¿Cómo pueden los pilotos volar dentro de una nube?

Cuando los aviones vuelan dentro de las nubes, vuelan bajo las » reglas de instrumentos » . No importa si la visibilidad es reducida (de noche) o totalmente bloqueada (en una nube espesa), este modo de vuelo simplemente asume que la tripulación no tiene referencia visual externa, vuelan únicamente usando las indicaciones dadas por los instrumentos a bordo. .

El siguiente video breve muestra una situación que se encuentra con frecuencia, la tripulación no ve nada afuera antes al estar tan cerca del suelo, casi aterrizan.

^{Aterrizaje sin visibilidad, fuente: YouTube .}

Después del problema de se ha resuelto la sustitución de referencias externas, el siguiente problema más importante es mantenerse alejado de otras aeronaves de forma segura. Para evitar colisiones, los pilotos cuentan con el apoyo del control de tráfico aéreo (ATC) desde tierra. El ATC determina la ubicación y altitud de la aeronave confiando en un transpondedor a bordo. El ATC emite información e instrucciones apropiadas para los pilotos a fin de mantener las aeronaves separadas.

Si el ATC no logra separar las aeronaves, las aeronaves comerciales están equipadas con una red de seguridad: en último recurso, las aeronaves cercanas, equipadas con transpondedor, son detectado y evitado por un sistema de prevención de colisiones a bordo. Si bien este sistema es eficiente cuando solo hay 2 o 3 aviones involucrados, la maniobra de escape debe realizarse rápidamente y, por lo tanto, puede ser lo suficientemente precisa como para que un pasajero que no esté abrochado se lesione. Esto no funciona si la otra aeronave no está equipada con un transpondedor, pero todas las aeronaves comerciales llevan dicho equipo por reglamentación.

Todos los aviones grandes que conocemos vuelan bajo las reglas de los instrumentos, independientemente del clima, o la hora del día. Sin embargo, para algunas pistas, el aterrizaje se puede realizar mediante una maniobra en círculo (o maniobra de círculo a tierra) en la que la tripulación se acerca a la pista con una guía instrumental. que se interrumpe antes del aterrizaje (generalmente porque la guía está diseñada para otra pista), dejando a la tripulación bajo reglas visuales hasta el aterrizaje (se sabe que tales maniobras son más peligrosas ).

En aras de la integridad, se puede permitir un tipo especial de vuelo visual, VFR Over The Top , sobre la capa de nubes , durante la parte superior del vuelo, donde se puede ver el horizonte y otras aeronaves.

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1. Aspectos técnicos del vuelo por instrumentos

Técnicamente es posible volar dentro de nubes, niebla, nieve, de noche, etc, pero este tipo de vuelo está regulado, requiere elementos técnicos tanto en la aeronave como en el tierra y entrenamiento adicional obligatorio para el piloto.

El sentido común y la regulación requieren que el piloto sea capaz, en cualquier momento, de:

• a / Mantener un actitud segura de la aeronave (preservación de las condiciones de vuelo),
• b / Evitar obstáculos y otras aeronaves (prevención de colisiones),
• c / Encontrar el camino hacia un aeródromo de aterrizaje (navegación).
• d / Saber dónde están (conciencia de posición),

Volar sin visibilidad básicamente significa saber cómo realizar estas tareas sin mirar fuera de la cabina.

A: Mantener una actitud segura

Una de las principales referencias que necesita un piloto es el horizonte .Cuando el horizonte es invisible, un horizonte artificial reproduce el plano horizontal ne usando un giroscopio. Este instrumento indica si la aeronave está inclinada o balanceada.

En cuanto a altitud y velocidad, se utilizan los mismos instrumentos tanto para vuelo visual como instrumental: altímetro barométrico e indicador de velocidad aérea.

^{Instrumentos principales, presentación tradicional.Fuente: Aircraft Spruce}

Imagen de arriba (de izquierda a derecha, de arriba a abajo):

• velocidad , actitud (horizonte artificial), altitud ,
• intermitente , header , velocidad vertical

^{Los mismos instrumentos en la pantalla de vuelo principal electrónica de un A330. Fuente}

Ser consciente de la actitud de la aeronave sin pistas visuales externas no es natural y más difícil de lo que normalmente se espera. Hubo un estudio famoso ( experimento de giro de 180 grados , Bryan, Stonecipher, Aron) en 1954 que mostró que un piloto no estaba capacitado para volar con instrumentos pierde el control de la aeronave en 3 minutos en promedio si se pierden las referencias externas.

