Aviónica
aviónica (una combinación de aviación y electrónica) son los sistemas electrónicos que se utilizan en las aeronaves. Los sistemas de aviónica incluyen comunicaciones, navegación, visualización y gestión de múltiples sistemas, y los cientos de sistemas que se instalan en las aeronaves para realizar funciones individuales. Estos pueden ser tan simples como un reflector para un helicóptero de la policía o tan complicados como el sistema táctico para una plataforma de alerta temprana aerotransportada.
Historia
El término "aviónica" fue acuñado en 1949 por Philip J. Klass, editor senior de Aviation Week & revista Space Technology como un acrónimo de "electrónica de aviación".
La comunicación por radio se utilizó por primera vez en aviones justo antes de la Primera Guerra Mundial. Las primeras radios aerotransportadas estaban en zepelines, pero el ejército provocó el desarrollo de equipos de radio ligeros que podían transportarse en naves más pesadas que el aire, de modo que el reconocimiento aéreo los biplanos podrían informar sus observaciones inmediatamente en caso de que fueran derribados. La primera transmisión de radio experimental desde un avión fue realizada por la Marina de los EE. UU. en agosto de 1910. Las primeras radios de aviones transmitían por radiotelegrafía, por lo que requerían aviones de dos asientos con un segundo tripulante para tocar una tecla de telégrafo para deletrear mensajes en código Morse.. Durante la Primera Guerra Mundial, los equipos de radio de dos vías de voz AM fueron posibles en 1917 gracias al desarrollo del tubo de vacío triodo, que era lo suficientemente simple como para que el piloto de un avión de un solo asiento pudiera usarlo mientras volaba.
El radar, la tecnología central que se usa actualmente en la navegación de aeronaves y el control del tráfico aéreo, fue desarrollado por varias naciones, principalmente en secreto, como un sistema de defensa aérea en la década de 1930, durante el período previo a la Segunda Guerra Mundial. Muchas aviónicas modernas tienen su origen en los desarrollos de la Segunda Guerra Mundial. Por ejemplo, los sistemas de piloto automático que son comunes hoy en día comenzaron como sistemas especializados para ayudar a los aviones bombarderos a volar lo suficientemente constante como para alcanzar objetivos de precisión desde grandes altitudes. La decisión de Gran Bretaña en 1940 de compartir su tecnología de radar con su aliado estadounidense, particularmente el tubo de vacío de magnetrón, en la famosa Misión Tizard, acortó significativamente la guerra. La aviónica moderna es una parte sustancial del gasto en aviones militares. Aeronaves como el F-15E y el ahora retirado F-14 gastan aproximadamente el 20 por ciento de su presupuesto en aviónica. La mayoría de los helicópteros modernos ahora tienen divisiones presupuestarias de 60/40 a favor de la aviónica.
El mercado civil también ha visto un crecimiento en el costo de la aviónica. Los sistemas de control de vuelo (fly-by-wire) y las nuevas necesidades de navegación provocadas por espacios aéreos más reducidos han elevado los costos de desarrollo. El principal cambio ha sido el reciente auge de los vuelos de consumo. A medida que más personas comienzan a utilizar aviones como su principal método de transporte, se han inventado métodos más elaborados para controlar aeronaves de manera segura en estos espacios aéreos altamente restrictivos.
Avionica moderna
La aviónica desempeña un papel importante en las iniciativas de modernización, como el proyecto del Sistema de transporte aéreo de nueva generación de la Administración Federal de Aviación (FAA) en los Estados Unidos y la iniciativa SESAR (Single European Sky ATM Research) en Europa. La Oficina Conjunta de Planificación y Desarrollo presentó una hoja de ruta para la aviónica en seis áreas:
- Rutas y procedimientos publicados – Mejor navegación y enrutamiento
- Trayectorias negociadas – Añadiendo comunicaciones de datos para crear rutas preferidas dinámicamente
- Separación Delegada – Mayor conciencia de la situación en el aire y en el suelo
- LowVisibility/CeilingApproach/Departure – Permitir operaciones con limitaciones climáticas con menos infraestructura terrestre
- Operaciones superficiales - Aumentar la seguridad en el enfoque y la salida
- Eficiencias ATM – Mejorar el proceso ATM
Mercado
La Asociación de Electrónica Aeronáutica informa ventas de aviónica por valor de 1730 millones de dólares durante los tres primeros trimestres de 2017 en aviación comercial y general, una mejora anual del 4,1 %: el 73,5 % provino de América del Norte, el ajuste a futuro representó el 42,3 %, mientras que el 57,7 % fueron modernizaciones como la fecha límite de EE. UU. del 1 de enero de 2020 para el enfoque de salida ADS-B obligatorio.
