Los sistemas de protección y advertencia de entrada en pérdida en prácticamente todas las aeronaves funcionan mediante el uso de varias paletas con bisagras en el costado del fuselaje (generalmente al menos tres, y preferiblemente más), que se alinean con el flujo de aire sobre la superficie de la aeronave y, por lo tanto, proporcionan una medición del ángulo de ataque actual de la aeronave. Luego, las computadoras de la aeronave comparan el ángulo de ataque de la aeronave con un valor precargado ligeramente por debajo del ángulo de pérdida normal de la aeronave; si el ángulo de ataque es menor que este valor de umbral, no sucede nada, mientras que, si el ángulo de ataque es mayor que el umbral, las computadoras hacen sonar la advertencia de pérdida auditiva y activan el stickshaker. 1
Estos sistemas, aunque mecánicamente simples, tienen la gran desventaja de que en realidad no detectan por sí mismos una pérdida inminente o real; en su lugar, detectan cuando la aeronave se acerca a su ángulo de pérdida habitual y suponen que el ángulo de pérdida habitual también resulta ser el ángulo de pérdida actual . Lo cual está muy bien, si su avión tiene alas invulnerables sin dispositivos de gran sustentación que son mágicamente inmunes a cosas como el hielo y la acumulación de insectos, pero la mayoría de los aviones tienen alas que
Los sistemas de advertencia de entrada en pérdida en las aeronaves más nuevas intentan tener esto en cuenta, de modo que el umbral de advertencia de entrada en pérdida de una aeronave puede establecerse en (digamos) 25º cuando está limpia, 45º con las aletas extendidas y 5º si se detecta formación de hielo. Sin embargo, aunque el ángulo de pérdida limpio de la aeronave se mide fácilmente durante las pruebas de vuelo, al igual que el ángulo de pérdida con varias configuraciones de dispositivos de gran sustentación, el ángulo de pérdida de un ala congelada, con insectos o dañada no puede determinarse significativamente de esta manera, ya que depende de la cantidad precisa, forma, textura, etc., del hielo/insectos/daños, que tienen un número casi infinito de configuraciones posibles; como tal, el umbral en condiciones de formación de hielo es principalmente una conjetura, y fácilmente podría ser mucho más bajo o mucho más alto que el ángulo de pérdida real de un ala helada en particular, y la mayoría de los sistemas de advertencia de pérdida ni siquiera lo intentan .para tener en cuenta las manchas de insectos o daños en las alas. Para empeorar las cosas, la formación de hielo, los insectos y los daños rara vez son simétricos entre las dos alas, por lo que un ala fácilmente podría terminar con un ángulo de pérdida considerablemente más alto que la otra; un sistema de advertencia de entrada en pérdida basado en el ángulo no proporcionará ninguna indicación de esto.
Sin embargo, es posible detectar directamente una pérdida inminente o real. A medida que el ángulo de ataque de una aeronave se aproxima a cualquiera que sea su ángulo de pérdida en ese momento en particular, el flujo de aire sobre la superficie superior del ala comienza a separarse del ala; esta separación de flujo comienza en el borde de fuga, y la región de flujo separado se extiende hacia delante a medida que la aeronave se acerca cada vez más a la pérdida, hasta que, cuando la aeronave finalmente entra en pérdida, la separación de flujo cubre casi toda la superficie superior del ala. Esta separación de flujo, y la poderosa turbulencia asociada, pueden detectarse fácilmente mediante un sensor de presión y/o sonido en la parte superior del ala, y esta tecnología estuvo disponible por primera vez hace más de un cuarto de siglo; para citar a la NTSB :
Hay una nueva tecnología disponible que puede detectar la separación del flujo de aire en superficies aerodinámicas. Un nuevo sistema mide la presión en el flujo de aire sobre la superficie superior del ala con una sonda ubicada en aproximadamente el 70 por ciento de la cuerda (varía según el avión), dentro de los alerones. Se ha demostrado que el sistema detecta eficazmente la turbulencia en la superficie superior del ala asociada con la separación del flujo de aire, tanto en vuelo como durante el despegue, una vez que el avión ha acelerado al menos a 50 nudos. Según un documento técnico de la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE), 77 pruebas de desarrollo encontraron que:
Los sistemas de advertencia de entrada en pérdida convencionales, que utilizan un sensor AOA montado en el fuselaje, no miden la condición de entrada en pérdida real en el ala. La clave para determinar una parada temprana debido a la presencia de contaminación es medir el flujo directamente en la superficie de elevación. Los cambios de velocidad locales en una región por encima de la superficie superior del ala proporcionan una indicación constante de una pérdida aerodinámica que se aproxima, incluso cuando hay contaminación presente. Este método de advertencia de entrada en pérdida también ofrece nuevos niveles de seguridad durante la recuperación de cizalladura del viento de bajo nivel y el monitoreo del rendimiento de despegue.
ATR había establecido un programa de prueba que evaluaba la efectividad de este dispositivo antes de este accidente. El sistema se probó en un ATR 72 en enero de 1994; y se probó en ATR-42-500 en diciembre de 1994. Además de aviones ATR, se han realizado pruebas con el dispositivo de detección montado en un Cessna 421 (clase de cabina bimotor de pistón), un Sabreliner de la NASA (avión de negocios) y un Fokker 100 (avión de pasajeros). Además, se realizaron pruebas en túnel de viento con diversas cantidades de rugosidad superficial y formas de hielo en varios diseños de superficies aerodinámicas.
