En aviación , un sistema de instrumentos de vuelo electrónico ( EFIS ) es un sistema de visualización de instrumentos de vuelo en una cabina de avión que muestra datos de vuelo electrónicamente en lugar de electromecánicamente. Un EFIS normalmente consta de una pantalla de vuelo principal (PFD), una pantalla multifunción (MFD) y una pantalla del sistema de indicación del motor y alerta de la tripulación (EICAS). Los primeros modelos de EFIS usaban pantallas de tubo de rayos catódicos (CRT), pero ahora son más comunes las pantallas de cristal líquido (LCD). El indicador de director de actitud electromecánico complejo (ADI) y el indicador de situación horizontal (HSI) fueron los primeros candidatos para ser reemplazados por EFIS. Ahora, sin embargo, pocos instrumentos de la cabina de vuelo no pueden ser reemplazados por una pantalla electrónica.
En la cabina de vuelo, las unidades de visualización son las partes más obvias de un sistema EFIS y son las características que dan lugar al término cabina de cristal . La unidad de visualización que reemplaza al horizonte artificial se denomina pantalla de vuelo principal (PFD). Si una pantalla separada reemplaza al HSI, se denomina pantalla de navegación. La PFD muestra toda la información crítica para el vuelo, incluida la velocidad aerodinámica calibrada , la altitud, el rumbo, la actitud, la velocidad vertical y la guiñada. La PFD está diseñada para mejorar la conciencia situacional de un piloto al integrar esta información en una sola pantalla en lugar de seis instrumentos analógicos diferentes, lo que reduce la cantidad de tiempo necesario para monitorear los instrumentos. Los PFD también aumentan la conciencia situacional al alertar a la tripulación sobre condiciones inusuales o potencialmente peligrosas (por ejemplo, baja velocidad aerodinámica, alta tasa de descenso) al cambiar el color o la forma de la pantalla o al proporcionar alertas de audio.
Algunos fabricantes utilizan los nombres Indicador electrónico de dirección de actitud e Indicador electrónico de situación horizontal. [1] Sin embargo, un ADI simulado es solo la pieza central del PFD. La información adicional se superpone y se organiza alrededor de este gráfico.
Las pantallas multifunción pueden hacer innecesaria la pantalla de navegación independiente. Otra opción es utilizar una pantalla grande para mostrar tanto el PFD como la pantalla de navegación.
El PFD y la pantalla de navegación (y la pantalla multifunción, si está instalada) suelen ser físicamente idénticos. La información mostrada está determinada por las interfaces del sistema donde están instaladas las unidades de visualización. De este modo, la conservación de las piezas de repuesto se simplifica: la unidad de visualización puede instalarse en cualquier posición.
Las unidades LCD generan menos calor que los CRT, lo que supone una ventaja en un panel de instrumentos congestionado. También son más ligeras y ocupan menos espacio.
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La pantalla multifunción (MFD) muestra información meteorológica y de navegación de varios sistemas. Las MFD suelen estar diseñadas como "centradas en los mapas", donde la tripulación puede superponer información diferente sobre un mapa o un mapa. Algunos ejemplos de información superpuesta en la MFD incluyen el plan de ruta actual de la aeronave, información meteorológica del radar de a bordo o de los sensores de detección de rayos o sensores terrestres, por ejemplo, NEXRAD, espacio aéreo restringido y tráfico aéreo. La MFD también se puede utilizar para ver otro tipo de datos que no sean superpuestos (por ejemplo, el plan de ruta actual) y datos superpuestos calculados, por ejemplo, el radio de planeo de la aeronave, la ubicación actual sobre el terreno, los vientos y la velocidad y altitud de la aeronave.
Los MFD también pueden mostrar información sobre los sistemas de la aeronave, como los sistemas de combustible y eléctricos (consulte EICAS, a continuación). Al igual que con el PFD, el MFD puede cambiar el color o la forma de los datos para alertar a la tripulación sobre situaciones peligrosas.
El sistema EICAS (Engine Indications and Crew Alerting System) muestra información sobre los sistemas de la aeronave, incluidos los sistemas de combustible, eléctrico y de propulsión (motores). Las pantallas EICAS suelen estar diseñadas para imitar los indicadores circulares tradicionales y, al mismo tiempo, proporcionar lecturas digitales de los parámetros.
