Análisis de indicaciones erróneas de velocidad


- Ojo, artículo muy técnico donde se suponen conocimientos previos en este sistema


Perder las sondas de presión en un avión es, literalmente" volar a ciegas. El caso del accidente de Aeroperú, que casi todo el mundo conoce, es estremecedor. Para prevenirlo se han desarrollado nuevos sistemas, más fiables, pero no infalibles.

La última generación de sistemas de datos de aire con "sondas inteligentes" (SmartProbe® Air Data Systems) combina ordenadores y sensores de forma que el piloto obtenga avisos de pérdida y protección de la envolvente de vuelo. Estos sistemas están certificados para vuelo RVSM y se instalan en una gran variedad de aviones comerciales de última generación. Los E-Jet de Embraer y los CSeries de Bombardier, por ejemplo, los llevan.

El sistema SmartProbe integra sensores de detección, sensores de presión y un potente software para el procesamiento de datos del aire. Los datos calculados son: presión total o Pitot y presión estática, velocidad del aire (datos de anemometría), altitud, ángulo de ataque y ángulo de guiñada o resbalamiento (ángulo que forma el eje de la nave con respecto a la dirección relativa del viento). Con estos datos se proporciona todas las indicaciones al piloto. El sistema proporciona una gran precisión en la presentación de datos en cabina y unos costes de ciclo de vida reducidos. Estos sistemas se combinan con un sensor de temperatura total del aire para el cálculo de la temperatura estática del aire y la velocidad verdadera (TAS) de la aeronave.

Estos sistemas no son infalibles y se ha dado el caso de bloqueo de sondas en los EMB 190/195. Un taponamiento de estas sondas dará lugar a indicaciones incorrectas. Dependiendo de donde se produzca el bloqueo tendremos unas indicaciones u otras. Debajo se puede ver un esquema simplificado y convencional de los tres instrumentos básicos.  Las tomas de presión estática y total, que en realidad van en la misma sonda en los E-Jet y los CSeries, se han separado en dos para ofrecer más claridad.

Ps = Presión estática captada por la toma de estática. Pt = Presión total o de remanso: presión que tiene el aire cuando se lleva mediante una evolución isentrópica a velocidad nula respecto al avión
Si el orificio de la presión estática se bloqueara, esta no variaría al subir o descender dentro de los instrumentos. La cápsula aneroide dentro del altímetro no se expendería (al ascender) o contraería (al descender), pues la presión estática es constante dentro del instrumento. Un altímetro que no muestra variación alguna al ascender o descender es pues una clara indicación de que tenemos los orificios de presión estática obturados. Por su parte el variómetro tampoco se movería. Daría una lectura cero. El anemómetro actuaría como un altímetro pero a la inversa, es decir, marcaría menos valor (la cápsula se comprime e indicará menos velocidad) al ascender y más valor (más velocidad o expansión de la cápsula) al descender. La velocidad sería correcta si nos mantuviéramos a la altura a la que ocurrió el bloqueo de la estática y no cambiáramos los demás parámetros.

Si el bloqueo se hubiera producido en el tubo Pitot, el anemómetro actuaría como un altímetro: más indicación al ascender y menos al descender. Esto es algo muy sencillo de entender cuando se trata de sistemas convencionales. Cuando hablamos de sondas "inteligentes" con instalaciones múltiples la cosa se complica un poco más para poder entender y saber donde está el problema. 

El caso práctico delos E-Jet (EMB 190/195)

Una sonda ADSP (Air Data Smart Probe) en estos aviones sobresale del fuselaje para captar los parámetros del aire. Dentro del fuselaje se encuentra el ADC (Air Data Computer). Existen cuatro sondas ADSP y dos TAT  tal como se puede ver en la figura que sigue.


La parte dedicada a la sonda que sobresale y recoge presión se llama en realidad MFP en sus siglas en inglés (Multi Function Probe). La parte interior que va dentro del fuselaje del avión es el ADC (Air Data Computer) encargado de realizar la transducción de parámetros físicos en señales eléctricas interpretables por el resto de los sistemas. La MFP es capaz de detectar también el ángulo de ataque local gracias a la medida de la presión estática diferencial en los orificios superior e inferior.


Cuando la corriente de aire incide con cierto ángulo, se produce una diferencia de presiones. La parte baja de la sonda recogerá algo del impacto del aire y la parte superior no. El Delta Ps dará lugar al cálculo del AoA local.


