Como os pilotos podem voar dentro de uma nuvem?

Quando as aeronaves voam dentro das nuvens, elas voam sob ” regras de instrumentos ” . Não importa se a visibilidade é reduzida (à noite) ou totalmente bloqueada (em uma nuvem densa), este modo de voar simplesmente pressupõe que a tripulação não tem nenhuma referência visual externa, eles voam apenas usando as indicações fornecidas pelos instrumentos de bordo .

O breve vídeo a seguir mostra uma situação freqüentemente encontrada, a equipe não viu nada de fora antes por estarem tão perto do solo, eles quase pousaram.

^{Aterrissando sem visibilidade, fonte: YouTube .}

Depois do problema de substituindo referências externas foi resolvido, a próxima questão mais importante é ficar com segurança longe de outras aeronaves. Para evitar colisões, os pilotos são auxiliados pelo controle de tráfego aéreo (ATC) do solo. O ATC determina a localização e a altitude da aeronave contando com um transponder a bordo. O ATC emite informações e instruções apropriadas para os pilotos a fim de manter as aeronaves separadas.

Caso o ATC falhe em separar as aeronaves, as aeronaves comerciais são equipadas com uma rede de segurança: em último recurso, aeronaves próximas, equipadas com transponder, são detectado e evitado por um sistema anti-colisão a bordo. Embora este sistema seja eficiente quando há apenas 2 ou 3 aeronaves envolvidas, a manobra de fuga deve ser feita rapidamente e, portanto, pode ser afiada o suficiente para que um passageiro sem cinto se machuque. Isso não funciona se a outra aeronave não estiver equipada com um transponder, mas todas as aeronaves comerciais transportam esse equipamento por regulamento.

Todos os grandes aviões que conhecemos voam sob regras de instrumentos, independentemente do clima, ou A hora do dia. No entanto, para algumas pistas, o pouso pode ser feito por uma manobra circular (ou manobra círculo-terra) em que a tripulação se aproxima da pista usando uma orientação instrumental que é interrompido antes do pouso (geralmente porque a orientação é projetada para outra pista), deixando a tripulação sob regras visuais até o toque (tais manobras são conhecidas por serem mais perigosas ).

Para fins de integridade, um tipo especial de voo visual, VFR Over The Top , pode ser permitido sobre a camada de nuvem , durante a parte superior do vôo, onde o horizonte e outras aeronaves podem ser vistos.

---

1. Aspectos técnicos do voo por instrumentos

É tecnicamente possível voar dentro de nuvens, nevoeiro, neve, à noite, etc, mas este tipo de voo é regulamentado, requer elementos técnicos tanto na aeronave como no solo e treinamento adicional obrigatório para o piloto.

O bom senso e a regulamentação exigem que o piloto seja capaz, a qualquer momento, de:

• a / Manter um atitude segura da aeronave (preservação das condições de voo),
• b / Evite obstáculos e outras aeronaves (prevenção de colisão),
• c / Encontre o caminho para um aeródromo de pouso (navegação).
• d / Saiba onde estão (percepção da posição),

Voar sem visibilidade significa basicamente saber realizar essas tarefas sem olhar para fora da cabine.

A: Mantenha uma atitude segura

Uma das principais referências de que um piloto precisa é o horizonte . Quando o horizonte é invisível, um horizonte artificial reproduz o plano horizontal ne usando um giroscópio. Este instrumento indica se a aeronave está inclinada ou rolada.

Com relação à altitude e velocidade, os mesmos instrumentos são usados para vôo visual e por instrumentos: altímetro barométrico e indicador de velocidade do ar.

^{Instrumentos principais, apresentação tradicional.Fonte: Abeto de aeronave}

Imagem acima (da esquerda para a direita, de cima para baixo):

• velocidade , atitude (horizonte artificial), altitude ,
• indicador de mudança de direção , cabeçalho , velocidade vertical

^{Os mesmos instrumentos do visor eletrônico principal de vôo de um A330. Fonte}

Estar ciente da atitude da aeronave sem pistas visuais externas não é natural e mais difícil do que normalmente se espera. Houve um estudo famoso ( experimento de virada de 180 graus , Bryan, Stonecipher, Aron) em 1954, que mostrou um piloto não treinado para voar com instrumentos perde o controle da aeronave em 3 minutos em média se as referências externas são perdidas.

