Trim de cabeceo en el E-Jet Vs MCAS
El otro día escribía sobre el MCAS, aunque es un sistema que no domino. Hoy voy a hablar de un sistema similar, pero que al estar instalado en el avión del que doy clases conozco a la perfección. El estabilizador horizontal es el encargado de la compensación de cabeceo (llamada trim). El E-Jet, al igual que la mayoría de los aviones comerciales, tiene una tendencia natural a bajar el morro debido a la distancia entre el CG y el Centro de Presiones, tal como se explicaba en el post dedicado al tema. El estabilizador horizontal se mueve de forma automática o manual para poder compensar esta tendencia, pero además puede hacer otro tipo de compensaciones de forma automática, son las llamadas funciones de alto nivel.
Debajo se puede ver una estupenda foto de la raíz del estabilizador horizontal en un Embraer ERJ-170. Los grados y las marcas ARRIBA (UP) y ABAJO (DOWN) se refieren a la actitud del avión, "morro arriba" y "morro abajo", de ahí que la orientación pueda parecer contraria a lo esperado.
El estabilizador horizontal en los E-Jet es eléctrico y utiliza los ordenadores llamados HS-ACE (Horizontal Stabilizer - Actuator Control Electronics) con un software específico. Las funciones de alto nivel del estabilizador son las de configurar el avión para el vuelo a diferentes velocidades incluyendo los números de Mach elevados (en la versión 190/195) cuando se vuela de forma manual. Es lo que se conoce como Mach Trim para prevenir el Mach Tuck o Tuck Under. Junto con los elevadores, este dispositivo también compensa en caso de que el piloto utilice los flaps/slats y otros elementos como spoilers y tren de aterrizaje (en la versión 190/195).
En su modo normal de operación los estabilizadores utilizan dos motores eléctricos de corriente continua (DC) llamados "SUM motors" porque la velocidad a la que se efectúa el movimiento de compensación es la suma de ambos motores. En caso de emergencia un solo motor puede actuar los estabilizadores más lentamente (a mitad de su velocidad normal). Cuando el piloto automático está conectado el sistema de compensación automática (autotrim) presente en una de las tarjetas electrónicas se encarga del control de los estabilizadores en conjunción con el piloto automático, como puede apreciarse en el diagrama.
Parte de las unidades MAU (ordenadores de vuelo o Modular Avionic Unit) está dedicada al piloto automático. Este se encarga de mandar a los elevadores el cambio de posición requerido de acuerdo con la maniobra o situación. Una vez que los elevadores se han movido la tarjeta electrónica encargada de la función TRIM, que se encuentra también en la MAU, hace que el estabilizador horizontal se mueva para descargar la fuerza aerodinámica ejercida en los elevadores. El sistema trabaja, por tanto, de forma conjunta. Cuando los elevadores se mueven el sistema trim compensa el movimiento.
Instalación del actuador HSTA
El actuador es muy robusto. El tornillo gira accionado por dos motores eléctricos DC sin escobillas a través de un conjunto de engranajes y cojinetes. El HSTA tiene un freno pasivo activado por carga primaria (rodillo inclinado) y un freno eléctrico electromecánico a prueba de fallos. La posición de la superficie del estabilizador se detecta siempre a través de dos transformadores diferenciales variables rotativos (RVDT). En caso de fallo en el canal primaria, este se bloquea y en su lugar el sistema se mueve gracias al canal secundario.
Controles
Debajo se puede ver la columna de control del comandante. En la parte izquierda se encuentran los interruptores de compensación.
Debajo se muestra la columna de control del copiloto, el EICAS y el panel central o back-up.
La prioridad del sistema TRIM es la siguiente:
- Interruptores TRIM de la consola central (Backup trim)
- Columna del Capitán
- Columna del primer oficial
- TRIM automático (dentro del ordenador)
Pulsar más de tres segundos un interruptor trim no es posible, el sistema está preparado para cortar la señal en caso de que este tiempo se sobrepase (el sistema entiende que se ha descontrolado -Trim runaway-). Es una medida de precaución en caso de que exista un problema de control con el sistema trim. De la misma manera tampoco se puede pulsar más de 7 segundos una de las mitades de las que se compone el trim de cabeceo o el trim de alabeo. Si esto sucede el interruptor en cuestión quedará deshabilitado hasta que los mecánicos en tierra lo vuelvan a reactivar.
El diagrama de funcionamiento del sistema trim es tal como se muestra en la ilustración superior. Existen dos actuadores eléctricos que están controlados por cada uno de los canales de la unidad HS-ACE. A su vez esta unidad está controlada por las unidades FCM (Flight Control Module) que se encuentran en las MAU 1 y 3. El sistema está diseñado de forma que un canal se encuentra activo y el otro en espera (stand-by). En caso de que el sistema pierda la comunicación con los FCM la velocidad de compensación caerá de forma que se tardará el doble de tiempo en conseguir la compensación. En caso de emergencia eléctrica total el sistema funcionará solamente con el canal 2 y con velocidad reducida.
Antes del despegue el piloto pulsa el botón de configuración para el despegue (Takeoff Config) en la consola central. Lo que se pide a través de este botón es una comprobación de diversos parámetros, uno de ellos es precisamente la correcta configuración del sistema TRIM para que el despegue se produzca sin problemas. En caso de que el trim no sea correcto se escucha una alerta sonora (con voz femenina a la que llamamos cariñosamente "Miss Brasil"): TRIM, TRIM, TRIM, se enciende el Master Warning y se genera un mensaje (WARNING) en el EICAS.