La combinación de un par de sondas ADSP, sensores de temperatura (TAT) y un software especializado dará lugar a lo que se conoce como ADS o Air Data System (sistema de datos de aire).  El software especializado que se encarga de reducir los errores y computar los parámetros se llama ADA (Air Data Application). Este software va dentro de los procesadores de las MAU (Modular Avionic Unit). Para reducir la posibilidad de fallos del sistema y obtener la redundancia requerida por la legislación, se emplean cuatro sondas ADSP y dos TAT, tal como se puede ver en el gráfico que sigue. Un gráfico más completo donde se pueden ver tres ADS de un Embraer 190 sería el siguiente:



El ADS 1 estaría formado por las ADSP 1 y 2 más la TAT 1 interaccionando con el software ADA dentro de la MAU 1. Este ADS es el que usa el capitán en condiciones normales. 
El ADS 2 estaría formado por las ADSP 3 y 4 más la TAT 2 interaccionando con el software ADA dentro de la MAU 2. Este ADS es el que usa el copiloto en condiciones normales. 
El ADS 3 estaría formado por las ADSP 3 y 4 más la TAT 1 interaccionando con el software ADA dentro de la MAU 3. Este último ADS es el que se utiliza en caso de que falle el 1 o el 2. 

Los pilotos utilizan tres ADS (1, 2 y 3). Pero existen dos más que también utilizan los parámetros de las mismas sondas. Estos parámetros se envían también al sistema de emergencia/reserva (IESS dentro del ADS 4) y los ordenadores que calculan la envolvente de vuelo (Flight Controls o ADS 5). La arquitectura del sistema de forma más detallada es la siguiente.


Como se puede ver, cada sonda ADSP tiene dos canales de salida (A y B). Las unidades MAU llevan dentro la app ADA que se encarga de reducir el error del dato del aire obtenido en la ADSP.


  • El ADS 2: utiliza la Smartprobe 4a con compensación de la 3a
  • El ADS 3: las 4b y 3b
  • El sistema de reserva IESS: también la 3b y la 4b
Con toda esta información ya podemos ver y entender lo que sucede en caso de que alguna sonda falle. Debido a la arquitectura del sistema, cualquier bloqueo de la sonda de presión estática en las ADSP 3 o 4 o ambas, afectará a los tres sistemas ADS 2, ADS 3 y al IESS (ADS4). El ADS 1 (que provee de datos al comandante) utiliza las sondas 1a con compensación de la 2a y por lo tanto solo se ve afectada por una obstrucción de las sondas 1 y/o 2. 

Con un bloqueo de las sondas de presión estática no se puede usar el FPA (Flight Path Angle) del lado afectado, pues la indicación será errónea. El cálculo del FPA necesita los datos provenientes del IRS y estos, a su vez utilizan datos del aire. Además de esto, como el cálculo del AoA (ángulo de ataque) se basa en la comparación entre las tomas de presión estática de las sondas (y entre sondas cruzadas), la activación del sistema de alerta por medio del "stick shaker" en el sistema afectado puede ocurrir y no ser real. 

El blocaje del tubo Pitot solo afectará a la sonda principal y no a la que envía la señal del otro lado y actúa como compensación. Esto significa que un solo bloqueo de la sonda Smartprobe nº4 afectará a dos sistemas: ADS 2 y ADS 3. El anemómetro dará lecturas mayores (más velocidad) al ascender y menores al descender. Es decir, actúa como un altímetro. Con un bloqueo del tubo Pitot, el IRS no se ve afectado y por ello se puede seguir utilizando el FPA.

Análisis

1. Paso

Para analizar si el problema de la velocidad está generado por el tubo pitot o vienen del puerto de la toma estática, el primer paso sería comparar los valores de altitud de todos los sistemas de datos del aire (ADS). Si hay una diferencia entre los altímetros o la altitud está congelada, lo más probable es que el problema tenga que ver con los orificios de la presión estática. El que todos los altímetros marcaran lo mismo sólo sería posible si todos los sistemas (cuatro) ADS's estuvieran afectados simultáneamente, esto es altamente improbable (un cuádruple fallo), pero por supuesto no imposible. La identificación del sistema afectado se puede hacer comparando la altitud del GPS con las altitudes derivadas del ADS usando correcciones de presión y de temperatura para este último. Esto debería dar como resultado una indicación similar entre la altitud del sistema ADS no afectado y la altitud mostrada en el GPS.

2. Paso

En el caso de bloqueo de un tubo Pitot, para identificar el Sistema de Datos de Aire afectado bastará efectuar una subida o bajada poco pronunciada usando el FPA. Esto revelará rápidamente cuál es el sistema que causa el problema. El descenso o subida es necesario porque el problema sólo se mostrará durante un cambio de presión.

Conclusión

Los pilotos deben de tener una sólida formación técnica y saber utilizar convenientemente los sistemas y procedimientos a su disposición para poder discernir qué acción se debe de llevar a cabo en caso de perder los datos del aire. Esta es una de las cosas que se practican casi todos los días en las compañías aéreas.

