El indicador de actitud ( IA ), anteriormente conocido como horizonte giroscópico u horizonte artificial , es un instrumento de vuelo que informa al piloto de la orientación de la aeronave con respecto al horizonte de la Tierra y da una indicación inmediata del cambio de orientación más pequeño. La miniatura de la aeronave y la barra del horizonte imitan la relación de la aeronave con respecto al horizonte real. [1] [2] Es un instrumento primario para el vuelo en condiciones meteorológicas instrumentales . [3] [4]
La actitud siempre se presenta a los usuarios en la unidad de grados (°). Sin embargo, los mecanismos internos, como sensores, datos y cálculos, pueden utilizar una combinación de grados y radianes , ya que los científicos e ingenieros pueden preferir trabajar con radianes.
Antes de la llegada de la aviación, los horizontes artificiales se utilizaban en la navegación astronómica . Las propuestas de tales dispositivos basados en giroscopios, o peonzas, se remontan a la década de 1740, [5] incluido el trabajo de John Serson . Las implementaciones posteriores, también conocidas como horizontes de burbuja , se basaban en niveles de burbuja y se conectaban a un sextante . [6] En la década de 2010, se recuperaron restos de un horizonte artificial utilizando mercurio líquido del naufragio del HMS Erebus . [7]
Los componentes esenciales de la IA incluyen una aeronave en miniatura simbólica montada de manera que parezca estar volando en relación con el horizonte. Una perilla de ajuste, para tener en cuenta la línea de visión del piloto, mueve la aeronave hacia arriba y hacia abajo para alinearla con la barra del horizonte. La mitad superior del instrumento es azul para representar el cielo, mientras que la mitad inferior es marrón para representar el suelo. El índice de inclinación en la parte superior muestra el ángulo de inclinación de la aeronave. Las líneas de referencia en el medio indican el grado de inclinación, hacia arriba o hacia abajo, en relación con el horizonte. [2] [1]
La mayoría de los aviones construidos en Rusia tienen un diseño algo diferente. La pantalla de fondo está coloreada como en un instrumento occidental, pero se mueve hacia arriba y hacia abajo solo para indicar el cabeceo. Un símbolo que representa al avión (que está fijo en un instrumento occidental) gira hacia la izquierda o hacia la derecha para indicar el ángulo de inclinación. [8] Se propone una versión híbrida de los sistemas ruso y occidental que sería más intuitiva, pero nunca se ha puesto en práctica. [9]
El corazón del sistema de inteligencia artificial es un giroscopio que gira a gran velocidad, ya sea mediante un motor eléctrico o mediante la acción de una corriente de aire que empuja las paletas del rotor colocadas a lo largo de su periferia. La corriente de aire es proporcionada por un sistema de vacío, impulsado por una bomba de vacío o un venturi. El aire que pasa por la parte más estrecha de un venturi tiene una presión de aire más baja gracias al principio de Bernoulli . El giroscopio está montado en un cardán doble, que permite que la aeronave cabecee y se balancee mientras el giroscopio se mantiene verticalmente. Un mecanismo de autoerección, accionado por la gravedad, contrarresta cualquier precesión debida a la fricción de los cojinetes . El mecanismo de erección puede tardar unos minutos en llevar los giroscopios a una posición vertical después de que se encienda por primera vez el motor de la aeronave. [2] [1] [10]
Los indicadores de actitud tienen mecanismos que mantienen el instrumento nivelado con respecto a la dirección de la gravedad. [11] El instrumento puede desarrollar pequeños errores, en el cabeceo o ladeo durante períodos prolongados de aceleración, desaceleración, giros o debido a la curvatura de la tierra debajo del avión en viajes largos. Para empezar, a menudo tienen un poco más de peso en la parte inferior, de modo que cuando el avión descansa sobre el suelo se mantendrá nivelado y, por lo tanto, estará nivelado cuando se ponga en marcha. Pero una vez que se pone en marcha, ese peso pendular en la parte inferior no los nivelará si están desnivelados, sino que su atracción hará que el giroscopio precese . Para permitir que el giroscopio se oriente muy lentamente a la dirección de la gravedad mientras está en funcionamiento, el giroscopio típico propulsado por vacío tiene pequeños péndulos en la carcasa del rotor que cubren parcialmente los orificios de aire. Cuando el giroscopio está desnivelado respecto de la dirección de la gravedad, los péndulos oscilarán en la dirección de la gravedad y descubrirán o cubrirán los agujeros, de modo que se permita o impida que el aire salga de los agujeros y, de ese modo, se aplique una pequeña fuerza para orientar el giroscopio hacia la dirección de la gravedad. Los giroscopios eléctricos pueden tener diferentes mecanismos para lograr un efecto similar. [12]
Los IA más antiguos tenían limitaciones en cuanto a la cantidad de cabeceo o alabeo que podían tolerar. Si se superaban estos límites, el giroscopio se tambaleaba cuando la carcasa del giroscopio entraba en contacto con los cardanes, lo que provocaba una fuerza de precesión. Para evitarlo, era necesario un mecanismo de bloqueo que bloqueara el giroscopio si el cabeceo superaba los 60° y el alabeo los 100°. Los IA modernos no tienen esta limitación y, por lo tanto, no requieren un mecanismo de bloqueo. [2] [1]
Los indicadores de actitud también se utilizan en naves espaciales tripuladas y se denominan Indicadores de Actitud del Director de Vuelo (FDAI), donde indican el ángulo de guiñada de la nave (nariz a la izquierda o a la derecha), el cabeceo (nariz hacia arriba o hacia abajo), el balanceo y la órbita en relación con un marco de referencia inercial de espacio fijo desde una Unidad de Medición Inercial (IMU). [13] El FDAI se puede configurar para utilizar posiciones conocidas relativas a la Tierra o las estrellas, de modo que los ingenieros, científicos y astronautas puedan comunicar la posición relativa, la actitud y la órbita de la nave. [14] [15]
Los sistemas de referencia de actitud y rumbo (AHRS) pueden proporcionar información de tres ejes basada en giroscopios láser de anillo , que pueden compartirse con múltiples dispositivos en la aeronave, como las pantallas de vuelo primarias ( PFD ) de " cabina de cristal " . En lugar de utilizar un giroscopio giratorio, los AHRS modernos utilizan electrónica de estado sólido , sensores inerciales de bajo costo , giroscopios de velocidad y magnetómetros . [2] : 8–20 [1] : 5–22
En la mayoría de los sistemas AHRS, si fallan los instrumentos de vuelo de una aeronave, habrá un instrumento de vuelo de reserva ubicado en el centro del panel de instrumentos, donde también están disponibles otros instrumentos básicos de reserva, como el indicador de velocidad aerodinámica y el altímetro. Estos instrumentos de reserva, en su mayoría mecánicos, pueden permanecer disponibles incluso si fallan los instrumentos de vuelo electrónicos, aunque el indicador de actitud de reserva puede funcionar eléctricamente y, después de un corto tiempo, fallará si falla su energía eléctrica. [16]
El indicador de dirección de actitud (ADI), o indicador de dirección de vuelo (FDI), es una IA integrada con un sistema de dirección de vuelo (FDS). El ADI incorpora una computadora que recibe información del sistema de navegación, como el AHRS, y procesa esta información para proporcionar al piloto una señal de trayectoria de vuelo en 3D para mantener la ruta deseada. La señal toma la forma de barras de dirección en forma de V. La aeronave está representada por un símbolo delta y el piloto vuela la aeronave de manera que el símbolo delta se coloque dentro de las barras de dirección en forma de V. [1] : 5–23, 5–24
