¿Los aviones modernos requieren la entrada del timón para realizar un giro coordinado?

Con los sistemas electrónicos de vanguardia de hoy en día en las aeronaves modernas, ¿las aeronaves equipadas con sistemas de piloto automático aún requieren la intervención del timón del piloto para mantener un giro coordinado?

Para el contexto, supongo que el piloto está volando manualmente la aeronave, por lo que el piloto automático debe estar al menos parcialmente desconectado para permitir que el piloto inicie manualmente y realice el giro a través del yugo / palanca, pero aún así hacer que el uso del timón sea innecesario u opcional. .

Por ejemplo, ¿necesitaría un piloto de F-16 aplicar el timón durante un giro? Si el caso militar no es lo suficientemente genérico, ¿qué tal un piloto de avión? ¿O un avión GA como el Cirrus SR22?

Respuestas (4)

La mayoría de los aviones de transporte utilizan sistemas de amortiguación de guiñada para encargarse de las entradas menores del timón. La mayoría de los sistemas de piloto automático son en realidad solo de 2 ejes: cabeceo y balanceo, ya que el trabajo del timón es solo mantener la cola alineada detrás de la nariz. El amortiguador de guiñada es un sistema separado de "piloto automático" y tiene autoridad limitada, suficiente para lidiar con perturbaciones menores de guiñada, amortiguar el balanceo holandés y contrarrestar la guiñada adversa de los alerones y está activo todo el tiempo, ya sea que el piloto automático esté encendido o no.

Con un sistema Y/D, la única vez que un piloto realmente necesita hacer una entrada de timón en vuelo es si un motor se apaga, porque la autoridad del amortiguador de guiñada no es suficiente para contrarrestar el empuje asimétrico. Generalmente en un avión, una vez que se pasa por el perfil de salida, los pies están en el suelo incluso cuando se vuela con las manos. Solo están en los pedales para dirigir la rueda de morro durante el despegue y estar listos en caso de que se apague un motor.

En un avión de ala en flecha, el amortiguador de guiñada es esencial; si el amortiguador de guiñada está desactivado y se producen perturbaciones de guiñada, pueden comenzar los movimientos de balanceo holandés y si el piloto intenta responder con entradas de timón, casi siempre no puede mantenerse en fase y las cosas se ponen emocionantes. Debido a esta criticidad, el Y/D suele ser de doble canal. Una de las pruebas realizadas en aviones de producción es inducir un gran movimiento de guiñada con ambos canales YD desactivados para activar un balanceo holandés, luego activar cada canal YD y asegurarse de que detenga el balanceo holandés.

