Comparación de un sistema clásico con uno FBW
Figura 1. En la esquina superior izquierda se pueden ver los dos sistemas de control de cabeceo (pitch) mecánico del 737. Cada lado tiene un sistema completo que se muestra en la parte inferior de la figura (excepto el sistema de compensación o trim, que tiene juegos de cables dobles con un solo moto para el actuador). Fuente: Boeing.
La creación de un sistema de control clásico versus control de vuelo
Para nuestro análisis de las diferencias entre un sistema de control clásico y una variante FBW, nos centramos en el canal de control de cabeceo (pitch). Este es el canal más crítico cuando se trata de control de aeronaves y cada elemento crítico debe ofrecer redundancia para esta importante función. Nos centraremos un poco menos en cómo se realizan las tareas normales de control de cabeceo y más en cómo los diseñadores han gestionado lo que puede salir mal.
Control mecánico
El mayor riesgo de mal funcionamiento en un sistema mecánico que controla válvulas hidráulicas, que a su vez mandan a los actuadores que mueven las superficies, es la complejidad mecánica. Estos mecanismos pueden llegar a atascarse y también pueden sufrir fugas hidráulicas. La rotura de cables/uniones por desgaste no son un riesgo hoy en día gracias al mantenimiento. El sistema de cabeceo mecánico del 737 está, por lo tanto, dividido en dos sistemas completos; un sistema izquierdo y uno derecho, ver Figura 1. Estos dos sistemas están unidos bajo los pies de los pilotos por un tubo de torsión que cuenta con un sistema de desconexión.
Si, por ejemplo, el sistema del Capitán (izquierda) se atasca, el Copiloto puede aplicar fuerza a su columna de dirección hasta que el sistema se desacople de la parte del lado del Capitán. Ahora el copiloto puede volar y aterrizar el 737 con su propio control del elevador (aunque se deben tener en cuenta algunas precauciones sobre configuraciones y velocidades). Mientras tanto, la otra parte del sistema seguirá atascada permaneciendo en la posición que estaba cuando sufrió el bloqueo.
Si el sistema hidráulico tiene fugas en uno de los tres circuitos, los otros dos seguirán funcionando y permitirán el control de la aeronave. Al final, si todo el sistema hidráulico fallara, el Piloto puede todavía aterrizar la aeronave a través de los cables mecánicos que van al elevador y al sistema de compensación (trim) del estabilizador horizontal (nuevamente con precauciones y limitaciones).
Debajo se puede ver la unidad de control de transferencia de un actuador. En este tipo de sistemas la señal eléctrica aplicada al solenoide hace que el líquido hidráulico vaya a uno u otro conducto (retracción o extensión).
Debajo se puede ver la unidad de control de transferencia de un actuador. En este tipo de sistemas la señal eléctrica aplicada al solenoide hace que el líquido hidráulico vaya a uno u otro conducto (retracción o extensión).
Control FBW
Como se describió en otros posts sobre el FBW, el tipo de retroalimentación FBW del A320 tiene autoridad total en el canal de cabeceo. Por lo tanto, a la hora de diseñarlo, los ingenieros han tenido en cuenta la redundancia a prueba de fallos, tanto para el sistema de control como para la infraestructura que lo apoya. La Figura 2 debajo muestra el concepto del canal de cabeceo del A320 y sui redundancia.
Figura 2. Elcanal de cabeceo del A320 fuente: Airbus
El canal de cabeceo del A320 tiene dos ordenadores ELAC (Elevator Aileron Computers) con sus entradas y sensores respaldados por dos ordenadores SEC (Spoilers Elevator Computers) también con su conjunto de entradas y sensores.
En total, el cabeceo tiene cuatro canales con ordenadores separados (segregados) que dan lugar al concepto de redundancia. También podemos ver los actuadores para los elevadores que son alimentados por los tres sistemas hidráulicos, Azul (B), Verde (G) y Amarillo (Y).
El sistema de compensación (trim) recibe inputs de los ELAC para ejecutar la función Autotrim del A320. En estos aviones el piloto no utiliza la compensación (trim) para volar, esto lo hace el sistema FBW automáticamente. El piloto mueve la palanca y el sistema compensa lo necesario para volar esa actitud. El sistema de compensación también es redundante. Cuenta con tres motores eléctricos que controlan las válvulas de los actuadores dobles del estabilizador horizontal (THS), cada uno alimentado por un sistema hidráulico diferente.
En operación normal, el ELAC2 controla los elevadores con los actuadores alimentados por el sistema verde y amarillo y la compensación con el motor 1.
Si ELAC2 o los dos sistemas hidráulicos tienen un problema, entonces el ELAC1 toma el control utilizando el actuador con el sistema hidráulico azul y la compensación gracias al motor 2.
Si ambos ELAC están defectuosos, SEC1 o 2 toman el control de los elevadores y efectúan la compensación a través de los motores 2 o 3. La forma exacta en que se diseñó el sistema de control alternativo tiene una lógica muy compleja, por lo que no vamos a profundizar más en ella, basta con decir que funciona y da redundancia adicional al sistema.
Si los ordenadores FBW necesitan reiniciarse, el piloto puede controlar el cabeceo de la aeronave a través de una conexión mecánica que actúa directamente las válvulas de control de los elevadores durante la recuperación del sistema FBW.
En resumen, las redundancias múltiples garantizan que no haya pérdida de autoridad de cabeceo en toda la vida útil de la aeronave.
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