La protección de la envolvente de vuelo es una extensión de la interfaz hombre-máquina del sistema de control de una aeronave que evita que el piloto de una aeronave realice comandos de control que obligarían a la aeronave a exceder sus límites operativos estructurales y aerodinámicos. [1] [2] [3] Se utiliza de alguna forma en todos los aviones comerciales modernos de vuelo por cable . [4] La ventaja declarada de los sistemas de protección de la envolvente de vuelo es que restringen las excesivas entradas de control del piloto, ya sea en reacción sorpresa a emergencias o de otro modo, para que no se traduzcan en movimientos excesivos de la superficie de control de vuelo . En teoría, esto permite a los pilotos reaccionar rápidamente ante una emergencia y al mismo tiempo mitigar el efecto de una entrada de control excesiva resultante de un "sobresalto", al limitar electrónicamente los movimientos excesivos de la superficie de control que podrían sobrecargar la estructura del avión y poner en peligro la seguridad de la aeronave. [5] [6]
En la práctica, estas limitaciones a veces han dado lugar a errores de factores humanos no deseados y a sus propios accidentes.
Las aeronaves tienen una envolvente de vuelo que describe sus límites de desempeño seguro con respecto a aspectos tales como velocidades operativas mínimas y máximas y su resistencia estructural operativa. [1] [2] [3] La protección de la envolvente de vuelo calcula esa envolvente de vuelo (y agrega un margen de seguridad) y utiliza esta información para evitar que los pilotos realicen entradas de control que pondrían a la aeronave fuera de esa envolvente de vuelo. [5] La interferencia del sistema de protección de la envolvente de vuelo con las órdenes del piloto puede ocurrir de dos maneras diferentes (que también pueden combinarse):
Por ejemplo, si el piloto utiliza la palanca lateral trasera para inclinar el avión hacia arriba, las computadoras de control que crean la protección de la envolvente de vuelo pueden evitar que el piloto incline el avión más allá del ángulo de ataque de pérdida :
Si bien la mayoría de los diseñadores de aviones modernos de vuelo por cable se apegan a cualquiera de estas dos soluciones ('control con palanca lateral y sin retroalimentación' o 'control y retroalimentación convencional', ver también más abajo), también existen enfoques en la ciencia para combinar ambas. de ellos: como lo demostró un estudio, la retroalimentación de fuerza aplicada a la palanca lateral de un avión controlado mediante velocidad de alabeo y carga g (como, por ejemplo, un avión Airbus moderno) puede usarse para aumentar la adherencia a una envolvente de vuelo segura y así reducir el riesgo de que los pilotos entren en estados peligrosos de vuelos fuera de las fronteras operativas manteniendo al mismo tiempo la autoridad final de los pilotos y aumentando su conciencia de la situación . [7]
El Airbus A320 fue el primer avión comercial en incorporar protección completa de la envolvente de vuelo en su software de control de vuelo. Esto fue impulsado por el ex vicepresidente senior de ingeniería de Airbus, Bernard Ziegler . En el Airbus, la protección de la envolvente de vuelo no se puede anular por completo, aunque la tripulación puede volar más allá de los límites de la envolvente de vuelo seleccionando una "ley de control" alternativa. [4] [8] [9] [10] Boeing adoptó un enfoque diferente con el 777 al permitir que la tripulación anulara los límites de la envolvente de vuelo mediante el uso de fuerza excesiva en los controles de vuelo. [4] [11]
Una objeción planteada contra la protección de la envolvente de vuelo es el incidente que le ocurrió al vuelo 006 de China Airlines, un Boeing 747SP-09 , al noroeste de San Francisco en 1985. [5] En este incidente de vuelo, la tripulación se vio obligada a esforzarse demasiado (y dañar estructuralmente) las superficies horizontales de la cola para recuperarse de un balanceo y una inmersión casi vertical. (Esto se debió a una desconexión automática del piloto automático y al manejo incorrecto de una guiñada provocada por un apagado del motor). El piloto recuperó el control cuando quedaban unos 10.000 pies de altitud (de su crucero original a gran altitud). Para ello, el piloto tuvo que tirar del avión con un peso estimado de 5,5 G, o más del doble de sus límites de diseño. [5] Si la aeronave hubiera incorporado un sistema de protección de la envolvente de vuelo, esta maniobra excesiva no se podría haber realizado, reduciendo en gran medida las posibilidades de recuperación.
