Control del vuelo en el F-18

Los controles de vuelo principales son los alerones, los timones, los flaps diferenciales/sincronizados de borde de ataque (LEF - Leading edge flaps), flaps diferenciales/sincronizados del borde de salida (TEF - Trailing edge falps) y estabilizadores diferenciales/sincronizados.



El F-18 utiliza un sistema FBW. El corazón del sistema para la lógica del movimiento se encuentra en los dos ordenadores FCC. Debajo se muestra un diagrama simplificado de cómo se conectan estas superficies con los ordenadores de vuelo (FCC – Flight Control Computer)

Los actuadores hidráulicos (servo) posicionan las superficies de control. El sistema cuenta con retroalimentación para que el piloto “sienta” en los mandos una sensación de vuelo. Esto se logra gracias a un sistema que crea sensación de resistencia aerodinámica en los mandos de forma artificial (artificial feeling). Con este sistema al piloto le cuesta más mover la palanca al ir más rápido. Los pedales que mueven los timones no tienen este sistema. Este efecto se simula mediante la programación de la computadora de control de vuelo.

En esta programación se tiene en cuenta la cantidad de deflexión de la superficie de control versus entrada del piloto en función de las condiciones de vuelo (velocidad, altura, etc). Normalmente, los dos ordenadores de control de vuelo (FCC A y FCC B) proporcionan señales a los actuadores hidráulicos a través del sistema de aumento de control de autoridad total (CAS – Control Augmentation system). Una línea eléctrica directa (DEL) sirve como reserva al CAS. El DEL es normalmente un sistema digital, pero también cuenta con un modo analógico para los alerones y los timones en caso de emergencia. Si el DEL digital falla, existe un enlace mecánico (MECH) que proporciona automáticamente control de alabeo y cabeceo por medio de una conexión mecánica directa desde la palanca a los actuadores del estabilizador. 

La conexión mecánica MECH (cables directos a las superficies) no pasa por los FCC ni por las servoválvulas del actuador del estabilizador. Este es el último método de control de vuelo en caso de fallo total. Se emplea a base de mover los estabilizadores horizontales de forma diferencial para el alabeo y el cabeceo. Según nos contaba un piloto de la NAVY que lo había utilizado en un aterrizaje, esta forma de vuelo es lo más parecido a efectuar un crash-landing (aterrizaje forzoso). Para evitar este tipo de situaciones el sistema de control de vuelo cuenta con múltiples rutas de datos (redundancia) que aseguran que los fallos individuales no tengan efecto y los fallos múltiples tengan un efecto mínimo en el control de vuelo. 

Para mover las superficies el F-18 cuenta con un sistema hidráulico doble. La energía hidráulica es suministrada por los sistemas HYD 1 y HYD 2. La potencia hidráulica se manda a todos los actuadores de control de vuelo primarios. En caso de un fallo de alguno de esto sistemas, el avión no sufre degradación del control de vuelo apreciable cuando se configura en flaps AUTO (ARRIBA). Sin embargo, si el fallo de cualquiera de los sistemas HYD ocurre cuando se configuran los flaps en posición HALF o FULL puede que el piloto exista una guiñada y/o alabeo no deseado cuando las válvulas se ven momentáneamente afectadas y cambian del sistema con fallo al sistema activo. Este efecto puede durar de tres a seis segundos y en ocasiones puede presentar dificultades, como en el vuelo con un solo motor o a bajas velocidades.

Debajo se muestra un corto vídeo de cómo se efectúa una comprobación de los mandos de vuelo. Se puede ver muy claramente el movimiento asimétrico de los estabilizadores horizontales. 

El vuelo con el F-18

El Hornet tiene un ala adaptativa, es decir, la forma del ala está en constante cambio en cualquier régimen de vuelo. Los flaps, los slats, los estabilizadores, los timones y los alerones se mueven conjuntamente para brindar al piloto el mayor control posible durante cada fase de vuelo.

El modo de vuelo que interpretan los FCC viene determinado por el uso del interruptor de los flaps en el cockpit. Las tres posiciones son: Automático (AUTO - arriba), MID (medio) y FULL (completo). Up auto significa que el sistema de control de vuelo (FCS) cambiará dinámicamente el ala en función de lo que cree que el piloto está tratando de hacer. Sin embargo, cuando el interruptor de flaps se coloca en las posiciones MID o FULL, el FCS cambia al modo de despegue/aterrizaje, y todas las entradas de control de vuelo se interpretarán como tales. 

