Seguramente, muchos de vosotros ya hayáis oído algo acerca del fly-by-wire. Intentaré explicar qué es, y también por qué es importante desde el punto de vista de la estabilidad del avión (en términos de mecánica de vuelo). Es decir, la explicación de fly-by-wire será algo más descriptiva, y la de estabilidad algo más ingenieril.
CONTROLES DE VUELO
El fly-by-wire es un control electrónico de vuelo. Así que lo primero de todo, vamos a hablar sobre cómo se controla un avión. Como todos sabéis (espero), una aeronave cambia la trayectora deflectando unas superficies más o menos grados. Por ejemplo, tenemos los alerones, que hacen que el avión alabee (esto es, gire según su eje longitudinal), el timón de profundidad, que hace que el avión cabecee (es decir, gire según el eje transversal, "el de las alas", por así llamarlo), y el timón de dirección, que hace que el avión guiñe (girar según el eje vertical, el perpendicular "al suelo" del avión).
¿Cómo es posible que girando unas superficies, el avión cambie de trayectoria? Pues bien, recordemos las entradas de "¿Por qué vuelan los aviones? I, II y III". Los aviones vuelan porque, debido a "la forma" del perfil de las alas, se crea una sustentación. Pues las superficies de mando de las que hablábamos antes (alerones, timón de profundidad y timón de dirección) son como "pequeñas alitas" (hago especial énfasis en las comillas) que al deflectarse, provocan una sustentación localizada, haciendo al avión oscilar en torno a su centro de gravedad (estudiad los momentos alrededor de dicho punto y veréis que es cierto).
Por ejemplo, pongamos el caso de la guiñada. Al deflectar el timón de dirección, éste adquiere un ángulo de ataque (ya sabéis, ángulo con el que le incide la corriente de aire, o ángulo entre el vector velocidad y la cuerda). Al obtener un ángulo de ataque, el timón sustenta. Y por la imagen podéis ver lo que ocurre: el avión guiña.
MOVIMIENTO FÍSICO DE LAS SUP. DE CONTROL
Hasta aquí hemos visto que unas superficies se mueven para hacer que el avión maniobre. Pero... ¿cómo hacer que se muevan?
En el principio de los tiempos, la palanca del avión estaba conectada directamente a las sup. de control mediante unos cables de acero. Así, cuando el piloto movía la palanca o los pedales, los cables tiraban de las propias superficies de control.
¿Qué problemas tiene esto? A parte de ser un método que permite poca precisión en las deflexiones, con el paso del tiempo los aviones fueron siendo más grandes y más rápidos, y las sup. de control también. Eso supone que el piloto debería ser muy muy fuerte para lograr mover un alerón tirando de un cable, con todo el aire dandole de frente, a muchicientos km/h. Entendéis el problema, verdad? Así que la solución fue hacer sistemas mecánicos o hidráulicos, a base de poleas, engranajes y demás elementos, de tal forma que mover las superficies fuese más fácil.
LA ESTABILIDAD
Entendemos por estabilidad de un sistema la capacidad del mismo para vovler por sí solo a su condición de equilibrio tras una perturbación. Supongo que habréis estudiado estabilidad en ecuaciones diferenciales. Es posible. Pues ahora estudiaremos la estabilidad de un avión.
Cuando un avión vuela en vuelo rectilíneo y uniforme (la inmensa mayoría del vuelo), lo hace porque las resultantes de las fuerzas aerodinámicas están en equilibrio.
Entonces, ¿qué pasa si en un momento dado, aparece una ráfaga de viento ascendente? la velocidad del viento adquiere una componente vertical, es decir, incide con un cierto ángulo sobre el ala (ángulo de ataque), que crea un aumento de sustentación, que se hace mayor que el peso del avión, por lo que sube. Es decir, se sale de su trayectoria fijada. ¿Qué puede pasar? Un avión inestable, no volverá a la posición de equilibrio anterior, mientras que uno estable sí. Es un tema muy largo, sólo quiero dar unas cuantas pinceladas.
La estabilidad del avión depende del diseño del mismo. Por ejemplo, un ala alta es más estable que un ala baja, un diedro positivo es estable, y uno negativo es inestable... Ya escribiré una entrada sobre esto.