B: Prevención de colisiones

Como se mencionó anteriormente, se proporciona un servicio de prevención de colisiones por radio desde tierra. Una aeronave que vuela sin visibilidad está separada por controladores aéreos (ATC) de todas las demás aeronaves. El tipo exacto de separación proporcionada varía según la categoría del espacio aéreo, en particular cuando falta la cobertura de radar, p. Ej. al volar sobre océanos. Para los países de la UE, consulte la Clasificación del espacio aéreo en SKYbrary.

Civil ATC determina la ubicación y la altitud de la aeronave interrogando un transpondedor a bordo del avión, desde tierra. Si el transpondedor de la aeronave no coopera, el ATC podría tener acceso a un radar primario y realizar la medición de eco tradicional, que es menos precisa. Las estaciones de radar primarias generalmente son operadas por militares.

^{Sala ATC típica, fuente: Aprenda a volar aquí}

• Vea también ¿Qué es un TRACON? para obtener una descripción completa de las salas de control en los EE. UU.

El ATC es definitivamente una tarea difícil de cuatro dimensiones que se realiza con pantallas 2D. Se cometen errores, la mayoría de las veces se solucionan a tiempo. En la imagen de abajo, VRG231 desciende desde FL370 mientras que el DCA337 de cara y subida es a través de FL262. ATC evalúa que cruzarán de manera segura, pero pasa por alto el XCM3018 más cercano que se acerca desde la derecha en FL360 (más detalles en SKYbrary ).

^{Pérdida de condiciones de separación en el lugar: VRG231 está descendiendo . ATC tiene en cuenta DCA337, pero pasa por alto XCM3018, fuente}

Se puede usar equipo adicional a bordo para aeronaves cercanas reales detección. Este sistema de prevención de colisiones, conocido como ( TCAS o ACAS ), detecta aeronaves equipadas con transpondedor, por lo general solo en un radio de unos pocos minutos mediante el uso de una técnica similar a la interrogación ATC. . Además, TCAS puede proporcionar avisos coordinados de resolución de conflictos a los pilotos, para aumentar la separación y prevenir colisiones.

^{B737 TCAS (posiciones TA / RA en el panel del transpondedor). Fuente}

C: Navegación :

Después de las dos primeras tareas de la tripulación (aeronave en vuelo seguro y riesgos de colisión bajo control), es hora de ver cómo la tripulación puede llegar al destino .

Las radioayudas para la navegación se colocan en lugares importantes del suelo y se utilizan instrumentos a bordo para aprovecharlas. Hoy en día incluyen VOR (determinación de rumbo relativo) y DME (determinación de distancia) para la navegación hacia, desde y entre aeródromos. NDB todavía se utilizan, pero su desmantelamiento ha comenzado en todo el mundo, se utilizan como VOR de larga distancia y de no precisión.

Extracto de Documentación del aeropuerto de Niza (LFMN, Francia) para las salidas de la Pista 04. Observe cómo se utilizan VOR (con un círculo verde) y NDB (magenta) como puntos de ruta. También tenga en cuenta cómo NIZ VOR-DME se utiliza como referencia para el rumbo relativo y la distancia (estrellas verdes).

^Fuente

Radio ayudas espaciales, a saber GNSS (GPS de EE. UU., Galileo de la UE, Glonass de Rusia …) complementan o reemplazan las ayudas terrestres para las operaciones (las ayudas terrestres todavía se utilizan y son requeridas por la regulación).Por ejemplo, las mismas salidas desde Niza utilizando Navegación de área de precisión (P-RNAV) aprovechando las ayudas GNSS, inerciales y terrestres para obtener una posición combinada precisa:

^{Los waypoints no se refieren a ninguna ayuda en tierra, sino que están definidos por sus coordenadas en la base de datos del sistema de gestión de vuelo. Misma fuente}

Se puede realizar un aterrizaje manual o automático con la guía de un ILS (instrumento sistema de aterrizaje), que es un faro de radio que se puede utilizar para seguir la dirección y la pendiente adecuadas:

^{Principio ILS (pistas magenta que se muestran en el panel piloto)}

Como habrás notado, contrariamente a una creencia persistente, los pilotos no confíe en el ATC para la navegación (la excepción sería cuando un piloto ha perdido todas las referencias instrumentales. El ATC generalmente puede proporcionar una posición si el transpondedor aún está operativo).