El EICAS mejora el conocimiento de la situación al permitir que la tripulación vea información compleja en un formato gráfico y también alerta a la tripulación sobre situaciones inusuales o peligrosas. Por ejemplo, si un motor comienza a perder presión de aceite, el EICAS puede emitir una alerta, cambiar la pantalla a la página con la información del sistema de aceite y resaltar los datos de baja presión de aceite con un recuadro rojo. A diferencia de los indicadores redondos tradicionales, se pueden configurar muchos niveles de advertencias y alarmas. Se debe tener el cuidado adecuado al diseñar el EICAS para garantizar que la tripulación siempre reciba la información más importante y no esté sobrecargada con advertencias o alarmas.
ECAM es un sistema similar utilizado por Airbus, que además de proporcionar funciones EICAS también recomienda medidas correctivas.
EFIS proporciona a los pilotos controles que seleccionan el rango y el modo de visualización (por ejemplo, mapa o rosa de los vientos) e ingresan datos (como el rumbo seleccionado).
Mientras que otros equipos utilizan entradas del piloto, los buses de datos transmiten las selecciones del piloto de modo que el piloto solo necesita ingresar la selección una vez. Por ejemplo, el piloto selecciona la altitud de nivelación deseada en una unidad de control. El EFIS repite esta altitud seleccionada en el PFD y, al compararla con la altitud real (de la computadora de datos aéreos), genera una pantalla de error de altitud. Esta misma selección de altitud es utilizada por el sistema de control de vuelo automático para nivelar y por el sistema de alerta de altitud para proporcionar las advertencias apropiadas.
La pantalla visual EFIS es generada por el generador de símbolos. Este recibe entradas de datos del piloto, señales de sensores y selecciones de formato EFIS realizadas por el piloto. El generador de símbolos puede tener otros nombres, como computadora de procesamiento de pantalla, unidad electrónica de pantalla, etc.
El generador de símbolos hace más que generar símbolos. Tiene (al menos) funciones de monitorización, un generador de gráficos y un controlador de pantalla. [2] Las entradas de los sensores y controles llegan a través de buses de datos y se comprueba su validez. Se realizan los cálculos necesarios y el generador de gráficos y el controlador de pantalla producen las entradas para las unidades de visualización.
Al igual que los ordenadores personales, los sistemas de instrumentos de vuelo necesitan instalaciones de autoprueba de encendido y automonitoreo continuo. Sin embargo, los sistemas de instrumentos de vuelo necesitan capacidades de monitoreo adicionales:
Las pantallas tradicionales (electromecánicas) están equipadas con mecanismos de sincronización que transmiten el cabeceo, balanceo y rumbo que muestran los instrumentos del capitán y del primer oficial a un comparador de instrumentos. El comparador advierte de diferencias excesivas entre las pantallas del capitán y del primer oficial. Incluso un fallo tan lejano [3] como, por ejemplo, un atasco en el mecanismo de balanceo de un ADI activa una advertencia del comparador. De este modo, el comparador de instrumentos proporciona tanto un control del comparador como un control de la pantalla.
Con EFIS, la función de comparación es sencilla: ¿Los datos de alabeo (ángulo de inclinación) del sensor 1 son los mismos que los datos de alabeo del sensor 2? Si no es así, se muestra un mensaje de advertencia (como CHECK ROLL ) en ambos PFD. Los monitores de comparación dan advertencias sobre las indicaciones de velocidad aerodinámica, cabeceo, alabeo y altitud. Los sistemas EFIS más avanzados tienen más monitores comparadores.
En esta técnica, cada generador de símbolos contiene dos canales de monitorización de pantalla. Un canal, el interno, muestrea la salida de su propio generador de símbolos a la unidad de pantalla y calcula, por ejemplo, qué actitud de alabeo debería producir esa indicación. Esta actitud de alabeo calculada se compara luego con la actitud de alabeo ingresada al generador de símbolos desde el INS o AHRS . Cualquier diferencia probablemente haya sido introducida por un procesamiento defectuoso y activa una advertencia en la pantalla correspondiente.
El canal de control externo realiza la misma comprobación en el generador de símbolos del otro lado de la cabina de mando: el generador de símbolos del capitán comprueba el del primer oficial, el del primer oficial comprueba el del capitán. El generador de símbolos que detecte un fallo mostrará una advertencia en su propia pantalla.
El canal de monitoreo externo también verifica que las entradas de los sensores (al generador de símbolos) sean razonables. Una entrada falsa, como una altura de radio mayor que el máximo del radioaltímetro, genera una advertencia.