B: Prevenção de colisão

Conforme mencionado, um serviço de prevenção de colisões é fornecido por rádio desde o solo. Uma aeronave voando sem visibilidade é separada por controladores de ar (ATC) de todas as outras aeronaves. O tipo exato de separação fornecida varia com a categoria do espaço aéreo, em particular quando a cobertura do radar está ausente, por exemplo, ao voar sobre oceanos. Para os países da UE, consulte Classificação do espaço aéreo na SKYbrary.

O ATC civil determina a localização e altitude da aeronave interrogando um transponder a bordo da aeronave, do solo. Caso o transponder da aeronave não seja cooperativo, o ATC pode ter acesso a um radar primário e realizar a medição de eco tradicional, que é menos precisa. As estações de radar primárias são geralmente operadas por militares.

^{Sala ATC típica, fonte: Aprenda a voar aqui}

• Veja também O que é um TRACON? para uma descrição completa das salas de controle nos Estados Unidos.

O ATC é definitivamente uma tarefa difícil em quatro dimensões feita usando monitores 2D. Erros são cometidos, na maioria das vezes são consertados a tempo. Na imagem abaixo, VRG231 está descendo do FL370, enquanto o DCA337 de frente e de subida passa pelo FL262. O ATC avalia que eles vão cruzar com segurança, mas ignora o XCM3018 mais próximo se aproximando da direita em FL360 (mais detalhes na SKYbrary ).

^{Condições de perda de separação em vigor: VRG231 é decrescente . O ATC leva o DCA337 em consideração, mas ignora o XCM3018, fonte}

Equipamento adicional a bordo pode ser usado para aeronaves reais próximas detecção. Tal sistema de prevenção de colisão, conhecido como ( TCAS ou ACAS ), detecta aeronaves equipadas com transponder, normalmente apenas dentro de um raio de alguns minutos, usando uma técnica semelhante ao interrogatório ATC . Além disso, o TCAS pode fornecer alertas coordenados de resolução de conflitos aos pilotos, para aumentar a separação e evitar colisões.

^{B737 TCAS (posições TA / RA no painel do transponder). Fonte}

C: Navegação :

Após as duas primeiras tarefas da tripulação (aeronave em voo seguro e riscos de colisão sob controle), é hora de ver como a tripulação pode chegar ao destino .

Os rádios auxiliares de navegação são posicionados em locais importantes no solo e os instrumentos de bordo são usados para aproveitá-los. Hoje eles incluem VOR (determinação do rumo relativo) e DME (determinação da distância) para navegação para, de e entre aeródromos. NDB ainda são usados, mas seu descomissionamento começou em todo o mundo, eles são usados como VOR de longa distância e não de precisão.

Extrato de Aeroporto de Nice (LFMN, França) documentação para partidas da Pista 04. Observe como VOR (circulado em verde) e NDB (magenta) são usados como pontos de referência. Observe também como O NIZ VOR-DME é usado como referência para rumo e distância relativos (estrelas verdes).

^Fonte

Auxílios de rádio espacial, especificamente GNSS (US GPS, EU Galileo, Russian Glonass …) estão complementando ou substituindo os auxílios terrestres para as operações (auxílios terrestres ainda são usados e exigidos pela regulamentação).Por exemplo, as mesmas partidas de Nice usando Navegação de área de precisão (P-RNAV) aproveitando as vantagens de GNSS, inercial e auxiliares de solo para obter uma posição combinada precisa:

^{Os waypoints não se referem a nenhum auxílio em terra, mas são definidos por suas coordenadas no banco de dados do sistema de gerenciamento de vôo. Mesma fonte}

Um pouso manual ou automatizado pode ser conduzido com a orientação de um ILS (instrumento sistema de aterrissagem), que é um farol de rádio utilizável para seguir a direção e declive adequados:

^{Princípio ILS (pistas em magenta exibidas no painel do piloto)}

Como você deve ter notado, ao contrário de uma crença persistente, os pilotos não confie no ATC para navegação (a exceção seria quando um piloto perdeu todas as referências instrumentais. O ATC pode geralmente ser capaz de fornecer uma posição se o transponder ainda estiver operacional).