En el espacio aéreo terminal ocupado , normalmente alrededor de grandes aeropuertos, la función del ATC se amplía. Primero, el riesgo de colisión es grande y los aeropuertos se encuentran en áreas densamente pobladas, las aeronaves deben seguir rutas más restringidas, los operadores ATC monitorean constantemente estas rutas y solicitan correcciones a los pilotos cuando sea necesario. En segundo lugar, ru Siempre que los recursos sean escasos, las aeronaves que llegan (y las aeronaves que salen hasta cierto punto) deben secuenciarse (p. ej. ajustando su velocidad) en colas de aterrizaje ordenadas y densas.

D: Conciencia de posición

La posición horizontal actual se ha determinado durante mucho tiempo utilizando VOR y DME y geometría: ángulo-ángulo (también conocido como triangulación) o ecuaciones de ángulo-distancia.

Los aviones más grandes también han utilizado plataformas inerciales que pueden proporcionar no solo la posición actual, sino también el rumbo, la velocidad sobre el suelo y, de manera más singular, la aceleración, la velocidad de rotación y la actitud (desde la cual se puede obtener el ángulo de ataque).

Hoy en día, esas tecnologías se complementan con GNSS que es capaz de proporcionar la posición y altitud actuales.

Las plataformas inerciales todavía se utilizan para su completa independencia de cualquier recurso externo, y su precisión es mejor que GNSS en poco tiempo. Su gran desventaja es que se desvían continuamente y deben reiniciarse a intervalos (por ejemplo, utilizando datos GNSS). Para aprovechar todo lo disponible, las fuentes a menudo se mezclan para proporcionar valores ponderados y verificación cruzada (agregue a esto sensores de aire que brindan datos de altitud y velocidad del aire).

^{Página de la computadora de gestión de lucha B737 que muestra la posición actual de acuerdo con varios sensores. Fuente}

Las aeronaves también están equipadas con detección de tierra, para ayudar a prevenir la llamada » CFIT «, vuelo controlado hacia el terreno . Este sensor se basa en un radar a bordo y mapas almacenados y muestra los obstáculos del suelo alrededor. Se utiliza para el monitoreo horizontal (colina, montaña) así como para el monitoreo vertical (proximidad al suelo durante el aterrizaje). Estos sistemas se conocen como EGPWS, sistema mejorado de advertencia de proximidad al suelo. . Advierten a los pilotos mediante avisos en voz alta, p. Ej. » ¡Terreno! Terrain, pull up! «.

^{Visualización de VSD / EGPWS en aviones Boeing, fuente}

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2. Punto de vista de la regulación

Las condiciones de visibilidad se determinan como visual (buena visibilidad) o instrumental (visibilidad insuficiente) y hay dos conjuntos de reglas al volar (visual e instrumental). Volar en condiciones de instrumentos requiere por reglamento realizar el vuelo bajo reglas de instrumentos.

Volar con referencia únicamente a instrumentos, requiere:

• El piloto ha recibido el entrenamiento adecuado,
• El equipo específico está disponible en la aeronave y en tierra,
• El ATC se proporciona desde tierra.

VMC vs. IMC

Existe un conjunto de condiciones mínimas para declarar que el entorno exterior es visible: estas condiciones son conocidas como Condiciones meteorológicas visuales (VMC).

Cuando no se alcanzan las VMC, se dice que las condiciones son IMC, por Condiciones meteorológicas de los instrumentos .

Los criterios de VMC dependen de los países y el espacio aéreo, aunque la OACI proporciona recomendaciones internacionales, por ejemploen Francia, generalmente:

• Visibilidad horizontal mínima de 5 km (8 km por encima de FL100).
• Distancia mínima a las nubes: horizontalmente 1,5 km, verticalmente 1,000 pies.