Un segundo tipo nuevo de sistema de detección de separación del flujo de aire mide el cambio en el sonido (amplitud y frecuencia) del flujo de aire sobre la superficie de una superficie aerodinámica. Este sistema no había sido probado en vuelo antes de este accidente, pero las pruebas posteriores en el túnel de viento en el Centro de Investigación Lewis de la NASA mostraron una confiabilidad constante en la detección de la separación del flujo de aire.
77 Documento técnico SAE 922010, Stall Warning Using Contamination Detection Aerodynamics, por Paul Catlin, BF Goodrich Aerospace Avionics Systems, presentado en Aerotech '92, octubre de 1992.
(Páginas 156-157 [informe en papel]/174-175 [informe en PDF].)
Sin embargo, a pesar de que los sistemas que detectan directamente una entrada en pérdida o una entrada en pérdida inminente han estado disponibles durante décadas, y dichos sistemas son capaces de detectar una entrada en pérdida de manera confiable sin importar cuál sea el ángulo de entrada en pérdida de la aeronave de 2 ( que un sistema basado en paletas nunca podría siquiera acercarse hacer), la abrumadora mayoría de las aeronaves (incluso los grandes aviones comerciales en los que una entrada en pérdida sería lo más potencialmente catastrófico) todavía utilizan paletas de ángulo de ataque como base de sus sistemas de detección y advertencia de entrada en pérdida, en lugar de utilizar sistemas basados en en detectores de separación de flujo de aire.
¿Por qué?
1 : Las aeronaves con cola en T tienen un stickpusher y un stickshaker, debido al riesgo de que la aeronave entre en una entrada en pérdida profunda de difícil recuperación si se ignora la advertencia de entrada en pérdida; el stickpusher se activa en un ángulo de ataque algo más alto que la advertencia sonora y el stickshaker.
2 : O, para el caso, si la aeronave no sabe en qué ángulo de ataque está volando (y, por lo tanto, ni siquiera puede comenzar a determinar dónde se encuentra en relación con el umbral), por ejemplo, porque no No sé qué tan rápido va .
La respuesta corta es que queremos advertir a los pilotos sobre una entrada en pérdida inminente mucho antes de una condición de entrada en pérdida real. Desde el punto de vista de la seguridad, esperar hasta que el flujo de aire comience a separarse o al comienzo de los golpes, ya es demasiado tarde.
Al usar AOA podemos establecer un umbral muy conservador. Este umbral de AOA se puede ajustar teniendo en cuenta muchos factores, como la configuración de flaps/slats, la velocidad aerodinámica (número de mach), etc.
Por naturaleza, los sensores que funcionan detectando la separación del flujo de aire no se pueden utilizar para proporcionar esta alerta temprana.
Para ampliar el punto de Peekay, la conclusión es que esperar a que ocurra una separación real del flujo es esperar demasiado tarde para un sistema de advertencia de entrada en pérdida, excepto en aeronaves con un comportamiento de entrada en pérdida extremadamente leve y benigno. Para las aeronaves que tienen un comportamiento de entrada en pérdida muy benigno, ya tiene un sistema de detección de separación de flujo, conocido como sacudida previa a la entrada en pérdida (puede llevar esto al extremo en un planeador 1-26, que tiene una entrada en pérdida agradablemente progresiva con un poderoso estremecimiento). sacudida en su inicio, justo por debajo de la velocidad mínima de descenso. Haces una térmica de 1-26 justo en el borde de la sacudida, estremeciéndose y retumbando a tu alrededor).
Pero para muchas aeronaves, simplemente no desea acercarse o llegar a entrar en pérdida AOA en primer lugar (las aeronaves con empujadores de palanca los tienen porque la pérdida en sí es potencialmente fatal, y el empujador es una última oportunidad para evitarlo) y confiar en la detección de la separación del flujo no sirve de nada. Tienes que tener margen, y eso significa que tienes que tener AOA.
Y no solo AOA en aeronaves complejas. Las computadoras de protección contra bloqueo usan el AOA como una de varias entradas de datos. Las tasas de desaceleración de la aeronave y otros factores se incluyen en el cálculo de una solución que establece la parte superior del poste de barbero y establece los puntos de disparo del agitador y el empujador (si están instalados) con un margen adecuado para una condición de vuelo particular.
Hay muy buenas razones para tener medidores AOA además de la advertencia de entrada en pérdida, por lo que ya están ahí. ¿Probablemente un elemento de querer mantener los sistemas simples?
Para la mayoría de las operaciones, los indicadores AOA son excelentes. Para casos como formación de hielo, es de esperar que sepa que hay formación de hielo y que está volando con margen. Con un ala congelada, la advertencia de entrada en pérdida puede llegar demasiado tarde. Aún así, no me quejaría si tuviera un verdadero sensor de pérdida.
Si la FAA los requiriera, entonces los veríamos. Así que probablemente haya un gran elemento de política en todo esto tanto como un elemento de ingeniería.
sdenham
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Vikki