Los amortiguadores de guiñada o cualquier sistema de aumento de la estabilidad, como los amortiguadores de cabeceo o los amortiguadores de guiñada, no tienen nada que ver con la coordinación de un giro, solo amortiguan o reducen las oscilaciones en ese eje de movimiento debido a las perturbaciones.
No. El sistema Y/D detecta resbalones o derrapes y opera el timón, dentro de un rango limitado, generalmente alrededor de 1/4 del recorrido total disponible, para eliminar resbalones o derrapes. Ya sea amortiguando las oscilaciones de guiñada de una perturbación o reaccionando a una guiñada adversa, es lo mismo. Al sistema Y/D no le importa QUÉ creó un resbalón o derrape, simplemente hace lo que tiene que hacer para centrar la bola/ladrillo. Si realiza un giro y el desplazamiento del alerón aparta un poco el morro del giro, el sistema Y/D detecta el deslizamiento lateral y mueve el timón para eliminar el deslizamiento. No es necesario tocar el timón.
Una pequeña excepción: los aviones Airbus son pilotos automáticos completos de 3 ejes. El control del timón tiene una función de coordinación de giro separada que alimenta el giro hacia adelante en el timón y, en FBW, una función de deslizamiento lateral para estabilizar automáticamente la aeronave durante la falla del motor. Una razón importante detrás de la complejidad es amortiguar los modos de flexión longitudinal del fuselaje, por lo que el avión puede ser más largo y menos rígido sin causar que todos en la parte trasera se mareen.
En realidad, a pesar de que el uso común es describirlo como un compensador de guiñada o deslizamiento lateral, no lo hace. Detecta la velocidad de guiñada y aplica el timón para oponerse a esa velocidad de guiñada. Es un sistema de aumento de la estabilidad de la velocidad de guiñada. Si establece un ángulo de deslizamiento lateral fijo y estable con el timón, el amortiguador de guiñada no se opondrá. Amortigua las oscilaciones de guiñada, no las de guiñada.
Sin una entrada de timón por parte del piloto, un amortiguador de guiñada actuará para oponerse a las oscilaciones de guiñada que llamamos balanceo holandés, pero si solo intenta rodar hacia un banco aplicando alerones, la guiñada adversa de los alerones no se opondrá a una guiñada. amortiguador Solo se contrarrestará la tasa de guiñada (mientras se establece el deslizamiento lateral). Una vez que se ha establecido el deslizamiento lateral, las entradas del amortiguador de guiñada desaparecen y el deslizamiento lateral permanecerá.
@CharlesBretana Uno de los 747 capitanes por aquí no está de acuerdo
@dasdingonesin, lo que cualquier sistema FBW hace para controlar las superficies en respuesta a los comandos del piloto es un proceso complejo y no relacionado con una discusión sobre un sistema independiente denominado amortiguador . En un sistema FBW, tanto el aumento de la estabilidad (en todos los ejes) como las entradas de control de vuelo para minimizar los efectos de la guiñada adversa pueden formar parte de los algoritmos generales de FBW. Pero esta sola palabra, ( amortiguar ), en el nombre de este sistema, debería decirle de qué se trata. Amortigua " *oscilaciones , no compensa una condición estática como deslizamiento lateral.
Ambos tienen razón. En el 747, el Y/D responde solo a la velocidad de guiñada (oscilaciones), a menos que los flaps estén bajados, en cuyo caso también coordina los giros.
@CharlesBretana No hay FBW en un 747-100/-200. ¿Leíste el comentario de Terry? Si lo entiendo correctamente, contradice directamente lo que tú y Peter están diciendo. Elijo creerle, como capitán (retirado), debería saber qué están haciendo sus controles de vuelo.
@dasdingonesin, aunque no sé nada sobre el 747, el comentario de Peter ciertamente suena correcto. El "sistema" denominado Yaw Dampener Y/D podría diseñarse muy fácilmente para incluir también funcionalidad para coordinar giros, pero eso, si existe, NO es amortiguación de guiñada. La amortiguación de guiñada es la que se opone a las oscilaciones , no al deslizamiento lateral, del mismo modo que podríamos agregar fácilmente una advertencia de entrada en pérdida a un sistema Fly By Wire. Pero la existencia de un sistema Fly by Wire con advertencia de entrada en pérdida no es prueba de que todos los sistemas FBW sean sistemas de advertencia de entrada en pérdida.
@JohnK Como mencionó Charles en su comentario anterior, YD no es la función apropiada para un giro coordinado. Se requiere una función de coordinación de giros y generalmente está "separada" de la función YD. El YD clásico usa la velocidad de guiñada como retroalimentación, lo que en realidad empeora la coordinación de giro.
@Jimmy, pero al final, el YD trabaja para eliminar la aceleración lateral y solo hace lo que tiene que hacer para mantener el ladrillo centrado. Cuando comencé a volar RJ, tuve que tomar la decisión consciente de poner los pies en el suelo y dejar de apretar el timón con el alerón cuando volaba con las manos. He volado con ambos canales YD apagados y hay una guiñada adversa notable; ninguno con YD encendido.
@JohnK El YD más robusto utiliza tanto la aceleración lateral como la tasa de guiñada como retroalimentación, por lo que tiene la capacidad de reducir la guiñada adversa una vez que aparece el derrape. Sin embargo, la coordinación de giros suele ser un avance diseñado para suprimir la guiñada adversa desde el principio para aumentar la capacidad de respuesta. Si la tasa de rotación es pequeña, YD puede hacer el trabajo; para una mayor velocidad de balanceo, la retroalimentación por sí sola probablemente sea inadecuada.
@Jimmy, sí, si realiza entradas rápidas, el YD se retrasará un poco, ya que no puede anticipar la entrada del alerón. El sistema está optimizado para la operación de piloto automático donde las entradas de balanceo son bastante suaves. Pero mi punto al final es que el YD se ocupa de cualquier guiñada adversa, retraso o no, y no usa el timón mientras vuela a menos que falle un motor, por lo que hay una función de coordinación de giro. De lo contrario, tendrías que usar tus pies para mantener el ladrillo centrado mientras maniobras.

