El Windshear y el sistema de Honeywell para evitarlo

La función de detección de cizalladura del viento o lo que conocemos como windshear, la realiza generalmente el ordenador del  EGPW (Enhanced Ground Proximity System), que es el encargado de realizar las funciones de advertencia de proximidad al suelo. Cuando se detecta el windshear, el sistema de dirección de vuelo (FD) entra en un modo denominado "Escape Guidance". Este modo específico del director de vuelo nos ofrece direcciones para poder evadir esa situación tan peligrosa. Este sistema está integrado en el paquete de aviónica. En el EMB-145, el avión en el que actualmente estoy impartiendo clases, esta función proporciona alarmas visuales y auditivas para advertir a los pilotos sobre la ocurrencia del windshear, así como la maniobra más adecuada para recuperarse de dicho fenómeno.

¿Que es el windshear?

El Windshear o cizalladura es un cambio repentino en la dirección o velocidad del viento, normalmente causado por tormentas, sistemas frontales o cualquier característica topográfica que pueda afectar el flujo del viento (por ejemplo, colinas, montañas, lagos, mares, etc.). Debido a la proximidad al suelo, las fases de vuelo más peligrosas con respecto a los encuentros con una cizalladura del viento son el despegue, la aproximación y el aterrizaje. En una cizalladura, el viento puede cambiar de cola a viento en contra o de ascendente a descendente. 

En la imagen se muestra una aproximación con windshear. Antes de entrar en el windshear existe un área donde el viento en contra aumenta. En principio esto es un aumento de performances, pero el sistema declara precaución "CAUTION WINDSHEAR AHEAD" (color ámbar) por posible windshear más adelante. Cuando la velocidad que detecta la aeronave disminuye en la cizalladura el sistema ya muestra un aviso de alarma "WINDSHEAR" (warning, color rojo). Es el momento de escapar de esa situación.   

Las consecuencias de verse inmerso en una cizalladura pueden ser un cambio brusco en la velocidad del aire, la sustentación y la altitud, hacia arriba o hacia abajo, según el cambio de dirección. Aunque puede ser rápida, la cizalladura del viento no es instantánea, lo que puede llevar a los pilotos a realizar intentos de evitación de manera incorrecta. Por ejemplo, un avión con viento en contra después del despegue, parece tener unas buenas performances, caracterizadas por una alta velocidad, lo que lleva al piloto a rotar el avión más de los habitual. Cuando se alcanza el núcleo de la tormenta, el viento cambia bruscamente a una corriente descendente y la velocidad del avión disminuye, así como la velocidad vertical. La reacción natural del piloto es bajar el morro del avión en un intento por mantener la velocidad. 

Más adelante, el viento cambia al componente de viento de cola (reducción de las performances), lo que da lugar a una reducción drástica de la velocidad con el morro ya hacia abajo. En tal escenario, es muy difícil mantener una tasa de ascenso positiva. Si no se puede retrasar el despegue o el aterrizaje, la acción correcta es aumentar la velocidad del avión antes de entrar en la zona de la cizalladura y considerar volar cerca de la velocidad de pérdida con un alto ángulo de ataque si es necesario para recuperar altitud.

DETECCIÓN DEL WINDSHEAR

En el Embraer 145, el sistema de detección de windshear está diseñado para identificar la presencia de un fenómeno de cizalladura grave y proporcionar avisos oportunos y una guía de vuelo adecuada para la aproximación, la aproximación frustrada, el despegue y el ascenso.

El ordenador encargado de la detección intercambia datos con el sistema inercial (IRS), sistema de datos del aire (ADC), sistema de protección contra la entrada en pérdida (SPS), Radio Altímetro (RA) y el ordenador principal de vuelo que contiene el piloto automático y el director de vuelo, que en el EMB 145 se llama IC-600. El sistema busca continuamente cualquier pista de cizalladura del viento y luego envía una señal a la pantalla de vuelo principal (PFD) y a la unidad de generación de advertencias auditivas (AWU) para que proporcionen las indicaciones adecuadas.

En el windshear, las alertas de precaución (ámbar) se dan si el windshear consiste en un viento de frente creciente (o viento de cola decreciente) y/o una corriente ascendente severa, que puede preceder a un encuentro con una microrráfaga (microburst). Las precauciones de windshear activan las indicaciones ámbar de precaución (WDSHEAR) en la esquina superior izquierda de ambos PFD. En aviones equipados con EGPWS, también se activa un mensaje auditivo "PRECAUCIÓN WINDSHEAR". Las indicaciones de Windshear Caution permanecen encendidas mientras el avión permanezca expuesto a un viento de frente creciente y/o una condición de corriente ascendente que supere el umbral de alerta.