Para el caso que nos ocupa (control y fly-by-wire), lo único que tenemos que saber de estabilidad es lo siguiente:
Como ya hemos dicho, un avión estable es el que vuelve a su situación de equilibrio anterior a la perturbación (la ráfaga del ejemplo). Pero, ¿qué pasa si no sube por culpa de una ráfaga, sino por una acción del piloto sobre la palanca de vuelo? El avión se resistirá a salirse de su trayectoria, de su situación de equilibrio. Es decir:
Si un avión es inestable, el piloto tiene que hacer correciones de rumbo continuamente, con la palanca, moviéndolo todo él solito. Es decir, se estresa, y eso no es seguro ni rentable.
EL SISTEMA FLY-BY-WIRE (¡por fin!)
El fly-by-wire sustituye los sistemas hidráulicos y mecánicos de los mandos de vuelos por unos electrónicos. Esto supone mayor precisión, control automático informatizado, y algo para nada trivial: disminución de peso muy grande (un ordenador y unos cables de fibra pesan mucho menos que sistemas hidráulicos, engranajes, gruesos cables de acero...).
El fly-by-wire transforma la acción del piloto sobre el mando en una señal eléctrica, que a través de un sistema electrónico, dice a los servos cuánto han de mover las superficies de control. El avión dispone de sensores que le dicen en todo momento cuál es su condición de vuelo y cómo se comporta el aire a su alrededor, de manera que el ordenador de a bordo, al recibir la señal del piloto, puede calcular y efectuar sobre la marcha las correcciones necesarias para que el avión haga exactamente lo que el piloto le está pidiendo.
Esto también significa que si el piloto pega un palancazo hacia abajo, el avión es capaz de decir: "¡eh, que me parto!" y se mueve sólo dentro de sus posibilidades estructurales. Todo un invento, ¿eh?
Desde el punto de vista de la mecánica de vuelo, el fly-by-wire permite que los aviones se diseñen de forma inestable, para que sean capaces de maniobrar, y es el propio sistema electrónico el que aporta la estabilidad (una falsa estabilidad, de hecho lo que hace es continuas correcciones de trayectoria para absorver la inestabilidad del avión, así no lo tiene que hacer el piloto mismo, y no se cansa, ni se estresa, ni se queja).
CONTROLES DE VUELO
El fly-by-wire es un control electrónico de vuelo. Así que lo primero de todo, vamos a hablar sobre cómo se controla un avión. Como todos sabéis (espero), una aeronave cambia la trayectora deflectando unas superficies más o menos grados. Por ejemplo, tenemos los alerones, que hacen que el avión alabee (esto es, gire según su eje longitudinal), el timón de profundidad, que hace que el avión cabecee (es decir, gire según el eje transversal, "el de las alas", por así llamarlo), y el timón de dirección, que hace que el avión guiñe (girar según el eje vertical, el perpendicular "al suelo" del avión).
¿Cómo es posible que girando unas superficies, el avión cambie de trayectoria? Pues bien, recordemos las entradas de "¿Por qué vuelan los aviones? I, II y III". Los aviones vuelan porque, debido a "la forma" del perfil de las alas, se crea una sustentación. Pues las superficies de mando de las que hablábamos antes (alerones, timón de profundidad y timón de dirección) son como "pequeñas alitas" (hago especial énfasis en las comillas) que al deflectarse, provocan una sustentación localizada, haciendo al avión oscilar en torno a su centro de gravedad (estudiad los momentos alrededor de dicho punto y veréis que es cierto). Por ejemplo, pongamos el caso de la guiñada. Al deflectar el timón de dirección, éste adquiere un ángulo de ataque (ya sabéis, ángulo con el que le incide la corriente de aire, o ángulo entre el vector velocidad y la cuerda). Al obtener un ángulo de ataque, el timón sustenta. Y por la imagen podéis ver lo que ocurre: el avión guiña.
MOVIMIENTO FÍSICO DE LAS SUP. DE CONTROL
Hasta aquí hemos visto que unas superficies se mueven para hacer que el avión maniobre. Pero... ¿cómo hacer que se muevan?
En el principio de los tiempos, la palanca del avión estaba conectada directamente a las sup. de control mediante unos cables de acero. Así, cuando el piloto movía la palanca o los pedales, los cables tiraban de las propias superficies de control.