No espaço aéreo terminal ocupado. , normalmente em torno de grandes aeroportos, o papel do ATC é estendido. Primeiro, o risco de colisão ser grande e os aeroportos estarem em áreas densamente povoadas, as aeronaves devem seguir caminhos mais restritos, os operadores de ATC monitoram constantemente esses caminhos e solicitam correções dos pilotos quando necessário. Segundo, ru Sempre que há recursos escassos, a aeronave que chega (e a aeronave que parte até certo ponto) deve ser sequenciada (por exemplo, ajustando sua velocidade) em filas de pouso ordenadas e densas.

D: Conscientização da posição

A posição horizontal atual foi determinada por um longo tempo usando VOR e DME e geometria: ângulo-ângulo (também conhecido como triangulação) ou equações ângulo-distância.

Aeronaves maiores também usaram plataformas inerciais que são capazes de fornecer não apenas a posição atual, mas também o rumo, a velocidade de solo e, principalmente, a aceleração, a taxa de rotação e a atitude (a partir da qual o ângulo de ataque pode ser obtido).

Hoje, essas tecnologias são complementadas pelo GNSS que é capaz de fornecer a posição e altitude atuais.

As plataformas inerciais ainda são utilizadas para sua completa independência de qualquer recurso externo, e sua precisão que é melhor do que GNSS em curto espaço de tempo. Sua grande desvantagem é que eles variam continuamente e devem ser redefinidos em intervalos (por exemplo, usando dados GNSS). Para aproveitar tudo o que está disponível, as fontes são frequentemente misturadas para fornecer valores ponderados e verificação cruzada (adicione a isso sensores de ar que fornecem dados de altitude e velocidade do ar).

^{Página do computador de gerenciamento de luta B737 mostrando a posição atual de acordo com vários sensores. Fonte}

As aeronaves também são equipadas com detecção de solo para ajudar a prevenir os chamados ” CFIT “, voo controlado no terreno . Este sensor é baseado em radar de bordo e mapas armazenados e exibe obstáculos de solo ao redor. É usado para monitoramento horizontal (colina, montanha), bem como monitoramento vertical (proximidade do solo durante o pouso). Esses sistemas são conhecidos como EGPWS, sistema aprimorado de alerta de proximidade do solo. . Eles avisam os pilotos por meio de avisos altos, por exemplo, ” Terreno! Terreno, puxe para cima! “.

^{VSD / EGPWS display em aeronaves Boeing, fonte}

---

2. Ponto de vista da regulação

As condições de visibilidade são determinadas como visuais (boa visibilidade) ou por instrumentos (visibilidade insuficiente) e existem dois conjuntos de regras durante o voo (visual e por instrumentos). Voar em condições por instrumentos requer por regulamento para realizar o vôo sob regras por instrumentos.

Voar apenas por instrumentos, requer:

• O piloto recebeu o treinamento adequado,
• O equipamento específico está disponível na aeronave, e no solo,
• ATC é fornecido no solo.

VMC vs. IMC

Há um conjunto de condições mínimas para declarar que o ambiente externo é visível: essas condições são conhecidas como Condições Meteorológicas Visuais (VMC).

Quando VMC não é alcançado, as condições são chamadas de IMC, para Condições meteorológicas dos instrumentos .

Os critérios VMC dependem dos países e do espaço aéreo, embora a ICAO forneça recomendações internacionais, por exemplona França, geralmente:

• Visibilidade horizontal mínima 5 km (8 km acima do FL100).
• Distância mínima até as nuvens: horizontalmente 1,5 km, verticalmente 1.000 pés.