Las advertencias más serias de cizalladura se dan si la cizalladura consiste en un viento en cara decreciente (o viento de cola en aumento) y/o una corriente descendente severa. Las advertencias de cizalladura activan la indicación roja de advertencia de cizalladura (WDSHEAR) en ambos PFD y desencadenan un mensaje auditivo "WINDSHEAR, WINDSHEAR, WINDSHEAR". Este mensaje no se repetirá a menos que se produzca otro evento de cizalladura grave e independiente.

En esta gráfica se muestra el umbral que dispara la advertencia (warning) o la precaución (caution).

El umbral se ajusta en función del rendimiento de ascenso disponible, el ángulo de la trayectoria de vuelo, las velocidades aerodinámicas significativamente diferentes de las velocidades de aproximación normales y las fluctuaciones inusuales en la temperatura del aire estático (generalmente asociadas con los bordes de ataque de las microrráfagas).

MODO DE GUÍA DE ESCAPE DEL WINDSHEAR EN EL EMB 145

El modo de guía de escape del windshear se utiliza para minimizar la pérdida de altitud y velocidad durante un encuentro con el mencionado fenómeno. La estrategia es mantener el avión en el aire hasta que las condiciones de cizalladura del viento disminuyan o desaparezcan. El modo de guía de escape proporciona direcciones de cabeceo para el piloto por medio del FD (flight director) para recuperarse del windshear. La amplitud de la indicación de cabeceo dependerá del desempeño del avión y de la intensidad y fase de la cizalladura del viento. En el EMB 145, la guía de escape del windshear es un modo del director de vuelo activado bajo las siguientes condiciones:

• Manualmente, presionando el botón Go Around mientras se detecta una condición de cizalladura del viento (aumentando/disminuyendo el rendimiento);
• Automáticamente, cuando está en modo de maniobra y despegue y se detecta una condición de cizalladura del viento (aumento/disminución del rendimiento);
• Automáticamente, cuando el ángulo de las palancas de empuje es superior a 78° y se detecta una disminución del rendimiento del corte del viento (advertencia de corte del viento).

Cuando el modo de guía de escape por cizalladura del viento está activado, se muestra una indicación verde "WSHR" en ambos PFD en el campo Modo vertical y una indicación "ROLL" en el campo Modo lateral. Siempre que se activa el modo de guía de escape del windshear, el símbolo del indicador de límite de cabeceo (PLI) se muestra directamente en la parte del indicador de visualización de actitud del PFD. El PLI representa el margen existente del ángulo de ataque antes de que se active el Stick Shaker.

Todos los demás modos de Flight Director se cancelan y los siguientes modos verticales se inhiben cuando se presenta una condición de precaución o advertencia de cizalladura del viento:

• Modo de preselección de altitud, Vuelo y Despegue.

No se inhibe ningún modo lateral mientras se está en el modo vertical de WSHR. El modo de guía de escape Windshear está diseñado para cumplir con los siguientes requisitos, en el orden de prioridades indicado:

• Evitar que el avión entre en pérdida;
• Impedir que el avión descienda;
• Evitar que el avión supere el VMO.

El modo de guía de escape Windshear incorpora tres submodos:

• Submodo Alfa: se puede ordenar al avión que descienda para mantener la velocidad cuando se acerca a condiciones de pérdida. Si el control del ángulo de la trayectoria de vuelo da como resultado un ángulo de ataque más allá del ángulo de activación del stick shaker, la ley de control de cizalladura del viento puede mantener el ángulo de ataque del avión por debajo del umbral del stick shaker.
• Submodo Gamma: se puede evitar que el avión descienda ordenando un ángulo de trayectoria de vuelo positivo. Se utiliza un ángulo de trayectoria de vuelo nominal para permitir un aumento de la velocidad del aire durante una cizalladura con rendimiento creciente, en anticipación de una cizalladura con rendimiento decreciente, y también para minimizar la pérdida de altitud durante una cizalladura con rendimiento decreciente.
• Submodo de objetivo de velocidad: se permite que el avión ascienda para intercambiar energía cinética excesiva por energía potencial. Si el control del ángulo de la trayectoria de vuelo resulta en un aumento excesivo de la velocidad, la ley de control de la cizalladura mantiene la velocidad indicada del avión en la velocidad objetivo.

El modo de guía de escape Windshear se cancelará si se produce alguna de las siguientes condiciones:

• Se selecciona el modo FLC, VS, SPD o ALT;
• Datos IRS no válidos;
• Datos ADC no válidos;
• Computadora de protección de bloqueo (SPC) no válida;
• Altitud de radio superior a 1500 pies.