VFR vs. IFR

Cualquier vuelo debe realizarse bajo uno de los dos conjuntos de reglas existentes:

• Reglas de vuelo visual (VFR)
• Reglas de vuelo por instrumentos (IFR).

Las reglas a seguir son dictadas por reglamento y dependen directamente de las condiciones meteorológicas.

• En VMC, se permiten vuelos VFR e IFR.

• En IMC, solo se permite un vuelo IFR, el piloto debe estar calificado para realizar IFR y la aeronave debe estar certificada para IFR.

Relacionado:

• Desorientación espacial que puede llevar a volar boca abajo sin saberlo. Capacitación relacionada .

Los pilotos que vuelan en las nubes a sabiendas estarán bajo IFR (reglas de vuelo por instrumentos) y tendrán contacto con el control de tráfico para mantenerse alejados de otros aviones. Si terminas en una nube por accidente, el procedimiento estándar es girar 180 ° manteniendo la misma altura y continuar hasta salir de la nube (o transferirte a IFR).

Un piloto en una nube no lo hace » t confíe en lo que ve afuera y en su lugar mira sus instrumentos .

source wikipedia

Están en orden: visualización de velocidad aérea, horizonte artificial, visualización de altitud, coordinador de giro, rumbo ( brújula) y velocidad vertical.

Hay otro diseño para esta información:

Con el mismo diseño, velocidad aérea a la izquierda, horizonte en el centro, altitud a la derecha y rumbo en la parte inferior.

Estas son algunas respuestas muy bien escritas y completas. También me gustaría ofrecer mi propia perspectiva y contexto al respecto. Un avión IFR moderno tendrá 2 juegos de instrumentos de vuelo: (1) primario y (2) secundario, y estos son significativamente diferentes. Este es un punto importante que no debe pasarse por alto. Se enfatiza en el entrenamiento. Somos muy afortunados con la tecnología actual, y este no siempre ha sido el caso.

Como piloto de la Marina de los EE. UU., Pasamos horas en simuladores practicando procedimientos IFR, mientras manejamos emergencias. Quiero enfatizar que estos vuelos fueron diseñados para ayudarnos a enfocarnos en 2 aspectos importantes: (1) vuelo en nubes u otras condiciones de baja visibilidad, mientras (2) manejo exitoso de emergencias en este desafiante entorno. Hay un par de otros puntos más finos que me gustaría hacer.

Puede que no pensemos en ello, pero uno puede estar volando VFR sin horizonte, y en este caso un piloto está haciendo un poco de ambos. Pasé mucho tiempo sobrevolando el Mediterráneo. Sobre todo durante los meses de verano, donde la neblina y el mar se mezclan, permitiendo que el horizonte desaparezca. Recuerdo que esto es particularmente cierto por encima de los 5,000 pies AGL. Durante estos meses, incluso una noche estrellada podría resultar desorientadora. Las luces de los barcos en el agua podrían aparecer como estrellas para el piloto, lo que luego alteraba dónde estaba el horizonte en el ojo de su mente.

Incluso con nuestros sistemas de navegación modernos, el vuelo IFR puede ser muy difícil, incluso para alguien con mucha experiencia. En una de esas noches mediterráneas descritas anteriormente, el líder de la sección se desorientó y comenzó una espiral descendente lenta. Puede ser necesario mucha disciplina para creer en lo que te dicen tus instrumentos, cuando tu cuerpo grita algo más para ti. A veces, el cuerpo gana. Incluso con su compañero instándolo a nivelar las alas, el piloto terminó volando hacia el mar.

Los simuladores nos ayudaron a practicar para confiar en los instrumentos y al mismo tiempo, lidiar con las distracciones de varias emergencias en la cabina.El mejor simulador que tuve fue bien planeado y ejecutado por el Mago de Oz. Estaba ejecutando los controles del simulador. Comenzó con un ligero parpadeo del indicador de aceite al arrancar, se topó con un clima en deterioro en el aire, con más problemas en el motor y una falla eléctrica parcial. Finalmente, me vi reducido a usar instrumentos de presión.