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Hola Manolo, entonces este sistema tiene un funcionamiento muy similar al implantado por Airbus en la familia 320 y en las sucesivas, dónde el compensador de profundidad actúa automáticamente manteniendo la actitud de vuelo inducida por el control primario del elevador, ¿es así?
ResponderEliminarEn otras palabras, si accionas el elevador y pones 5º de pitch arriba, el compensador automáticamente ajusta el estabilizador para mantener esta actitud de morro arriba sin que el piloto tenga que actuar sobre el propio compensador manualmente, ¿no?
Hola David, pues verás, en esencia son parecidos, pero existen algunas diferencias fundamentales. Para empezar, el HSTA del E-Jet es eléctrico y el THS del A320 tiene motores hidráulicos controlados eléctricamente, con todo lo que ello representa. El control del HSTA es automático cuando el sistema vuela con el AP, pero en modo manual de vuelo es el piloto el que hace trim para descargar la carga aerodinámica del elevador. Es más, el E-Jet se comporta como un avión convencional es decir "trim for speed". Osea, cada velocidad tiene un trimado, como los aviones que tu vuelas. En otras palabras, Embraer trata de simular con un FBW el comportamisnto de un avión convencional. Es cierto que tiene lo que llamamos las funciones de alto nivel, como por ejemplo el auto trim en caso de que el piloto utilice flaps o baje o suba el tren incluso volando en manual. Esto evita que el avión se desvíe de su trayectoria. Se llama Config-trim. Pero fuera de esto se comporta como una Cessna o una Piper de toda la vida:)
EliminarEl A320 con su sistema hidráulico es diferente. El control siempre es auto y el piloto comanda una trayectoria basada en g-load y rate. En los Airbus no existe el concepto tradicional de "trim for speed" son aviones puramente FBW. El piloto mueve la palanca y nada más. Es cierto que en caso de ser necesario, este THS puede revertir a manual, pero no desde el sidestick sino desde las ruedas interconectadas del pedestal (no tenemos ruedas en el E-Jet).
Es cierto que el trim inicial en tierra del A320 se hace por medio de las ruedas, pero en vuelo normal no se tocan más. El trim manual por medio de la rueda pasa o hace el override del eléctrico en caso necesario (auto trim runaway). En modo normal el trim automático del A320 está controlado por los famosos ELAC. En este modo efectivamente el THS descarga a los elevadores (alineándose con ellos) cuando el piloto los mueve con la palanca.La posición del trim se indica en un ECAM mientras que en los E-Jet se indica en un EICAS. En los E-Jet el piloto siente la tensión de la carga aerodinámica de la columna de control y en los sidsticks del A320 no hay feedback. Buf! Esto daría para cuatro o cinco posts, pero espero haber aclarado algo la cosa. Al final los dos sistemas intentan hacer lo mismo. Reducir carga aerodinámica en el elevador para generar menos drag y ahorrar combustible :)
Un abrazo
Manolo
Jajaja, pues si que dan para escribir todas esas diferencias! Me gusta mucho lo que comentas acerca del modo de compensar del E-jet, y sobre todo el tener feedback, que te transmita la carga aerodinámica generada por el "hinge moment" (o momento de charnela o bisagra creo que se diría en español, no?) es sensacional, a pesar de que las fuerzas aplicadas por los controles de vuelo estén asistidas como es normal en aeronaves de este tipo. Bueno Manolo ya sólo queda que nos expliques un poquito del sistema que utiliza el Cseries :) Si te animas aquí te dejo un mollete con lomo en manteca para desayunar, será mi primera ingesta de energía hoy para empezar con la teoría de ATPL por fin! Empiezo por meteorología, a ver qué de nuevo aprendo hoy!
EliminarUn saludo,
David Muñoz
Por un comportamiento de uno de esa decena de sistemas, que el piloto no ha reconocido como prodecente de un sistema concreto, se han fostiado dos Boeing 737.
ResponderEliminarUno de los grandes problemas que tenemos con los pilotos durante el entrenamiento es hacerles entender que cuando el avión no reacciona como ellos esperan deben de pasar a volar de modo manual. Muchos pilotos confían demasiado en las ayudas y el funcionamiento automático. Esto es lo que se conoce como complacencia o tolerancia excesiva con los automatismos. Nuestra tarea es siempre la misma, hacerles ver que un avión puede ser volado de forma manual con seguridad. Nosotros entrenamos en los simuladores todo tipo de emergencias. Ahora surgen dudas y todos nos preguntamos ¿Las compañías en las que han ocurrido estos accidentes habían entrenado este problema? ¿Eran los pilotos conscientes de la existencia de este "potencial" problema en sus aviones? ¿Se dio suficiente información en el curso de conversión? ¿Estaba al día la documentación de la compañía? etc, etc... Como puedes ver querido lector, la cadena la puedes extender hasta llegar a Boeing, pero mi humilde impresión es que aquí hay muchas más responsabilidades que depurar. Ya veremos como termina esto cuando salga a la luz el comunicado final.
EliminarUn cordial saludo
manolo
"me gusta"
EliminarMuy interesante sus debates, nunca dejamos de aprender.. Muchas gracias
EliminarSeria interesante que toque el tema del Yaw Damper !!!
ResponderEliminarHola Cesar, lo hice ya en su día. Puedes buscarlo en la lupa de la cabecera, pon las palabras y te saldrá :)
EliminarUn saludo
Manolo