Aeronaves
La cabina de un avión es una ubicación típica para el equipo de aviónica, incluidos los sistemas de control, monitoreo, comunicación, navegación, clima y anticolisión. La mayoría de las aeronaves alimentan su aviónica con sistemas eléctricos de CC de 14 o 28 voltios; sin embargo, las aeronaves más grandes y sofisticadas (como los aviones comerciales o las aeronaves militares de combate) tienen sistemas de CA que funcionan a 400 Hz, 115 voltios de CA. Hay varios proveedores importantes de aviónica de vuelo, incluidos The Boeing Company, Panasonic Avionics Corporation, Honeywell (que ahora es propietaria de Bendix/King), Universal Avionics Systems Corporation, Rockwell Collins (ahora Collins Aerospace), Thales Group, GE Aviation Systems, Garmin, Raytheon, Parker Hannifin, UTC Aerospace Systems (ahora Collins Aerospace), Selex ES (ahora Leonardo S.p.A.), Shadin Avionics y Avidyne Corporation.
Los estándares internacionales para equipos de aviónica son preparados por el Comité de Ingeniería Electrónica de Aerolíneas (AEEC) y publicados por ARINC.
Comunicaciones
Las comunicaciones conectan la cabina de vuelo con el suelo y la cabina de vuelo con los pasajeros. Las comunicaciones a bordo son proporcionadas por sistemas de megafonía e intercomunicadores de aeronaves.
El sistema de comunicación de aviación VHF funciona en la banda aérea de 118 000 MHz a 136,975 MHz. Cada canal está separado de los adyacentes por 8,33 kHz en Europa, 25 kHz en el resto del mundo. VHF también se utiliza para comunicación de línea de vista, como de aeronave a aeronave y de aeronave a ATC. Se utiliza modulación de amplitud (AM) y la conversación se realiza en modo símplex. La comunicación entre aeronaves también puede realizarse mediante HF (especialmente para vuelos transoceánicos) o comunicación por satélite.
Navegación
La navegación aérea es la determinación de la posición y la dirección en o sobre la superficie de la Tierra. La aviónica puede utilizar sistemas de navegación por satélite (como GPS y WAAS), sistema de navegación inercial (INS), sistemas de radionavegación basados en tierra (como VOR o LORAN) o cualquier combinación de los mismos. Algunos sistemas de navegación, como el GPS, calculan la posición automáticamente y se la muestran a la tripulación de vuelo en pantallas de mapas en movimiento. Los sistemas de navegación basados en tierra más antiguos, como VOR o LORAN, requieren que un piloto o navegador trace la intersección de las señales en un mapa de papel para determinar la ubicación de una aeronave; los sistemas modernos calculan la posición automáticamente y se la muestran a la tripulación de vuelo en pantallas de mapas en movimiento.
Monitoreo
Los primeros indicios de cabinas de vidrio surgieron en la década de 1970 cuando las pantallas de tubo de rayos catódicos (CRT) aptas para volar comenzaron a reemplazar las pantallas, indicadores e instrumentos electromecánicos. Un "vaso" cabina se refiere al uso de monitores de computadora en lugar de indicadores y otras pantallas analógicas. Los aviones estaban obteniendo progresivamente más pantallas, diales y tableros de información que eventualmente competían por el espacio y la atención del piloto. En la década de 1970, el avión promedio tenía más de 100 instrumentos y controles en la cabina. Las cabinas de vidrio comenzaron a surgir con el jet privado Gulfstream G‑IV en 1985. Uno de los desafíos clave en las cabinas de vidrio es equilibrar cuánto control está automatizado y cuánto debe hacer el piloto manualmente. Generalmente intentan automatizar las operaciones de vuelo manteniendo constantemente informado al piloto.
Sistema de control de vuelo de aeronaves
Las aeronaves tienen medios para controlar automáticamente el vuelo. El piloto automático fue inventado por primera vez por Lawrence Sperry durante la Primera Guerra Mundial para volar aviones bombarderos lo suficientemente estables como para alcanzar objetivos precisos desde 25,000 pies. Cuando fue adoptado por primera vez por el ejército de los EE. UU., un ingeniero de Honeywell se sentó en el asiento trasero con un cortador de pernos para desconectar el piloto automático en caso de emergencia. Hoy en día, la mayoría de los aviones comerciales están equipados con sistemas de control de vuelo para reducir los errores del piloto y la carga de trabajo al aterrizar o despegar.