El sistema de navegación con el que volé se llamaba Sistemas de Navegación Inercial (INS) y recibía información de giroscopios que mantenían la orientación del eje a partir de su movimiento de rotación. El indicador de actitud primario respondió muy bien, sin tiempo de retraso perceptible entre los cambios en la trayectoria de vuelo y la respuesta del INS. Con un buen indicador de actitud primario y otros instrumentos no sensibles a la presión, p. Ej. altímetro de radar, es relativamente fácil mantener un vuelo controlado. Sin embargo, si el INS fallara, eso sería otro juego de pelota.

Con una falla del INS, nos quedamos con los instrumentos secundarios. Este grupo estaba compuesto por un pequeño indicador de actitud de reserva y los siguientes instrumentos de presión: altímetro, indicador de velocidad vertical (VSI) e indicador de velocidad aérea. Finalmente, estaba la aguja de giro y la brújula de reserva. Volar con instrumentos de presión en condiciones IFR es muy desafiante debido al retraso significativo entre lo que muestran los instrumentos y la trayectoria de vuelo real de la aeronave. El VSI fue el más sensible y el indicador de altitud fue el menos sensible. Uno podría encontrarse fácilmente «persiguiendo» sus agujas en una lucha por controlar la retroalimentación negativa.

Por tanto, existen instrumentos de vuelo primarios e instrumentos de vuelo secundarios. Con la alta confiabilidad de los sistemas de aviónica actuales, afortunadamente no tenemos que dedicar mucho tiempo a los instrumentos secundarios.

En medio de los instrumentos son la gran actitud primaria en el indicador, y debajo de él la brújula. La brújula de reserva es difícil de ver, pero está justo encima del escudo antideslumbrante en el lado derecho. Alrededor de las 7 a 8 «en el reloj, directamente a la izquierda del indicador de actitud principal está el indicador de actitud de espera. Arriba está el indicador de velocidad máxima / aerodinámica, el altímetro de presión y en la parte superior el altímetro del radar. Justo a la izquierda de esos instrumentos, y un poco más pequeños, puedes distinguir de arriba a abajo, el indicador de ángulo de ataque, el VSI y el acelerómetro.

Y así me encontré en un enfoque controlado desde el suelo en mi campo de bingo en instrumentos de vuelo secundarios, con un motor que falla, como mínimo. A unos 800 pies, el Mago de Oz ordenó una luz de advertencia de incendio, seguida poco después por una falla catastrófica del motor. No llegué a la palanca de expulsión lo suficientemente rápido. p>

En ese momento tenía un vecino que había sido piloto en la Primera Guerra Mundial. Estábamos sentados y yo le estaba contando sobre el vuelo en simulador, quejándome en broma de cómo uno a uno me fallaba los instrumentos. , cuando me detuvo con su risa y dijo: «Hijo, cuando nos encontramos en una nube w Volamos con una mano sosteniendo suavemente un lápiz frente a nuestra cara en la cabina abierta, y con la otra mano sosteniendo el palo. «

Comentarios

• sobre el último párrafo: suena esencialmente como el principio que se menciona aquí: wrightstories.com/wrights-develop-automatic-stabilizer

En los relatos de la aviación de la Primera Guerra Mundial, a veces leemos sobre pilotos que operan en las nubes durante períodos prolongados. Cuesta credulidad pensar que esto fue realmente posible con la instrumentación primitiva de la época.

Es muy difícil mantener el control de un avión o planeador en la nube sin al menos un instrumento giroscópico para dar una indicación de si la aeronave está a nivel de alas o inclinada. Tenga en cuenta que perder el control es más que un simple problema de navegación: es muy fácil sobrecargar un avión y hacer que se rompa al entrar accidentalmente en un giro pronunciado o sumergirse en una nube.

Aunque la mayoría Los aviones modernos tienen un instrumento de horizonte artificial (indicador de actitud), es posible mantener el control de un avión en la nube utilizando un indicador de velocidad de giro y ningún otro instrumento giroscópico. En términos modernos, esto se llama » panel parcial » vuelo.