A esta objeción, Airbus respondió que un A320 en la situación del vuelo 006 "nunca se habría caído del aire: la protección de la envoltura lo habría mantenido automáticamente en vuelo nivelado a pesar de la resistencia de un motor calado". ". [5]
En abril de 1995, el vuelo 705 de FedEx, un McDonnell Douglas DC-10-30 , fue secuestrado por un ingeniero de vuelo de FedEx que, ante un despido, intentó secuestrar el avión y estrellarlo contra la sede de FedEx para que su familia pudiera cobrar su seguro de vida. política. Después de ser atacada y gravemente herida, la tripulación del vuelo pudo defenderse y aterrizar el avión de forma segura. Para mantener al atacante desequilibrado y fuera de la cabina, la tripulación tuvo que realizar maniobras extremas, incluido un giro de barril y una inmersión tan rápida que el avión no pudo medir su velocidad .
Si la tripulación no hubiera podido exceder la envolvente de vuelo del avión, es posible que no hubiera tenido éxito [ cita requerida ] .
El vuelo 587 de American Airlines, un Airbus A300 , se estrelló en noviembre de 2001, cuando el estabilizador vertical se rompió debido a movimientos excesivos del timón por parte del piloto.
Un sistema de protección de la envolvente de vuelo podría haber evitado este accidente, aunque aún se puede argumentar que se debería proporcionar un botón de anulación para contingencias cuando los pilotos sean conscientes de la necesidad de exceder los límites normales.
El vuelo 1549 de US Airways, un Airbus A320 , sufrió un fallo de doble motor después de un choque con un pájaro y posteriormente aterrizó sano y salvo en el río Hudson en enero de 2009. El informe del accidente de la NTSB [12] menciona el efecto de la protección de la envolvente de vuelo: "La velocidad del avión en los últimos 150 pies del descenso fueron lo suficientemente bajos como para activar el modo de protección alfa de las características de protección de envolvente de vuelo por cable del avión... Debido a estas características, el avión no pudo alcanzar el ángulo máximo de ataque (AoA) alcanzable en la ley normal de cabeceo para el peso y la configuración del avión; sin embargo, el avión sí proporcionó el máximo rendimiento para el peso y la configuración en ese momento...
Las protecciones de la envolvente de vuelo permitieron al capitán tirar completamente hacia atrás de la palanca lateral sin riesgo de que el avión entrara en pérdida".
Qantas 72 sufrió una caída no controlada debido a datos erróneos de una de sus computadoras ADIRU .
El vuelo 447 de Air France, un Airbus A330 , entró en una pérdida aerodinámica de la que no se recuperó y se estrelló en el Océano Atlántico en junio de 2009, matando a todos a bordo. La inconsistencia temporal entre las velocidades medidas, probablemente como resultado de la obstrucción de los tubos Pitot por cristales de hielo, provocó la desconexión del piloto automático y su reconfiguración a una ley alternativa; Una segunda consecuencia de la reconfiguración de la ley alternativa fue que la protección de los puestos ya no funcionaba.
La tripulación realizó entradas de control inapropiadas que provocaron que la aeronave entrara en pérdida y no reconoció que la aeronave se había perdido.
En octubre de 2018 y nuevamente en marzo de 2019, la activación errónea del sistema de protección de vuelo MCAS empujó a dos aviones Boeing 737 MAX a sumergirse irrecuperablemente, matando a 346 personas y provocando la inmovilización mundial del avión.