Los primeros pilotos automáticos comerciales simples se usaban para controlar el rumbo y la altitud y tenían una autoridad limitada en cosas como superficies de control de vuelo y empuje. En helicópteros, la autoestabilización se utilizó de manera similar. Los primeros sistemas fueron electromecánicos. La llegada de las superficies de vuelo fly-by-wire y electro-accionadas (en lugar de las hidráulicas tradicionales) ha aumentado la seguridad. Al igual que con las pantallas y los instrumentos, los dispositivos críticos que eran electromecánicos tenían una vida finita. Con los sistemas críticos para la seguridad, el software se prueba muy estrictamente.
Sistemas de combustible
El Sistema de Indicación de Cantidad de Combustible (FQIS) monitorea la cantidad de combustible a bordo. Usando varios sensores, como tubos de capacitancia, sensores de temperatura, densitómetros & sensores de nivel, la computadora FQIS calcula la masa de combustible que queda a bordo.
El Sistema de Control y Monitoreo de Combustible (FCMS) informa el combustible que queda a bordo de manera similar, pero, mediante el control de las bombas y amp; válvulas, también gestiona las transferencias de combustible alrededor de varios tanques.
- Refugiar el control para subir a una cierta masa total de combustible y distribuirlo automáticamente.
- Transferencias durante el vuelo a los tanques que alimentan los motores. E.G. de fuselaje a tanques de ala
- Centre of gravity control transfers from the tail (trim) tanks forward to the wings as fuel is expended
- Mantener el combustible en las puntas del ala (para evitar que las alas se doblen debido a la elevación en vuelo) ", trasladándose a los tanques principales después del aterrizaje
- Controlar la jettison de combustible durante una emergencia para reducir el peso de la aeronave.
Sistemas para evitar colisiones
Para complementar el control del tráfico aéreo, la mayoría de las aeronaves de transporte grandes y muchas más pequeñas utilizan un sistema de alerta de tráfico y prevención de colisiones (TCAS), que puede detectar la ubicación de las aeronaves cercanas y proporcionar instrucciones para evitar una colisión en el aire. Las aeronaves más pequeñas pueden usar sistemas de alerta de tráfico más simples, como TPAS, que son pasivos (no interrogan activamente a los transpondedores de otras aeronaves) y no brindan avisos para la resolución de conflictos.
Para ayudar a evitar el impacto contra el terreno controlado (CFIT), las aeronaves utilizan sistemas como los sistemas de advertencia de proximidad al suelo (GPWS), que utilizan altímetros de radar como un elemento clave. Una de las principales debilidades de GPWS es la falta de "anticipación" información, porque solo proporciona altitud sobre el terreno 'mirar hacia abajo'. Para superar esta debilidad, los aviones modernos utilizan un sistema de advertencia de conciencia del terreno (TAWS).
Registradores de vuelo
Los registradores de datos de la cabina de los aviones comerciales, comúnmente conocidos como "cajas negras", almacenan información de vuelo y audio de la cabina. A menudo se recuperan de una aeronave después de un accidente para determinar la configuración de control y otros parámetros durante el incidente.
Sistemas meteorológicos
Los sistemas meteorológicos, como el radar meteorológico (normalmente Arinc 708 en aviones comerciales) y los detectores de rayos, son importantes para los aviones que vuelan de noche o en condiciones meteorológicas instrumentales, en las que los pilotos no pueden ver el tiempo que se avecina. Las fuertes precipitaciones (detectadas por el radar) o las turbulencias severas (detectadas por la actividad de los rayos) son indicaciones de fuerte actividad convectiva y turbulencia severa, y los sistemas meteorológicos permiten a los pilotos desviarse de estas áreas.
Los detectores de rayos como Stormscope o Strikefinder se han vuelto lo suficientemente económicos como para ser prácticos para aviones ligeros. Además de la detección de rayos y radar, las observaciones y las imágenes de radar extendidas (como NEXRAD) ahora están disponibles a través de conexiones de datos satelitales, lo que permite a los pilotos ver las condiciones climáticas mucho más allá del alcance de sus propios sistemas en vuelo. Las pantallas modernas permiten que la información meteorológica se integre con mapas en movimiento, terreno y tráfico en una sola pantalla, lo que simplifica enormemente la navegación.
Los sistemas meteorológicos modernos también incluyen detección de cizalladura del viento y turbulencia y sistemas de alerta de tráfico y terreno. La aviónica meteorológica en el avión es especialmente popular en África, India y otros países donde los viajes aéreos son un mercado en crecimiento, pero el apoyo en tierra no está tan desarrollado.
