jueves, 2 de junio de 2016

Teoría del FMS: Flight Management system o Gestor de vuelo (II)

Segunda parte (también muy técnica) del post dedicado a la teoría del FMS.

2.- La función de planificación del vuelo


La base sobre la que se hacen los cálculos del perfil de vuelo en el FMC es la ruta planeada desde el punto de origen al de destino. La función de planificación de vuelo del FMS permite la interconexión, modificación y activación de los datos de una ruta especificada. Dicha ruta es conocida como el plan de vuelo. Los datos relativos a la ruta en cuestión se suelen extraer por lo general de la base de datos del FMC. Estos datos son normalmente: aeropuerto de partida, pista de despegue del aeropuerto, los procedimientos de la salida instrumental estandarizada (SID), puntos de ruta (waypoints), aerovías, procedimientos estandarizados de llegada (STAR) y un procedimiento de aproximación que contienen una pista de aterrizaje en destino determinada. Muy a menudo, el plan de vuelo se cierra sin la aproximación (o la transición), ni la pista al aeropuerto de destino. Ello es debido a que muchas veces estos datos cambian en el transcurso del vuelo, que puede llevar muchas horas. Lo usual es que estos datos se inserten en el plan de vuelo una vez que se haya contactado con el control de vuelo del área terminal.

Una vez que la ruta con todas sus restricciones (constraints), tanto laterales como de altura se han introducido, el plan de vuelo queda constituido, ensamblado y almacenado en una memoria, dicho plan será empleado más tarde para la predicción y los cálculos de trayectoria de la aeronave. Con estos cálculos se definirá el perfil de vuelo tanto lateral como vertical.



La selección del plan de vuelo la realiza la tripulación por medio de los menús en la unidad MCDU. Esta tarea también se puede hacer por medio del ACARS o el data link (conexión de datos), que enlaza los datos del centro de control de la compañía con la aeronave. Existen medios adicionales para poder construir una plan de vuelo. Para ello se hace uso de las bases de datos suplementarias, de los que muchos sistemas FMS disponen. Con estas bases de datos suplementarias se puede modificar la ruta para poder hacerla más conveniente a las necesidades de la compañía o la tripulación. A continuación se muestran algunos de los métodos de los que dispone la tripulación para crear puntos de ruta adicionales:


  • PBD (Place/Bearing/Distance): Especificando un lugar, un rumbo y una distancia se puede crear en el plan de vuelo un punto de ruta (waypoint) adicional. 
  • PB/PB (Place/Bearing/Place/Bearing): Especifica un punto de ruta ene la que se cruzan dos radiales provenientes de dos sitios diferentes. En caso de que la tripulación cometiera el error de insertar dos radiales que no se cruzan (divergentes), el FMS daría algún tipo de mensaje.
  • ATO (along-track offset) Waypoints: Punto de ruta especificado por una distancia a la largo de una ruta que se vuela. Normalmente se hace desde un punto de ruta (waypoint) fijo contenido anteriormente en la propia ruta. Normalmente una distancia con valor positivo significa que el nuevo punto creado en la ruta se encuentra pasado el fijo. Un valor negativo en al distancia significa por lo general que el nuevo ATO está localizado antes del fijo. Algunos modelos de FMS como el de Honeywell para la familia E-Jet no admite de momento valores negativos a lo largo de la ruta.
  • Lat/Long Waypoints: Se especifican por medio de las coordenadas de latitud y longitud. Normalmente bastan grados, minutos y décimas de minuto, pero no segundos. 
  • Lat/Long Crossing Waypoints: Creados en la intersección de una ruta ya planeada con las coordenadas específicas que se inserten.
  • Intersección de aerovías: se creará un punto de ruta que consiste en la intersección de dos aerovías.
  • Fix Waypoints: Se crean introduciendo un punto fijo "Fix" con una referencia específica. Existen varios formatos, como por ejemplo los llamados abeam points, que son puntos a 90° a la izquierda o la derecha de la ruta volada. Otro ejemplo son los puntos formados por un rumbo determinado y una altura determinada. Algunos de estos puntos pueden ser creados por la tripulación y otros son automáticamente creados por el sistema como parte del plan de vuelo.
  • Runway extension waypoints: se crean especificando una distancia desde el umbral de la pista sobre la línea de extensión de la pista tomada como rumbo (track).
  • Abeam points: como se comentaba anteriormente estos puntos se encuentran situados ortogonalmente con respecto a la ruta que se vuela. Es posible efectuar un "Direct To", que no es otra cosa que hacer volar a la aeronave directamente a estos puntos.
  • FIR/SUA intersection Waypoints: crean puntos de ruta en el punto en el que el plan de vuelo cruza los límites de un FIR o áreas de uso especial (Special Use Areas), las cuales están almacenadas en la base de datos del FMS.

