¿Cuál es la diferencia entre el piloto automático y el sistema fly-by-wire?

Un piloto automático puede volar la aeronave en función de los modos seleccionados por el piloto. Por lo tanto, el piloto automático reduce la carga de trabajo del piloto al reemplazar las entradas manuales a través del yugo o la palanca lateral. Un sistema fly-by-wire (FBW) es un tipo de sistema de control donde las conexiones mecánicas entre los controles de vuelo y las superficies de control se reemplazan por conexiones eléctricas. Por lo general, también hay una computadora involucrada que puede ajustar o restringir las señales enviadas a las superficies de control.

Para responder a sus preguntas específicas:

Escuché que el sistema FBW de Airbus anula los comandos del piloto la mayor parte del tiempo.

El sistema FBW de Airbus está activo todo el tiempo, pero no anula la entrada del piloto la mayor parte del tiempo. Solo anulará la entrada del piloto, si dicha entrada sacaría a la aeronave de su envolvente de vuelo nominal. Por lo tanto, el sistema FBW proporciona protecciones de envolvente de vuelo . Sin embargo, estas protecciones no están activas en todas las leyes de control (consulte la respuesta del conductor del autobús ).

¿Esto implica que la aeronave está controlada por un sistema FBW? ¿Qué pasa con el piloto automático?

La aeronave es controlada por el piloto o piloto automático a través del sistema FBW. El piloto o piloto automático (computadora A/P) envía su entrada eléctricamente a las computadoras de control de vuelo (F/CTL), que luego activan las superficies de control según la ley de control actual:

^{( Airbus A320 FCOM - Controles de vuelo - Descripción)}

Dado que las entradas tanto del piloto como del piloto automático pasan por las computadoras de control de vuelo, estas computadoras aún brindan todas las protecciones de la envolvente de vuelo, incluso si el piloto automático está activo.

Cuando la aeronave se encuentra con ráfagas repentinas, ¿contribuye el piloto automático a estabilizar la aeronave?

Todas las aeronaves de categoría transporte deben ser estática y dinámicamente estables, incluso si el piloto automático está apagado. Sin embargo, el sistema FBW puede ayudar a lograr la estabilidad (por ejemplo, en la amortiguación de guiñada, consulte esta respuesta ).

Si se refiere a mantener un rumbo y una altitud constantes en condiciones de ráfagas, eso debe hacerlo el piloto o el piloto automático.

¿Qué sistema controla la aeronave y ofrece maniobras sin preocupaciones?

El control lo tiene el piloto o el piloto automático (nunca ambos: si la palanca lateral o los pedales del timón se mueven más allá de cierto umbral, el piloto automático se desconectará). No estoy muy seguro de lo que quiere decir con "maniobras sin preocupaciones", pero todas las protecciones de la envolvente de vuelo y otras asistencias (como, por ejemplo, mantener automáticamente la altitud al inclinarse, consulte esta respuesta ) son proporcionadas por las computadoras FBW.

¿Qué sistema asegura que la aeronave permanecerá segura y estable en cada punto?

Siempre que las protecciones de la envolvente de vuelo estén activas (según la ley de control), el FBW se asegurará de que la aeronave permanezca segura. En las leyes de control degradado (especialmente en la ley directa), el piloto sigue siendo responsable de mantener la aeronave segura y estable.

Sin embargo, al piloto automático realmente no le importa la seguridad: si le dice al piloto automático que ascienda a 6000 pies/min a altitud de crucero, lo intentará felizmente, pero las protecciones de la envolvente de vuelo se activarán antes de que la velocidad baje demasiado y el puestos de estacionamiento de aeronaves.

El sistema fly-by-wire elimina el vínculo físico entre los controles de la cabina y las superficies de control de vuelo. Para hacer esto, debe haber algún tipo de regla sobre cómo se interpreta y convierte la entrada del piloto en el movimiento de la superficie de control. Esto se llama una ley de control.