Sistemas de gestión de aeronaves
Ha habido una progresión hacia el control centralizado de los múltiples sistemas complejos instalados en las aeronaves, incluidos el control y la gestión del motor. Los sistemas de monitoreo de estado y uso (HUMS) están integrados con las computadoras de administración de aeronaves para brindar a los mantenedores advertencias tempranas de las piezas que necesitarán reemplazo.
El concepto de aviónica modular integrada propone una arquitectura integrada con software de aplicación portátil a través de un conjunto de módulos de hardware comunes. Se ha utilizado en aviones de combate de cuarta generación y en aviones de pasajeros de última generación.
Misión o aviónica táctica
Los aviones militares han sido diseñados para entregar un arma o para ser los ojos y oídos de otros sistemas de armas. La amplia gama de sensores disponibles para los militares se utiliza para cualquier medio táctico requerido. Al igual que con la gestión de aeronaves, las plataformas de sensores más grandes (como E-3D, JSTARS, ASTOR, Nimrod MRA4, Merlin HM Mk 1) tienen computadoras de gestión de misiones.
Los aviones de la policía y de EMS también llevan sensores tácticos sofisticados.
Comunicaciones militares
Si bien las comunicaciones de las aeronaves constituyen la columna vertebral para un vuelo seguro, los sistemas tácticos están diseñados para soportar los rigores del campo de batalla. Los sistemas UHF, VHF táctico (30–88 MHz) y SatCom combinados con métodos ECCM y criptografía aseguran las comunicaciones. Los enlaces de datos como Link 11, 16, 22 y BOWMAN, JTRS e incluso TETRA proporcionan los medios para transmitir datos (como imágenes, información de objetivos, etc.).
Radar
El radar aerotransportado fue uno de los primeros sensores tácticos. El beneficio de la altitud que proporciona rango ha significado un enfoque significativo en las tecnologías de radar aerotransportado. Los radares incluyen alerta temprana aerotransportada (AEW), guerra antisubmarina (ASW) e incluso radar meteorológico (Arinc 708) y radar de proximidad/seguimiento terrestre.
El ejército usa radares en jets rápidos para ayudar a los pilotos a volar a baja altura. Si bien el mercado civil ha tenido radar meteorológico durante un tiempo, existen reglas estrictas sobre su uso para navegar el avión.
Sonda
El sonar de inmersión instalado en una variedad de helicópteros militares permite que el helicóptero proteja los activos de envío de los submarinos o las amenazas de la superficie. Los aviones de apoyo marítimo pueden lanzar dispositivos de sonar activos y pasivos (sonoboyas) y estos también se utilizan para determinar la ubicación de los submarinos enemigos.
Electroóptica
Los sistemas electro-ópticos incluyen dispositivos como la pantalla de visualización frontal (HUD), infrarrojos orientados hacia adelante (FLIR), búsqueda y seguimiento infrarrojos y otros dispositivos infrarrojos pasivos (sensor infrarrojo pasivo). Todos estos se utilizan para proporcionar imágenes e información a la tripulación de vuelo. Estas imágenes se utilizan para todo, desde búsqueda y rescate hasta ayudas a la navegación y adquisición de objetivos.
MED/DAS
Las medidas de apoyo electrónico y los sistemas de ayuda defensiva se utilizan ampliamente para recopilar información sobre amenazas o posibles amenazas. Se pueden utilizar para lanzar dispositivos (en algunos casos automáticamente) para contrarrestar las amenazas directas contra la aeronave. También se utilizan para determinar el estado de una amenaza e identificarla.
Redes de aeronaves
Los sistemas de aviónica en modelos militares, comerciales y avanzados de aviones civiles están interconectados mediante un bus de datos de aviónica. Los protocolos de bus de datos de aviónica comunes, con su aplicación principal, incluyen:
- Aircraft Data Network (ADN): Derivado Ethernet para aeronaves comerciales
- Avionics Full-Duplex Switched Ethernet (AFDX): Implementación específica de ARINC 664 (ADN) para aeronaves comerciales
- ARINC 429: Generic Medium-Speed Data Sharing for Private and Commercial Aircraft
- ARINC 664: Ver ADN arriba
- ARINC 629: Commercial Aircraft (Boeing 777)
- ARINC 708: Radar meteorológico para aeronaves comerciales
- ARINC 717: Registrador de datos de vuelo para aeronaves comerciales
- ARINC 825: Autobús CAN para aeronaves comerciales (por ejemplo Boeing 787 y Airbus A350)
- Bus digital estándar comercial
- IEEE 1394b: Aviones militares
- MIL-STD-1553: Military Aircraft
- MIL-STD-1760: Military Aircraft
- TTP – Protocolo a prueba de tiempo: Boeing 787, Airbus A380, Fly-By-Wire Actuation Platforms from Parker Aerospace
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