Cuando el interruptor de flaps se coloca en MID/FULL, lo que hace el piloto en realidad es simplemente cambiar la lógica del FCS. El piloto no ordena directamente poner los flaps en una posición fija. No hay ganancias fijas (posiciones de flaps) como las hay en los aviones comerciales. En cambio, la computadora ajusta la posición de los flaps para imitar una posición media/completa de flaps, al tiempo que le brinda al piloto la plataforma más estable que puede para aterrizar. Como cualquier cosa, también la lógica tiene sus límites y si el piloto supera los 14º de AoA en un modo de aterrizaje (flaps MID o FULL), el FCS puede accidentalmente dar órdenes incorrectas al avión. Obviamente es algo no deseable cuando se está a poca altura del suelo. Este interruptor de flaps ordena al FCS que tome decisiones de control de vuelo y es la alternancia entre los modos de vuelo táctico y de aterrizaje.

Timón Toe-In

El efecto particular al que hace referencia este término se denomina convergencia del timón. Es lo que se puede ver en la foto cuando el F-18 se prepara para el despegue. Ambos timones se mueven hacia el interior de una manera muy peculiar.

¿Por qué ocurre esto? A velocidades lentas, particularmente durante ángulos de ataque altos, los estabilizadores pueden no proporcionar suficiente autoridad direccional para rotar el morro del avión rápidamente. La gran cantidad de ala que tiene el F-18 tiende a bloquear el flujo de aire sobre los estabilizadores verticales. Para remediar este problema, los timones de dirección del F-18 adoptan automáticamente una posición convergente y crean de esta forma una fuerza hacia abajo en la parte trasera del avión, que ayuda a elevar el morro. Mientras el timón está posicionado en esta configuración, el piloto aún tiene autoridad y puede usar los timones para guiñar el avión. El FCS mueve selectivamente la posición del timón para generar el movimiento de guiñada, incluso mientras retiene esta posición convergente inicial.

Despegue y aterrizaje

Durante el despegue, el timón permanecerá en la posición de convergencia fija durante 10 segundos después de detectar que no existe peso en las ruedas. Esto evita que la aeronave mueva accidentalmente los timones y se pierda la autoridad de guiñada durante una de las fases más críticas del vuelo. Los fallos de la sonda de AoA también pueden hacer que los timones se muevan automáticamente. Con la convergencia se elimina este problema durante este periodo de tiempo. 

Para el aterrizaje, durante parte del vuelo de aproximación, los timones también tendrán en cuenta que el morro debe tener más autoridad y automáticamente el FCS se encargará de la configuración una vez que el piloto ordena al avión que se ponga en modo de aterrizaje (colocando el interruptor de flaps en otra posición que no sea auto).

Otras funciones

Si bien el F-18 tiene un freno aerodinámico bastante efectivo, el método principal para aumentar la resistencia y poder frenar rápidamente el avión es mediante el uso de las superficies de control. El FCS aumentará la resistencia al bajar los slats, mover los timones, bajar los flaps y mover las superficies de control. Todo esto mientras el ordenador (FCC) proporciona al piloto una plataforma de vuelo perfectamente estable. Esto es lo que yo noté cuando volé por primera vez en este aparato. Accionar el freno situado en la palanca de gases, no solo abre el aerofreno. El FCS hace que el avión literalmente se comporte como si se pisara fuertemente el pedal de freno en un coche de carreras. El F-18 es sencillamente un avión impresionante que no solo te deja clavado en el asiento en los despegues con postquemador.

Durante las maniobras de alto ángulo de ataque, el F-18 también mueve los timones a la posición más conveniente si el interruptor de flaps está en modo automático. Con la lógica del FCS en modo automático, los FCC intentarán retener el control de la aeronave durante las maniobras de máximo rendimiento y programarán automáticamente los flaps y timones para compensar el alto AoA y el vuelo a baja velocidad. Debido a que la nariz está muy levantada y el flujo de aire se interrumpe sobre los estabilizadores verticales, los timones crearán nuevamente esa fuerza de cabeceo que ayudará al piloto a mantener la autoridad del morro en cualquier régimen de vuelo.