En mi Cessna Cardinal, el timón está acoplado en cruz al yugo a través de una especie de sistema de resorte/cuerda elástica (no tengo el manual a mano), por lo que puedo volar sin pisar los pedales la mayor parte del tiempo. Eso es de un diseño de 1968, manteniendo los giros coordinados sin necesidad de piloto automático.

+1 y sí, soy consciente de eso, pero supongo que hay una buena razón para que algo no sea popular en la aviación, así que supongo que también hubo una razón por la que ese diseño realmente no despegó. Por eso dirigí mi pregunta hacia los sistemas de piloto automático.
@Mahdi Por definición, el diseño tenía que despegar... no es un avión si nunca despega. :)
¿Qué diseño? ¿El Cessna Cardinal, o el vuelo suave que ofrece el timón interconectado? Tal vez otros aviones equipados sin piloto automático ofrezcan algo similar.
@CrossRoads Estaba hablando del timón interconectado. He oído hablar de muy pocos diseños similares, pero debe haber una razón por la que no se adapta a la mayoría de los otros aviones.
@CrossRoads Por cierto, ¡no digo que sea una mala idea o que no funcionará! Solo estoy pensando que debe haber una razón por la que ese diseño no es muy popular, posiblemente algunos inconvenientes de complejidad de diseño adicionales.
No creo que puedas decir que no es popular sin escuchar a otros pilotos de GA.
También estaba el Ercoupe, que no tenía pedales en absoluto. Pero es cierto que por alguna razón el diseño nunca llegó a ser masivo. En lo personal, un avión en el que no pueda deslizarme lateralmente me incomodaría; y aunque supuestamente es imposible entrar en un trompo, me pondría nervioso.
¿En qué año fue tu Cardenal? Tenía un '68 y no tenía interconexión. ¿Qué es eso en el RG?
El mío es un FG del 73.
@CrossRoads Lo siento, quise decir 'popular' entre los fabricantes, en términos de diseño de interconexión. Creo que Richard Collins solía tener un Cardinal RG antes que su P210 y no tengo dudas de que tenía muchas razones para tener uno.
@Mahdi: Quizás la razón es que la mayoría de los pilotos privados aprenden a volar en aeronaves que no tienen tales sistemas, de modo que el uso del timón se vuelve natural. Si luego vas a un sistema que elimina el timón, tienes que pensarlo conscientemente. Creo que sería como si tratara de conducir un automóvil con transmisión automática: a menos que preste mucha atención, automáticamente trato de usar el embrague y, a menudo, termino pisando fuerte el freno.

La necesidad de timón para coordinar un giro depende directamente del ángulo de ataque (AOA). En ángulos de ataque positivos, el alerón hacia abajo está más en el viento relativo que el alerón hacia arriba (debido a que el ala frente al alerón queda en blanco). Un avión que está en cero AOA (como un caza descargado, en un arco balístico de gravedad cero) no requiere timón. Para evitar este problema, en los aviones modernos, como el F-15, por ejemplo, se utiliza un estabilizador diferencial para mitigar este problema. La palanca está mecanizada de modo que cuanto más atrás está, más se dirige cualquier movimiento lateral para generar una desviación asimétrica del estabilizador, en lugar de una desviación del alerón. Entonces, en un AOA alto (suponiendo que la posición de la palanca sea un indicador preciso de AOA), cuando el piloto mueve la palanca hacia un lado, los alerones se desvían muy poco o nada,