VFR vs. IFR

Qualquer voo deve ser feito em um dos dois conjuntos de regras existentes:

• Regras de voo visual (VFR)
• Regras de voo por instrumentos (IFR).

As regras a serem seguidas são ditadas pela regulamentação e dependem diretamente das condições meteorológicas.

• No VMC, são permitidos voos VFR e IFR.

• No IMC, apenas um voo IFR é permitido, o piloto deve ser qualificado para executar IFR e a aeronave deve ser certificada para IFR.

Relacionado:

• Desorientação espacial que pode levar a voar de cabeça para baixo sem saber. Treinamento relacionado .

Os pilotos que voam nas nuvens com conhecimento de causa estarão sob IFR (regras de voo por instrumentos) e terão contato com o controle de tráfego para se manterem longe de outros aviões. Se você acabar em uma nuvem por acidente, o procedimento padrão é girar 180 ° mantendo a mesma altura e continuar até sair da nuvem (ou transferir para IFR).

Um piloto em uma nuvem não ” confie no que ele vê do lado de fora e, em vez disso, olhe para seus instrumentos .

source wikipedia

Eles estão em ordem: exibição da velocidade do ar, horizonte artificial, exibição da altitude, coordenador de curva, direção ( bússola) e velocidade vertical.

Há outro layout para essas informações:

Com o mesmo layout, velocidade no ar à esquerda, horizonte no centro, altitude à direita e direção na parte inferior.

Estas são algumas respostas muito bem escritas e completas. Eu também gostaria de oferecer minha própria perspectiva e contexto sobre o assunto. Uma aeronave IFR moderna terá 2 conjuntos de instrumentos de vôo: (1) primários e (2) secundários, e estes são significativamente diferentes. Este é um ponto importante a não ser esquecido. É enfatizado no treinamento. Temos muita sorte com a tecnologia de hoje, e isso sempre não foi o caso.

Como um piloto da Marinha dos EUA, passamos horas em simuladores praticando procedimentos IFR, enquanto lidávamos com emergências. Quero enfatizar que esses voos foram projetados para nos ajudar a focar em 2 aspectos importantes: (1) voo nas nuvens ou outras condições de baixa visibilidade, enquanto (2) lidar com emergências com sucesso neste ambiente desafiador. Há alguns outros pontos mais importantes que gostaria de fazer.

Podemos não pensar nisso, mas pode-se voar VFR sem horizonte e, neste caso, um piloto está fazendo um pouco dos dois. Passei muito tempo voando sobre o Mediterrâneo. Principalmente durante os meses de verão, quando a neblina e o mar se fundem, permitindo que o horizonte desapareça. Lembro que isso é particularmente verdadeiro acima de 5.000 pés AGL. Durante esses meses, mesmo uma noite estrelada pode se tornar desorientadora. As luzes dos navios na água podiam aparecer como estrelas para o piloto, que então alterava onde o horizonte estava em sua mente.

Mesmo com nossos modernos sistemas de navegação IFR, o voo pode ser muito difícil. para alguém com muita experiência. Em uma dessas noites mediterrâneas descritas acima, o líder da seção ficou desorientado e começou uma espiral descendente lenta. Pode ser preciso muita disciplina para acreditar no que seus instrumentos estão dizendo, quando seu corpo está gritando algo mais em você. Às vezes, o corpo vence. Mesmo com seu ala instando-o a nivelar as asas, o piloto acabou voando para o mar.

Os simuladores nos ajudaram a praticar a confiar nos instrumentos e ao mesmo tempo, lidar com as distrações de várias emergências da cabine.O melhor simulador que tive foi bem planejado e executado pelo Mágico de Oz. Ele estava executando os controles do simulador. Tudo começou com uma leve oscilação do medidor de óleo na inicialização, entrou em deterioração do tempo no ar, com mais problemas no motor e uma falha elétrica parcial. Eventualmente, fui reduzido a usar instrumentos de pressão.