2.1.-Construcción de un plan de vuelo

Los planes de vuelo se construyen uniendo unidades o elementos (datos al fin y al cabo) almacenados en las base de datos de navegación del FMS. Los elementos o datos pueden incluir cualquier combinación de lo siguiente:


  • SID/STAR/Procedimientos de aproximación
  • Aerovías
  • Rutas de compañía pre-establecidas y guardadas en memoria
  • Puntos fijos de ruta (estaciones de radioayudas, radiofaros omnidireccionales -NDB's, referencias de aeropuertos, umbrales de pistas)
  • Fijos creados por la tripulación, como los mencionados más arriba.


La selección de la cadena que se forme uniendo estos elementos uno detrás de otro debe de estar en consonancia con la autorización previa de la ruta. La unión de estos elementos se efectúa a través de la unidad MCDU por medio de Menús y usando los datos de la base de datos de navegación o bien se puede hacer vía enlace de datos (Data link) o modificando rutas previamente almacenadas.

Los procedimientos de las  áreas terminales (SID/STAR) son un caso especial, ya que se trata de una serie de tramos enlazados que forman parte de un procedimiento mucho más complejo. Estos tramos generalmente están definidos por el rumbo del tramo, track o ruta y un tipo especial de terminación de tramo. Los tipos de terminaciones de tramos pueden ser especificados en muchas formas diferentes, como por ejemplo alturas, distancias o intercepción de otros tramos.Más adelante discutiremos estas terminaciones específicas cuando hablemos de la trayectoria y de su predicción. Por ahora es interesante entender  que todo esto está muy estudiado y protocolizado en un documento llamado ARINC 424, donde se establece la tipología y la construcción. La base de datos de navegación los tiene almacenados como formatos específicos:

  • AF DME Arc to a Fix
  • CA Course to an Altitude
  • CD Course to a Distance
  • CF* Course to a Fix
  • CI Course to an Intercept
  • CR Course to Intercept a Radial
  • DF* Direct to a Fix
  • FA* Course from Fix to Altitude
  • FC Course from Fix to Distance
  • FD Course from Fix to DME Distance
  • FM Course from Fix to Manual Term
  • HA* Hold to an Altitude
  • HF* Hold, Terminate at Fix after 1 Circuit
  • HM* Hold, Manual Termination
  • IF* Initial Fix
  • PI Procedure Turn
  • RF* Constant Radius to a Fix
  • TF* Track to Fix
  • VA Heading to Altitude
  • VD Heading to Distance
  • VI Heading to Intercept next leg
  • VM Heading to Manual Termination
  • VR Heading to Intercept Radial


* Estos tipos de tramos son los que se recomiendan en el documento DO-236 como el conjunto que produce rutas sobre el terreno consistentes y son el único tipo que debe utilizarse dentro del denominado espacio aéreo RNP (ver entradas relativas a la PBN).

Muchos de estos tipos de tramos y terminaciones han aparecido debido a la evolución de los equipos y de la instrumentación disponible en la aeronave, pero no producen rutas o proyecciones sobre el terreno deterministas y repetibles. Por ejemplo, la ruta sobre el terreno para una salida y a una altitud no sólo dependerá de las condiciones actuales del viento, sino también de las actuaciones o performance en ascenso del avión. Dos aviones con características diferentes y condiciones meteorológicas diferentes producirán sendas sobre tierra diferentes. 

Aunque tres aviones vuelen la misma ruta o procedimiento, si son diferentes o tienen diferentes condiciones meteorológicas, producirán tres proyecciones sobre el suelo diferentes. Estos son patrones poco repetibles.

Se puede ver fácilmente que para volar este tipo de tramos si no tuviéramos la ayuda de un FMS (aviones antiguos o pequeños), deberíamos utilizar la dirección o rumbo especificado por la brújula de abordo hasta que se alcance la altitud especificada, tal como la leyéramos en el altímetro de la aeronave. Como cada aeronave diferente vuela una senda o proyección sobre el terreno diferente, a veces la aeronave es incapaz de hacer una maniobra razonable para capturar e interceptar la siguiente etapa o tramo. 

Para evitar este tipo de maniobras imposibles el FMS computa la terminación de los tramos de una manera "flotante" o flexible, en el sentido que el propio calculador de vuelo es el que determina cual es la latitud/longitud asociada con la terminación del tramo computado.

Estos tramos de tipo no determinista presentan problemas para la separación del tráfico aéreo en el concepto de espacio aéreo PBN/RNP y por esta razón el documento de la RTCA llamado DO-236 no recomienda el uso de estos tramos en el espacio aéreo de las áreas terminales, que son las que se utilizan con más frecuencia en la actualidad. 

Estos tipos de tramo también presentan una mayor complejidad en cuanto a los algoritmos de construcción de sendas sobre el terreno del FMS ya que el cálculo de estas sendas se convierte en una función del rendimiento (performance) de la aeronave en cuestión. Con el advenimiento de los FMS y los sistemas RNAV, en general, la necesidad de estos tramos no deterministas simplemente desaparece junto con los problemas y complejidades asociadas con ellos. 

Los waypoints también pueden especificarse como de sobrevuelo "flyover" o de paso nonflyover ". Un waypoint flyover es un punto de ruta de sobrevuelo cuya posición Lat/Long debe de ser volada antes de iniciar un giro o tramo posterior. Un waypoint nonflyover no tiene por qué ser sobrevolado antes de comenzar un giro o enlace con el siguiente tramo.