En los aviones Airbus existen tres tipos diferentes de leyes de control. "Derecho normal", "Derecho alternativo" y "Derecho directo". En la ley normal, las entradas de la palanca lateral se interpretan como demanda de carga G y tasa de balanceo. En ley directa existe una relación directa entre la posición de la palanca lateral y la desviación de la superficie de control. En la ley normal también existe la protección de la envolvente de vuelo, en la ley directa no hay protección alguna. Aún así, todos son fly-by-wire. He volado varios aviones diferentes durante muchos años, y ni una sola vez tuve un mal funcionamiento que hubiera degradado la ley de control de la "ley normal" ni una sola vez el sistema fly-by-wire restringió mi entrada de control manual.

La protección de la envolvente de vuelo está ahí para hacer exactamente lo que su nombre indica: no le permitirá entrar en pérdida o sobrecargar la estructura. Si se mantiene dentro de los límites diseñados, obtendrá el máximo rendimiento que la aeronave tiene para ofrecer. Aún más, si necesita el máximo rendimiento disponible por cualquier motivo, como evitar repentinamente la cima de una montaña, puede retirar la palanca lateral y dejar que la computadora haga su magia sin temor a sobrecargar la estructura del avión.

El piloto automático está ahí para controlar la ruta de vuelo preprogramada, es decir. mantener la altitud, virar y mantener el rumbo especificado o seguir el plan de vuelo.

La diferencia es que, por ejemplo, si una ráfaga repentina hace que la aeronave ascienda, por ejemplo, 100 pies, el piloto automático volverá a la altitud preasignada. Si está volando en la misma ruta de vuelo con control manual, la misma ráfaga lo dejará en la nueva altitud y se requiere una intervención del piloto para volver a la ruta de vuelo deseada.

Si falla el piloto automático, el vuelo se puede operar con control manual con todas las ventajas disponibles. Por otra parte, si las computadoras de control críticas fallan, es posible que, además de la ley de control degradada, el piloto automático tampoco esté funcionando. El piloto automático impulsa las superficies de control a través de las mismas computadoras que el piloto.

*Hay más y mezclas de diferentes modos pero este es el concepto básico

Ya ha recibido una serie de excelentes respuestas, y solo quiero agregar algo muy breve y directo, con respecto a la pregunta que plantea en su título:

¿Cuál es la diferencia entre el piloto automático y el sistema fly-by-wire?

El piloto automático se refiere a quién está a cargo de las entradas de control de vuelo , Fly-by-wire se refiere a cómo las entradas de control de vuelo se traducen en salidas de control . El piloto automático realiza sus propias entradas, FBW traduce las entradas que obtiene de otra persona (ya sea el piloto o el piloto automático) en salidas.

Sin FBW, normalmente hay alguna forma de enlace mecánico directo entre las entradas de control de vuelo (horquilla, pedales, palancas) y las salidas de control (superficies de control aerodinámico, aceleradores, etc.) Con FBW, hay algún tipo de soporte electrónico o informático involucrado . El caso extremo es que no existe ningún vínculo directo: un sensor en el yugo mide el ángulo y envía un comando a un motor en el ascensor, por ejemplo.

FBW no realiza entradas de control por sí solo, solo convierte las entradas de control en salidas de control.

El piloto automático realiza sus propias entradas de control. Esto no requiere ningún FBW en absoluto. Hay pilotos automáticos que simplemente tiran de los mismos cables que el piloto. Aunque no es así como funciona normalmente, puede pensar en ello de la siguiente manera: no importa cuán simple y mecánico sea su avión, en el peor de los casos, el piloto automático siempre podría consistir simplemente en un conjunto de motores que hacen exactamente lo que usted haría. hacer: incluso podría tener un piloto automático para un ala delta que cambia algunos pesos en cuerdas. O, ya sabes, esto .

f En resumen

Una forma muy sencilla de entender la diferencia entre el piloto automático y el fly-by-wire es compararlos con un coche autónomo y su sistema antideslizante.

Una forma más aeronáutica es ver cómo se controla realmente un motor de turbina: el piloto da sus órdenes usando un acelerador, pero las órdenes son anuladas por el FADEC en el motor, que en realidad administra los controles del motor. Incluso cuando el acelerador automático está activado y las órdenes provienen de una computadora en lugar de un piloto, el FADEC aún las intercepta. En ambos casos:

• La computadora del automóvil autónomo y el acelerador automático son funciones de piloto automático.
• El antideslizante y FADEC son funciones FBW.