O sistema de navegação com o qual voei era chamado de Sistemas de Navegação Inercial (INS) e recebia informações de giroscópios que mantinham a orientação do eixo a partir de seu movimento rotacional. O indicador primário de atitude foi muito responsivo, sem nenhum lapso de tempo perceptível entre as mudanças na trajetória de vôo e a resposta do INS. Com um bom indicador primário de atitude e outros instrumentos não sensíveis à pressão, por ex. altímetro de radar, é relativamente fácil manter o vôo controlado. No entanto, se o INS falhasse, isso seria um jogo totalmente diferente.

Com uma falha do INS, ficamos com os instrumentos secundários. Este cluster era composto de um pequeno indicador de atitude de espera e os seguintes instrumentos de pressão: altímetro, indicador de velocidade vertical (VSI) e indicador de velocidade no ar. Finalmente, havia a agulha de giro e a bússola de reserva. Voar com instrumentos de pressão em condições IFR é muito desafiador por causa do atraso significativo entre o que os instrumentos estão exibindo e a trajetória de vôo real da aeronave. O VSI foi o mais sensível e o indicador de altitude o menos sensível. Alguém poderia facilmente se ver “perseguindo” suas agulhas em uma luta para controlar o feedback negativo.

Portanto, existem instrumentos de vôo primários e instrumentos de vôo secundários. Com a alta confiabilidade dos sistemas aviônicos de hoje, felizmente, não precisamos gastar muito tempo com instrumentos secundários.

No meio de os instrumentos são a grande atitude primária no indicador e, abaixo dela, a bússola. A bússola em espera é difícil de ver, mas fica logo acima da proteção contra reflexo no lado direito. Por volta das 7h00 às 20h00, diretamente à esquerda do indicador de atitude principal, está o indicador de atitude de espera. Acima dele está o indicador de velocidade / mach, o altímetro de pressão e, no topo, o altímetro de radar. Logo à esquerda daqueles instrumentos, e um pouco menor, você pode ver de cima para baixo, o indicador de ângulo de ataque, VSI e acelerômetro.

E então eu me encontrei em uma abordagem controlada por solo em meu campo de bingo, em instrumentos de voo secundários, com um motor vacilante, no mínimo. A cerca de 250 metros, o Mágico de Oz ordenou uma luz de advertência de incêndio, seguido logo em seguida por uma falha catastrófica do motor. p>

Na época, eu tinha um vizinho que havia sido piloto na Primeira Guerra Mundial. Estávamos sentados e eu contando a ele sobre o voo do simulador, brincando, reclamando de como ele falhou em meus instrumentos um por um , quando ele me parou com sua risada e disse: “Filho, quando nos encontramos em uma nuvem w voamos com uma das mãos segurando suavemente um lápis na frente do nosso rosto na cabine aberta e a outra segurando o manche. “

Comentários

• sobre o último parágrafo – parece essencialmente com o princípio observado aqui – wrightstories.com/wrights-develop-automatic-stabilizer

Nos relatos da aviação da Primeira Guerra Mundial, às vezes lemos sobre pilotos operando nas nuvens por longos períodos. É muito difícil pensar que isso era realmente possível com a instrumentação primitiva da época.

É muito difícil manter o controle de um avião ou planador na nuvem sem pelo menos um instrumento giroscópico para dar uma indicação de se a aeronave está nivelada com as asas ou inclinada. Lembre-se de que perder o controle é mais do que apenas uma questão de navegação – é muito fácil sobrecarregar uma aeronave e fazer com que ela se quebre ao entrar acidentalmente em uma curva acentuada ou mergulhar em uma nuvem.

Enquanto a maioria aviões modernos têm um instrumento de horizonte artificial (indicador de atitude), é possível manter o controle de uma aeronave na nuvem usando um indicador de taxa de curva e nenhum outro instrumento giroscópico. Em termos modernos, isso é chamado de ” painel parcial ” vôo.