Los puntos de ruta de sobrevuelo y los de paso sin sobrevuelo tienen diferentes patrones sobre tierra dependiendo del nivel de vuelo.

2.1.1 Plan de vuelo lateral 


Para poder cumplir con los requisitos de planificación de vuelos tácticos y estratégicos del espacio aéreo de hoy en día, la función de planificación de vuelo ofrece varias formas de modificar el plan de vuelo a discreción de la tripulación.

  • El modo "Direct-To": la tripulación puede realizar un vuelo directo a cualquier punto de ruta (fix) si el fijo seleccionado se encuentra más allá de nuestra posición actual y a lo largo de la ruta en el plan de vuelo. Los waypoints que pudiera haber anteriormente se eliminan del plan de vuelo. Si el fijo seleccionado no se encuentra aguas abajo de nuestra posición, entonces el sistema introduce lo que se conoce como una discontinuidad en el plan de vuelo. Después de esta discontinuidad aparecerán los siguientes datos del plan de vuelo previamente insertados. Si el avión llega a la discontinuidad en modo automático, la aeronave no puede seguir volando la ruta, pues habrá alcanzado un punto inconexo en le plan de vuelo.
  • Direct/Intercept: Esta modalidad habilita a los pilotos para poder dirigirse a cualquier punto fijo activo directamente con un rumbo determinado. Es una función muy parecida a la Direct-To, pero en esta ocasión es la tripulación la que decide cual va a ser el ángulo o radial con el que se va a llegar al fijo. La tripulación puede incluso establecer un curso de arribada predeterminado antes de ejecutar la maniobra.
  • Holding Pattern: Las esperas pueden ser creadas en cualquier punto o incluso en la posición actual de la aeronave (Present position Hold). Todos los parámetros de la espera son editables y modificables, como por ejemplo: rumbo o tipo de entrada, tiempo de cada tramo, longitud, etc.
  • Fijos (Fixes): Los puntos fijos se pueden introducir o borrar a placer. 
  • Procedimientos: Los procedimientos son generalmente SID/STARS, aproximaciones, transiciones, procedimientos de frustrada, etc. Si uno  deestos procedimientos es seleccionado e insertado, puede más tarde ser modificado o incluso borrado. Este es el caso de que se da tantas veces, en el que ATC nos cambia en el último momento la pista de aterrizaje. El nuevo procedimiento recién insertado reemplaza al antiguo. Los procedimientos de frustrada si están en la base de datos de navegación se pueden introducir de una sola tacada, en caso contrario se pueden insertar manualmente a través de la unidad MCDU.
  • Segmentos de aerovías: Se pueden insertar a voluntad y también se pueden modificar o borrar.
  • Lateral Offset: La tripulación puede crear una ruta paralela desplazada un número de millas náuticas a la derecha o la izquierda de la ya planeada (hasta un máximo de 99.9 millas náuticas). En algunos sistemas se puede incluso prediseñar el punto donde debe de ocurrir o terminar la desviación lateral. Esta modalidad de vuelo lateral es muy útil en áreas donde existe una gran congestión de tráfico.

2.1.2 Plan de vuelo vertical 


Los waypoints pueden tener asociados una velocidad específica de paso o una altitud específica o ambas. También pueden tener asociados tiempos de paso específicos. Por ejemplo, si un punto de ruta tiene asociado una velocidad determinada, el sistema asegurará que a la hora de pasar por ese punto específico, la aeronave lo hará exactamente a la velocidad requerida (speed constraints). Para ello el sistema calcula la velocidad de paso por cada uno de los puntos anteriores tanto en ascenso como en descenso. 

Una restricción de altitud puede ser de cuatro tipos diferentes: "at" (exactamente), "at or above" (a esa altura o más arriba), "at or below" (a esa altura o más abajo) y "between" (entre dos alturas específicas).

Una restricción de un punto de ruta en tiempo puede ser de tres tipos diferentes: "at" (exactamente en un tiempo específico), "after" y "before". Los tipos "after" y "before" son usados sobre todo en los tramos de cruce de rutas. Los del tipo "at" suelen ser utilizados en los controles de flujo de las áreas terminales. 

El plan de vuelo vertical, por tanto es una combinación de puntos de ruta a los que se debe de llegar con una velocidad, altura y tiempo predefinido (por control de trafico aéreo o por la tripulación). El perfil vertical de este plan de vuelo también considera el vuelo de crucero, las alturas, el peso del avión en cada momento, los vientos previstos, las temperaturas y la presión barométrica en destino. Además de esto, algunos sistemas también disponen de cálculo para planear diferentes alturas o escenarios hipotéticos en caso de que ocurra algo imprevisto. Esta es la función que en el sistema de Honeywell se conoce con el nombre de "What if". Existen también diferentes tipos de velocidades predeterminadas para todas las fases del vuelo (ascenso, crucero y descenso). Todas estas capacidades y muchas otras, dependiendo del sistema del que se trate, modifican las características de la aeronave en cuanto trayectoria y modo de vuelo.

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