En las distintas etapas de un vuelo, el piloto necesita distintas combinaciones de datos. Lo ideal es que la aviónica solo muestre los datos en uso, pero debe haber un instrumento electromecánico a la vista en todo momento. Para mejorar la claridad de la pantalla, los ADI y los HSI utilizan mecanismos complejos para eliminar temporalmente las indicaciones superfluas, por ejemplo, eliminando la escala de la pendiente de planeo cuando el piloto no la necesita.
En condiciones normales, un EFIS podría no mostrar algunas indicaciones, por ejemplo, la vibración del motor. Solo cuando algún parámetro excede sus límites, el sistema muestra la lectura. De manera similar, el EFIS está programado para mostrar la escala y el puntero de la senda de planeo solo durante una aproximación ILS .
En caso de que falle la entrada, un instrumento electromecánico añade otro indicador: normalmente, una barra que cubre los datos erróneos. El EFIS, por otro lado, elimina los datos no válidos de la pantalla y los sustituye por una advertencia adecuada.
El modo de despeje se activa automáticamente cuando las circunstancias requieren que el piloto preste atención a un elemento específico. Por ejemplo, si el avión se inclina hacia arriba o hacia abajo más allá de un límite especificado (normalmente de 30 a 60 grados), el indicador de actitud elimina otros elementos de la vista hasta que el piloto lleve la inclinación a un nivel aceptable. Esto ayuda al piloto a centrarse en las tareas más importantes.
Los instrumentos tradicionales llevan mucho tiempo utilizando el color, pero carecen de la capacidad de cambiar de color para indicar algún cambio en la condición. La tecnología de visualización electrónica de EFIS no tiene esa restricción y utiliza el color ampliamente. Por ejemplo, cuando una aeronave se aproxima a la senda de planeo, una leyenda azul puede indicar que la senda de planeo está activada, y la captura puede cambiar el color a verde. Los sistemas EFIS típicos codifican por colores las agujas de navegación para reflejar el tipo de navegación. Las agujas verdes indican navegación terrestre, como VOR, localizadores y sistemas ILS. Las agujas magenta indican navegación GPS.
El sistema EFIS ofrece versatilidad al evitar algunas limitaciones físicas de los instrumentos tradicionales. El piloto puede cambiar la misma pantalla que muestra un indicador de desviación del rumbo para mostrar la ruta planificada proporcionada por un sistema de navegación de área o de gestión de vuelo. Los pilotos pueden optar por superponer la imagen del radar meteorológico sobre la ruta mostrada.
La flexibilidad que ofrecen las modificaciones de software minimiza los costos de respuesta a nuevas regulaciones y equipos de aeronaves. Las actualizaciones de software pueden actualizar un sistema EFIS para ampliar sus capacidades. Las actualizaciones introducidas en la década de 1990 incluyeron el sistema de advertencia de proximidad al suelo y el sistema de prevención de colisiones de tráfico .
Incluso con la sencilla instalación de dos pantallas del EFIS se puede lograr cierto grado de redundancia. Si el PFD falla, la conmutación de transferencia reubica su información vital en la pantalla que normalmente ocupa la pantalla de navegación.
A finales de la década de 1980, el EFIS se convirtió en equipo estándar en la mayoría de los aviones de pasajeros Boeing y Airbus , y muchos aviones comerciales adoptaron el EFIS en la década de 1990.
Los recientes avances en potencia informática y las reducciones en el coste de las pantallas de cristal líquido y los sensores de navegación (como el GPS y el sistema de referencia de actitud y rumbo ) han llevado el EFIS a las aeronaves de aviación general . Ejemplos notables son el Garmin G1000 y el EFIS-SV de Chelton Flight Systems .
Varios fabricantes de EFIS se han centrado en el mercado de aeronaves experimentales , produciendo sistemas EFIS y EICAS por tan solo US$ 1.000-2.000. El bajo costo es posible debido a las pronunciadas caídas en el precio de los sensores y pantallas, y el equipo para aeronaves experimentales no requiere una costosa certificación de la Administración Federal de Aviación . Este último punto restringe su uso a aeronaves experimentales y ciertas otras categorías de aeronaves, dependiendo de las regulaciones locales. Los sistemas EFIS no certificados también se encuentran en aeronaves deportivas ligeras , incluidas las aeronaves construidas en fábrica, ultraligeras y microligeras. Estos sistemas se pueden instalar en aeronaves certificadas en algunos casos como sistemas secundarios o de respaldo dependiendo de las reglas de aviación locales.