O primeiro indicador giroscópico da taxa de giro foi criado em 1917. Charles Lindbergh voou em sua aeronave Ryan NYP ” Spirit of St. Louis ” através do Oceano Atlântico em 1927 e estava nas nuvens por longos períodos, com um indicador de taxa de rotação como seu único instrumento giroscópico. O Ryan NYP também tinha uma ” bússola indutora de terra “, que fornece desempenho superior em vôo para uma bússola magnética padrão.Jimmy Doolittle foi um dos pioneiros do vôo cego, fazendo o primeiro vôo completamente cego da decolagem à aterrissagem em 1929 .

Veleiro os pilotos costumam voar nas nuvens por longos períodos usando um indicador de taxa de curva como o único instrumento giroscópico. Existem algumas bússolas magnéticas especializadas projetadas para nuvens de painel parcial voando em planadores que reduziram a sucetibilidade aos erros bem conhecidos que as bússolas magnéticas mais convencionais sofrem em voos de curvas . Uma dessas bússolas é a bússola de Cook, que pode ser ajustada manualmente para corresponder ao ângulo de inclinação que o piloto pretende manter na curva. Outra bússola é a Bohli, cuja agulha foi projetada para existir em alinhamento tridimensional completo com o campo magnético da Terra, de modo que os erros de giro são quase completamente eliminados conforme o planador e a bússola giram livremente em torno da agulha. A bússola Bohli é projetada para fornecer as mesmas informações que um horizonte artificial (indicador de atitude), embora de uma maneira muito menos intuitiva de interpretar. Além disso, a falta de erros de curva permite que o piloto use as informações de rumo da bússola para faça ajustes sistemáticos em seus círculos térmicos para centralizar a melhor parte do elevador enquanto circula na nuvem.

Link para o pdf de ” Artigo da revista da Força Aérea ” sobre o voo cego pioneiro de Doolittle em 1929

Link para o manual da bússola Bohli em pdf

Imagem da bússola Bohli:

Conforme mencionado por outros participantes voar dentro e através das nuvens é considerado condições meteorológicas por instrumentos (IMC), ou seja, quando o vôo é realizado apenas por referência a instrumentos. O voo deve ser conduzido de acordo com as regras de voo por instrumentos (IFR). No espaço aéreo controlado, isso requer o preenchimento de um plano de vôo IFR e o recebimento de autorização do Controle de Tráfego Aéreo (ATC) para voar. Ao voar um plano de vôo IFR, você permanecerá em contato constante por rádio com as instalações do ATC enquanto estiver no ar em um espaço aéreo controlado para separação de tráfego.

Nuvens por si mesmas não são perigosas de voar, mas podem conter clima perigoso dentro como tempestades / cumulonimbus embutidos, gelo e turbulência. Às vezes, formas externas de nuvens, como cúmulos nimbos altos, indicam tempestades à frente ou altocúmulos lenticulares podem indicar turbulência severa dentro ou nas proximidades. É exigido por lei que um piloto obtenha um briefing sobre o tempo antes de um voo IFR para determinar as condições meteorológicas durante o trajeto e no ambiente do terminal para melhor preparar um plano de voo e se conscientizar dos riscos meteorológicos.

Enquanto o vôo pode ser feito através das nuvens com segurança, as aproximações e pousos podem não, com muito poucas exceções, como discutido anteriormente. As abordagens por instrumentos têm limites mínimos específicos e de visibilidade que devem ser observados. Se um piloto não puder ver o ambiente da pista que atende aos mínimos de visibilidade publicados no ponto de aproximação falhada ou altitude de decisão, ele deve abortar a tentativa de pouso e voar os procedimentos apropriados de aproximação falhada para aquela aproximação. Somente tripulações especialmente treinadas voando aeronaves especificamente equipadas em aeroportos equipados para lidar com pousos de piloto automático acoplado em procedimentos específicos de aproximação por instrumentos podem pousar em condições de visibilidade zero.