Viven sus vidas independientemente uno del otro, exactamente como el piloto automático y las computadoras FBW de las superficies de control viven independientemente el uno del otro.

El piloto automático es un piloto.

El piloto automático, o computadora de vuelo, es comparable a un sustituto de las entradas manuales del piloto. Lo que la computadora de vuelo podría hacer mediante entradas manuales. Sin embargo, ¿por qué enviaría órdenes manuales para volar en un patrón de espera si una computadora puede hacerlo automáticamente, administrando el viento, la velocidad, los límites del ángulo de inclinación, etc., por sí mismo?

Para Airbus el piloto automático es el Sistema de Guía de Gestión de Vuelo (FMGS) .

Flight-by-wire es un elaborado sistema antideslizante

En mi opinión, FBW es una muy mala elección para el concepto que cubre, ya que introduce la idea de que hay cables y componentes electrónicos entre la mano o el pie del piloto y el actuador de la superficie de control.

En realidad, hay cables y dispositivos electrónicos, pero los cables no son un requisito, esto podría ser un enlace mecánico asistido por dispositivos electrónicos. Y, de hecho, en el Airbus FBW hay tanto cables como conexiones mecánicas.

El objetivo de un sistema FBW es que las órdenes recibidas, independientemente de si provienen del piloto o de la computadora de vuelo, son "gestionadas" por una computadora de control de vuelo. En la aviónica de Airbus, la tripulación y el FMGS (piloto automático) envían comandos a computadoras redundantes:

• 2x ELAC (computadora de alerón elevador) para elevadores/THS y alerones,
• 3x SEC (computadora de elevador de spoilers) para elevadores/THS y spoilers,
• 2x FAC (computadora de aumento de vuelo) para timón,

^{Fly-by-wire de Airbus, Fuente}

Las computadoras envían comandos a los actuadores. ELAC, SEC y FAC no tienen nada que ver con el FMGS, la computadora utilizada para las funciones de piloto automático. Las entradas de FGMS son visibles arriba a nivel de ELAC y FAC.

Para simplificar: FBW es como un sistema antideslizante. Los frenos de un automóvil pueden recibir una orden que es demasiado fuerte y se sabe que conduce en ciertas condiciones a patinar y una fuerza de frenado menos eficiente que una orden más suave. La computadora de freno (antideslizante) anulará las entradas del conductor y traducirá la orden original en un comando de freno más eficiente.

La computadora puede reaccionar muy rápidamente y analizar el frenado real para modular el comando. El papel de este sistema antideslizante es independiente de cómo se envió el pedido, por un humano o una computadora.

Las computadoras FBW son los sistemas antideslizantes que se utilizan para controlar el timón, los elevadores, los alerones y otras superficies de control. Mantienen la aeronave en su envolvente de vuelo, es decir, en el dominio en el que puede volar con seguridad y eficiencia, y donde las superficies de control están operativas (por ejemplo, si la velocidad aerodinámica es demasiado baja en los alerones, se detendrán, la envolvente de vuelo actos de protección para prevenir tal posibilidad).

Leyes FBW

La forma en que funciona FBW se basa en que ELAC y FAC estén operativos y reciban entradas de muchos sensores, como ADIRU (datos aéreos y referencia inercial). Si una de estas computadoras falla o carece de entradas, sus roles se redistribuyen de manera degradada y, si nada funciona, el control vuelve al piloto. Esta "desautomatización" progresiva se realiza cambiando las "leyes de vuelo". Las leyes degradadas son:

• Derecho alternativo (dos niveles: Con y sin protecciones reducidas),
• Derecho directo (sin protección),
• Mecánica (conexión mecánica entre controles y superficies de control).

^{Leyes de control de vuelo de Airbus, fuente}

Consulte ¿Se muestra una degradación de la ley de control en aviones Airbus en el ECAM? para más.