Las superficies de control de vuelo del F-16 están completamente controladas por computadora, por lo que las entradas del piloto se interpretan como comandos para el movimiento de la aeronave. Luego, la computadora determina, en función de todos los factores conocidos (AOA, velocidad aerodinámica, etc.), qué hacer con todas las superficies de control (incluidos los flaps de borde anterior y posterior) para que la estructura del avión se mueva de la manera comandada por las entradas de control de vuelo.

Nunca volé el F-16 (quizás alguien que lo haya hecho pueda aclararlo), pero supongo que no hay necesidad de presionar el pedal del timón en el F-16 para coordinar un giro, que la computadora determina automáticamente cuánto timón, o estabilizador diferencial, debe desviarse para coordinar la velocidad de balanceo solicitada.

En este podcast alrededor de las 0:57, el piloto del F-16 dice que el 90% de una misión no usará el timón, vuela coordinado sin entrada.
Un corolario interesante de esto es que al principio del despliegue operativo del F-16, se perdió un avión debido a algo llamado Inertial Roll-Coupling. La práctica común en el entrenamiento aire-aire cuando los adversarios estaban en diferentes frecuencias (como en un ejercicio mayor tipo bandera roja) para reconocer que estaba al tanto de un ataque de un adversario, era realizar un movimiento rápido de ala, balanceo la aeronave avanza y retrocede rápidamente a través de una amplia gama de ángulos de alabeo. Aparentemente, los ingenieros no incluyeron este escenario en los algoritmos de FBW y, como resultado, se perdió un avión en Nellis.

Una vez pasé un par de horas volando un simulador 737 de movimiento completo con un instructor de ese tipo. Mi experiencia de vuelo anterior comprendía en su totalidad una hora a los controles de un Cessna 180 (solo crucero) y cientos de horas de Microsoft Flight Simulator con solo un joystick, así que estaba muy emocionado de demostrar que sabía, en teoría, lo que es un vuelo coordinado. el turno es. El primer vuelo nos colocó en una situación que requería un giro decisivo para entrar correctamente en el patrón de tráfico. Al estar algo abrumado (volar a mano un 737 en un simulador real es un salto bastante grande desde una computadora de escritorio), por supuesto, olvidé por completo que tenía pedales de timón hasta la mitad del giro. En el momento en que rocé uno con el pie, el instructor dijo, y lo recuerdo exactamente, "vaya, ¡solo usamos esos si queremos enfermar a todos los pasajeros!" Continuamos la sesión de aproximaciones de vuelo manual en todo tipo de clima en todo tipo de lugares. Nunca más necesité tocar los pedales del timón.

Todos los jets Boeing modernos tienen la capacidad de usar sus sistemas de amortiguación de guiñada para coordinar los giros (aunque la coordinación de giros no es físicamente lo mismo que la amortiguación de guiñada). Los detalles de la implementación dependen del modelo. Por ejemplo, los 747 coordinan los giros solo con los flaps hacia abajo, mientras que los 777 y los C-17 siempre lo hacen.

Boeing también tiene una filosofía de diseño conocida como el " criterio de mansedumbre ", que se remonta al programa 707. Esta regla requiere un diseño aerodinámico que permita mantener el control con solo los alerones en condiciones de empuje asimétrico, hasta e incluyendo un motor apagado. (Existen restricciones más específicas que varían entre los modelos). El timón no se puede usar en absoluto para cumplir con el requisito, ni siquiera con el piloto automático. Si bien es posible que un giro en esta condición no esté estrictamente "coordinado", el diseño de los grandes jets tiene en cuenta un giro exitoso sin timón.

¿Los aviones modernos requieren la entrada del timón para realizar un giro coordinado?
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