido en la región de sobrevelocidad y por ello se puede ver el famoso "Barber's Pole" o indicación de que se ha sobrepasado la VMO (Velocidad máxima operativa). En este caso (E-Jet 190) la VMO son 320 nudos desde los 10.000 pies hasta los 29.000 pies más o menos.  El símbolo del FPA que nos muestra la línea de vuelo del avión está casi alineado con el símbolo del llamado morro del avión (las alas negras con borde blanco). En realidad este símbolo no es el morro del avión, sino una representación de la extensión de la cuerda alar, pero como esta más o menos coincide con el eje longitudinal del avión, la mayoría de la gente lo considera la indicación del cabeceo. Nótese que en la imagen del PFD de la derecha se puede ver como el cambio de velocidad hace aumentar el cabeceo. En este caso unos 6º al volar en las cercanías del punto verde.

¿Qué ocurriría si reducimos más la velocidad e intentamos mantener la altura? Esto es lo que se muestra a continuación. Tal como se puede ver, existe una indicación en la cinta de velocidad, que aparece por debajo. Esta indicación es la llamada "Low Speed Awareness Tape" o indicación de aviso de aproximación a la velocidad cercana a la pérdida.

El Low Speed Awareness Tape puede incrementar su atura, cuando por ejemplo estamos alabeando y tratamos de mantener la altitud. Esto es debido a que la gravedad  aumenta en un giro y por lo tanto el avión pesa más (un giro con 60° de alabeo significa que el avión pesa el doble). La indicación entonces se acerca a la ventanilla de la velocidad, donde los números todavía son verdes. En un momento dado aparece en color verde y en posición central (muy cerca del símbolo del avión) el famoso PLI  Pitch Limit Indicator. El Low Speed Awareness Tape está asociado al PLI.

El PLI fue originalmente desarrollado por la industria aeronáutica como una ayuda para el piloto para poder gestionar con seguridad la maniobra de escape del Windshear. Debido a que el aviso de pérdida es principalmente función del AOA (ángulo de ataque), el PLI muestra el margen posible del AOA y genera una advertencia cuando nos acercamos al área de pérdida real.

La distancia desde el símbolo del avión al PLI se calcula a partir de la diferencia entre el AOA del avión y el AOA al cual ocurrirá el aviso de pérdida. Esto proporciona a la tripulación una buena indicación y les permite controlar la actitud del avión en cabeceo y alabeo con relación al horizonte. Al mismo tiempo muestra a los pilotos si el avión se acerca a su máximo AOA. En general, cuando el símbolo del avión y las barras de color ámbar PLI se encuentran, el sistema de aviso de pérdida se activará. En algunos casos, como en el de los E-Jet, el color pasa de ámbar a rojo.

La aparición del PLI en verde nos muestra el punto de la escala de cabeceo en el que el avión alcanzará una velocidad 20% superior a la pérdida (1,2 x Vstall). Si insistiéramos en tirar de los controles de vuelo para seguir perdiendo velocidad sin perder altura, el Low Speed Awareness Tape tocaría el vértice de la ventanilla de velocidad y el símbolo del PLI cambiaría a color ámbar. En ese momento estaríamos a solo a 1,13 x Vstall o 13% por encima de la pérdida. Si se insistiera un poco más y se redujera la velocidad entonces entraríamos en el área roja de la pérdida. De acuerdo con la CS25 (Certification Specification 25 para aviones de grandes dimensiones), "El piloto debe de tener una clara y distinguible señal de que se encuentra un 5% por encima de la pérdida real del avión". En los modelos del E-Jet esta normativa se cumple cuando el color del PLI cambia al rojo (1,05 x Vstall). Los números de la ventanilla de velocidad se vuelven blancos con fondo rojo (como en la sobrevelocidad). Se activa el Stick Shaker (unas sacudidas en la columna de mandos de vuelo) y se desconecta automáticamente el piloto automático. 

Estas indicaciones le dicen al piloto que estamos en la zona de pérdida y debe de actuar de inmediato para sacar al avión de ahí. Todas estas indicaciones son necesarias dado que en los aviones modernos con alas en flecha, la fluctuación natural o buffeting que se suele experimentar en una pérdida casi no es perceptible. Muchos modelos de aviones incluso incorporan un stick pusher o empujador de la columna de mandos de vuelo para forzar al avión a ir hacia abajo (no es el caso del E-Jet, donde sacar al avión de la pérdida es tarea del piloto).

En los aviones modernos existe un computador de vuelo o módulo de computación integrado que se encarga de generar la vibración de las columnas de vuelo. La legislación aérea requiere que esto ocurra un 5% o 5 nudos (lo que primero suceda) antes de la pérdida real del avión. Para ello, el sistema del STALL WARNING COMPUTER toma datos de varios sensores: AOA (ángulo de ataque), Posición de los FLAPS, Indicación de revoluciones de los motores (N1), lógica AIRE/TIERRA y otros datos del aire, como la densidad, la presión total, la presión estática y la temperatura. Además de mover la columna de dirección, el sistema genera la simbología necesaria en las pantallas EFIS por medio de un generador de imágenes.

Vídeo de como se comprueba el Stick Pusher y el Stick Shaker en un Embraer 145:

 Vídeo de la familia E-Jet donde se explica el PLI:

--------------- links para los comentarios ---------------

https://www.manualvuelo.es/5tcv1/57_viraj.html

https://greatbustardsflight.blogspot.com/2015/09/la-carga-alar.html