Respuestas a tus preguntas

1. Sí, la mayor parte del tiempo el piloto automático (Airbus FMGS) está activo y, por lo tanto, envía órdenes a las superficies de control para volar de acuerdo con una ruta predeterminada. Gestiona los errores de seguimiento.

2. Sí, las computadoras de control de vuelo (Airbus ELAC, FAC, SEC) siempre anulan las entradas del piloto. Esto sigue siendo cierto cuando el FMGS realmente pilotea la aeronave. (Esto es comparable a las órdenes de los conductores de automóviles siempre anuladas por el antideslizante, incluso cuando una computadora conduce un automóvil autónomo).

3. En caso de que las computadoras de control de vuelo fallen parcial o totalmente, se utilizan algunas formas degradadas de anular las entradas del piloto, para continuar protegiendo la envolvente de vuelo tanto como sea posible. En última instancia, algunas funciones se devuelven por completo a los pilotos: este es el paso de enlace mecánico. En ese caso, un piloto puede controlar manualmente el timón y los elevadores.

Tenga en cuenta que un eje (cabeceo, balanceo, guiñada) puede estar bajo alguna ley y otro bajo otra ley. Por lo tanto, es incorrecto decir que una aeronave está sujeta a una ley alternativa en la mayoría de los casos.

La pregunta parece basarse, al menos en parte, en la premisa de que el "piloto automático" y el "vuelo por cable" son sistemas computarizados electrónicos mágicos. Si bien eso es cierto con el Airbus moderno (y creo que algunos, pero no todos los modelos recientes de Boeing), no siempre es así, particularmente con aviones más pequeños.

El piloto automático, de alguna manera, existe desde hace más de 100 años. Mientras que los pilotos automáticos modernos pueden tomar una serie de waypoints y otras direcciones y "hacerlo todo", incluso aterrizar el avión, los pilotos automáticos más básicos manejan algunas métricas clave (por ejemplo, velocidad, altitud, ángulo de inclinación lateral) y ajustan los motores y las superficies de control para mantener el avión en pista. Pueden realizar las funciones básicas sin ninguna computadora digital utilizando enlaces mecánicos e hidráulicos entre los controles establecidos por el piloto y las superficies de control y los motores.

Fly-by-wire realmente tiene dos componentes principales, en mi comprensión limitada. Utiliza conexiones electrónicas a través de cables (espero que no controle sus ascensores a través de WiFi desde una tableta en la cabina) en lugar de enlaces mecánicos e hidráulicos, lo que permite ahorrar peso (lo que significa menos combustible y/o más carga) y algunas otras ventajas físicas. Esto técnicamente no necesita ninguna computadora: un simple interruptor de atenuación podría (en teoría) configurarse para controlar alguna parte remota de un avión a través de un par de cables sin computadoras (ni siquiera un microcontrolador) involucradas.

También incluye (en todas las implementaciones actuales que conozco, pero no soy un experto) una computadora en el medio que interpreta las entradas para controlar las salidas, lo que permite incluir protección de envolvente y otras características (como muy bien explicado en otras respuestas). podrías _tienen fly-by-wire que es simplemente una traducción de enlaces mecánicos/hidráulicos en conexiones eléctricas. Pero una vez que ya está haciendo eso (lo que requiere nuevos diseños y certificación), tiene sentido incluir la computadora y todas las funciones de seguridad y eficiencia que puede proporcionar. Eso no tiene tanto sentido en un avión pequeño debido al costo relativamente fijo de agregar la computadora (en realidad múltiples computadoras para redundancia), pero en un avión pequeño los enlaces mecánicos e hidráulicos no son tan importantes.

Una comparación de automóviles es el control de crucero. El control de crucero existe desde hace más de 100 años en los automóviles, y aún más en los trenes, mucho antes de que existieran las computadoras digitales. Por otro lado, mientras que la mayoría de los autos todavía no son fly-by-wire (tienen enlaces mecánicos/hidráulicos entre el volante y los pedales y el motor, las ruedas y los frenos, pero con asistencia eléctrica, como lo han hecho los aviones durante mucho tiempo). tiempo), el control de crucero generalmente está computarizado ahora al menos hasta cierto punto.