¿Qué problemas tiene esto? A parte de ser un método que permite poca precisión en las deflexiones, con el paso del tiempo los aviones fueron siendo más grandes y más rápidos, y las sup. de control también. Eso supone que el piloto debería ser muy muy fuerte para lograr mover un alerón tirando de un cable, con todo el aire dandole de frente, a muchicientos km/h. Entendéis el problema, verdad? Así que la solución fue hacer sistemas mecánicos o hidráulicos, a base de poleas, engranajes y demás elementos, de tal forma que mover las superficies fuese más fácil. LA ESTABILIDAD
Entendemos por estabilidad de un sistema la capacidad del mismo para vovler por sí solo a su condición de equilibrio tras una perturbación. Supongo que habréis estudiado estabilidad en ecuaciones diferenciales. Es posible. Pues ahora estudiaremos la estabilidad de un avión.
Cuando un avión vuela en vuelo rectilíneo y uniforme (la inmensa mayoría del vuelo), lo hace porque las resultantes de las fuerzas aerodinámicas están en equilibrio.
Entonces, ¿qué pasa si en un momento dado, aparece una ráfaga de viento ascendente? la velocidad del viento adquiere una componente vertical, es decir, incide con un cierto ángulo sobre el ala (ángulo de ataque), que crea un aumento de sustentación, que se hace mayor que el peso del avión, por lo que sube. Es decir, se sale de su trayectoria fijada. ¿Qué puede pasar? Un avión inestable, no volverá a la posición de equilibrio anterior, mientras que uno estable sí. Es un tema muy largo, sólo quiero dar unas cuantas pinceladas. La estabilidad del avión depende del diseño del mismo. Por ejemplo, un ala alta es más estable que un ala baja, un diedro positivo es estable, y uno negativo es inestable... Ya escribiré una entrada sobre esto.
Para el caso que nos ocupa (control y fly-by-wire), lo único que tenemos que saber de estabilidad es lo siguiente:
Como ya hemos dicho, un avión estable es el que vuelve a su situación de equilibrio anterior a la perturbación (la ráfaga del ejemplo). Pero, ¿qué pasa si no sube por culpa de una ráfaga, sino por una acción del piloto sobre la palanca de vuelo? El avión se resistirá a salirse de su trayectoria, de su situación de equilibrio. Es decir:
- Un avión estable es poco maniobrable.
- Un avión inestable es muy maniobrable.
Si un avión es inestable, el piloto tiene que hacer correciones de rumbo continuamente, con la palanca, moviéndolo todo él solito. Es decir, se estresa, y eso no es seguro ni rentable. EL SISTEMA FLY-BY-WIRE (¡por fin!)
El fly-by-wire sustituye los sistemas hidráulicos y mecánicos de los mandos de vuelos por unos electrónicos. Esto supone mayor precisión, control automático informatizado, y algo para nada trivial: disminución de peso muy grande (un ordenador y unos cables de fibra pesan mucho menos que sistemas hidráulicos, engranajes, gruesos cables de acero...).
El fly-by-wire transforma la acción del piloto sobre el mando en una señal eléctrica, que a través de un sistema electrónico, dice a los servos cuánto han de mover las superficies de control. El avión dispone de sensores que le dicen en todo momento cuál es su condición de vuelo y cómo se comporta el aire a su alrededor, de manera que el ordenador de a bordo, al recibir la señal del piloto, puede calcular y efectuar sobre la marcha las correcciones necesarias para que el avión haga exactamente lo que el piloto le está pidiendo.
Esto también significa que si el piloto pega un palancazo hacia abajo, el avión es capaz de decir: "¡eh, que me parto!" y se mueve sólo dentro de sus posibilidades estructurales. Todo un invento, ¿eh? Desde el punto de vista de la mecánica de vuelo, el fly-by-wire permite que los aviones se diseñen de forma inestable, para que sean capaces de maniobrar, y es el propio sistema electrónico el que aporta la estabilidad (una falsa estabilidad, de hecho lo que hace es continuas correcciones de trayectoria para absorver la inestabilidad del avión, así no lo tiene que hacer el piloto mismo, y no se cansa, ni se estresa, ni se queja).
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