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Link para los comentarios:

https://greatbustardsflight.blogspot.com/2019/04/los-instrumentos-clasicos-de-datos-de.html

Comentarios

  1. Hola,como está, antes que nada quiero Felicitarlo por todos los temas interesantes que saca en este blog, aprovechando que se esta hablando del tubo pitot me gustaría saber que temperatura alcanza cuando es necesario activar el calentador del pitot

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    1. Hola querido lector, muchas gracias por las felicitaciones y por la pregunta. No es fácil saber la temperatra de la sonda pitot porque cada fabricante tiene diferentes temperaturas para difenes modelos de avión. No es lo mismo el calentador de un tubo pitot para una Cessna 152, que tiene una velocidad de crucero de 90 nudos, que para un reactor que cruza a 320 nudos. En el caso de los E-Jet por ejemplo, he estado mirando los manuales técnicos y ni siquiera da el dato. Lo que dice el manual es que los tubos (MFP) en la terminología de Embraer, se calientan automáticamente cuando cualquier motor está en marcha y siempre que el avión está en vuelo. Lo que siempre se dice al personal de tierra es que no toquen nunca estas sondas con la mano desnuda, pues las quemaduras pueden ser importantes. Eso es algo que se debe de aplicar a cualquier avión. En un avión pequeño donde el calentador se activa manualmente rige el mismo principio.
      Un cordial saludo
      Manolo

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    2. Muchas gracias por atender mi pregunta, y tiene razón cada avión es diferente, creí que se tenía una temperatura promedio para todos.
      Siga adelante.

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  2. hola que tal, queria saber si la toma estática se bloquea en ascenso, descenso y vuelo recto y nivelado, que pasa con el altimetro, velocimetro y variometro. gracias!!

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    1. Hola querido lector, muchas gracias por la pregunta. La respuesta se encuentra en la entrada dedicada a los instrumentos clásicos del aire. He puesto el link al final de este post para que funcione. Aquí en los comentarios no se puede poner ningún enlace. Al final del post en el epígrafe titulado Problemas del sistema pitot/estática (sistema de emergencia) encontrarás una tabla con lo que ocurre.

      De todas formas aquí te lo resumo suponiendo que te encuentras en vuelo a 5000 pies.

      Bloqueo del pitot cuando se está volando a 5000 pies:

      El ASI se comporta como un altímetro. Es decir, si se asciende el instrumento indica más velocidad de la real. Si se desciende indica menos velocidad que la real.

      El ALT y el VSI no se ven afectados


      Bloqueo de la toma estática cuando se está volando a 5000 pies.

      Los tres instrumentos se ven afectados. El ASI puede mostrar fluctuaciones y menor velocidad de la real al ascender. El ALT se queda parado en 5000 pies tanto si se asciende como si se desciende. El VSI muestra "0" tanto si se asciende como si se desciende.

      Te remito a la entrada anterior para ver esto en profundidad.

      Un cordial saludo
      Manolo

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    2. gracias!! solo me quedo una duda, en vuelo recto y nivelado, que pasa con los 3 instrumentos, gracias!!

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    3. Pues en vuelo recto y nivelado pasa lo siguiente:

      Bloqueo del pitot en vuelo recto y nivelado: El ASI sigue indicando la velocidad a la que ocurrió el bloqueo siempre que no se acelere o se decelere. Las presiones se mantienen iguales. El ALT y el VSI no se ven afectados porque no usan el tubo pitot.

      Bloqueo de la toma estática cuando se está volando recto y nivelado: El ASI puede mostrar fluctuaciones. El ALT muestra la altura a la que ocurrió el bloqueo y el VSI muestra "0".

      Te remito a la entrada anterior donde se explica esto con profundidad.

      Un cordial saludo
      Manolo

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  3. Buen tema y bien detallado respecto a este tema el bloqueo del sistema estático que ocurrió al aeroperu por una cinta del mismo color (gris ) del fuselaje de un 757 ocasionó un grave accidente, mi pregunta en este caso la opción de romper el cristal de variometro Vs, como se hace en los aviones ligeros como fuente de presión auxiliar funcionaria, pero teniendo que volar a 10.000 ft o menos para despresurizar el avión porque o si no simplemente se registraria la presion de cabina calculada por el sistema de presurizacion automático. Nota: esta aeronave cuenta con instrumentos analogicos.

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    1. Hola querido lector, muchas gracias por el comentario. Pues verás, creo que eso no funcionaría en ese avión. El 757-200 trabaja con dos ADC's y utiliza transductores para generar señales eléctricas. Los dos únicos instrumentos que reciben presión directa desde la estática y el pitot son el velocímetro y el altímetro de emergencia. Los demás instrumentos son eléctricos a pesar de que sean analógicos.

      Un cordial saludo
      Manolo

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