Se creó el primer indicador giroscópico de velocidad de giro. en 1917. Charles Lindbergh voló su avión Ryan NYP » Spirit of St. Louis » a través del Océano Atlántico en 1927, y estaba en una nube durante períodos prolongados, con un indicador de velocidad de giro como su único instrumento giroscópico. El Ryan NYP también tenía una » brújula inductora de tierra «, que proporciona un rendimiento superior en vuelo a una brújula magnética estándar.Jimmy Doolittle fue uno de los pioneros del vuelo a ciegas, realizó el primer vuelo que fue completamente ciego desde el despegue hasta el aterrizaje en 1929 .

Planeador Los pilotos a menudo han volado en las nubes durante períodos prolongados utilizando un indicador de velocidad de giro como único instrumento giroscópico. Hay algunas brújulas magnéticas especializadas diseñadas para el vuelo de nubes de panel parcial en planeadores que han reducido la susceptibilidad a los errores bien conocidos que sufren las brújulas magnéticas más convencionales en el vuelo de giro . Una de esas brújulas es la brújula Cook, que se puede ajustar manualmente para que coincida con el ángulo de inclinación que el piloto intenta mantener en el giro. Otra brújula de este tipo es la brújula Bohli, cuya aguja está diseñada para existir en alineación tridimensional completa con el campo magnético de la tierra, de modo que los errores de giro se eliminan casi por completo cuando el planeador y la carcasa de la brújula giran libremente alrededor de la aguja. La brújula Bohli está diseñada para proporcionar la misma información que un horizonte artificial (indicador de actitud), aunque de una manera mucho menos intuitiva de interpretar. Además, la ausencia de errores de giro permite al piloto utilizar la información de rumbo de la brújula para haga ajustes sistemáticos en sus círculos térmicos para centrar la mejor parte del ascenso mientras gira en círculos en la nube.

Enlace al pdf de » Air Force » Artículo de revista sobre el vuelo ciego pionero de Doolittle en 1929

Enlace a pdf para el manual de la brújula Bohli

Imagen de la brújula Bohli:

Como lo mencionaron otros carteles volar dentro y a través de las nubes se considera condiciones meteorológicas de instrumentos (IMC), es decir, cuando el vuelo se realiza únicamente por referencia a los instrumentos. El vuelo debe realizarse de acuerdo con las reglas de vuelo por instrumentos (IFR). En el espacio aéreo controlado, esto requiere presentar un plan de vuelo IFR y recibir una autorización para volar del Control de tráfico aéreo (ATC). Mientras vuele un plan de vuelo IFR, permanecerá en contacto constante por radio con las instalaciones de ATC mientras esté en el aire en un espacio aéreo controlado para la separación del tráfico.

Las nubes en sí mismas no son peligrosas para volar, pero pueden contener condiciones climáticas peligrosas en su interior. tales como tormentas eléctricas incrustadas / cumulonimbus, formación de hielo y turbulencia. A veces, las formas exteriores de las nubes, como los elevados cumulonimbos, indican tormentas eléctricas por delante o los altocúmulos lenticulares pueden indicar turbulencias severas en o cerca. La ley exige que un piloto obtenga un informe meteorológico antes de un vuelo IFR para determinar las condiciones meteorológicas en ruta y en el entorno de la terminal para preparar mejor un plan de vuelo y tomar conciencia de los peligros meteorológicos.

Mientras El vuelo puede realizarse a través de las nubes de manera segura, mientras que las aproximaciones y los aterrizajes no, con muy pocas excepciones, como se discutió anteriormente. Los accesos por instrumentos tienen límites mínimos de visibilidad y techo específicos que deben observarse. Si un piloto no puede ver el entorno de la pista que cumpla con los mínimos de visibilidad publicados en el punto de aproximación frustrada o en la altitud de decisión, debe abortar el intento de aterrizaje y realizar los procedimientos de aproximación frustrada apropiados para esa aproximación. Solo las tripulaciones aéreas especialmente capacitadas que vuelen aeronaves específicamente equipadas en aeropuertos equipados para manejar aterrizajes de piloto automático acoplados en procedimientos específicos de aproximación por instrumentos pueden aterrizar en condiciones de visibilidad cero.