El indicador de actitud ( AI ), 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 más mínimo cambio de orientación. El avión en miniatura y la barra del horizonte imitan la relación del avión con respecto al horizonte real. [1] [2] Es un instrumento principal para el vuelo en condiciones meteorológicas instrumentales . [3] [4]
La actitud siempre se presenta a los usuarios en grados de unidad (°). Sin embargo, el funcionamiento interno, como sensores, datos y cálculos, puede 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, en la navegación celeste se utilizaban horizontes artificiales . Las propuestas de este tipo de dispositivos basados en giroscopios o peonzas se remontan a la década de 1740. [5] Las implementaciones posteriores, también conocidas como horizontes de burbujas , se basaron en niveles de burbujas y se adjuntaron a un sextante . [6] En la década de 2010, se recuperaron restos de un horizonte artificial que utilizaba mercurio líquido de los restos del HMS Erebus . [7]
Los componentes esenciales de la IA incluyen un avión en miniatura simbólico montado de manera que parezca volar en relación con el horizonte. Una perilla de ajuste, para tener en cuenta la línea de visión del piloto, mueve el avión hacia arriba y hacia abajo para alinearlo 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 alabeo en la parte superior muestra el ángulo de alabeo del avión. 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 tiene el color de un instrumento occidental, pero se mueve hacia arriba y hacia abajo sólo para indicar el tono. Un símbolo que representa la aeronave (que está fijo en un instrumento occidental) gira hacia la izquierda o hacia la derecha para indicar el ángulo de inclinación. [8] Una versión híbrida propuesta de los sistemas occidental y ruso sería más intuitiva, pero nunca ha tenido éxito. [9]
El corazón de la IA es un giroscopio que gira a alta 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, accionado 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 según el principio de Bernoulli . El giroscopio está montado en un cardán doble, lo que permite que la aeronave cabecee y gire mientras el giroscopio permanece verticalmente erguido. Un mecanismo automontable, accionado por la gravedad, contrarresta cualquier precesión debida a la fricción de los rodamientos . Es posible que el mecanismo de montaje tarde unos minutos en llevar los giroscopios a una posición vertical después de encender el motor del avión por primera vez. [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 cabeceo o inclinación durante períodos prolongados de aceleración, desaceleración, giros o debido a que la tierra se curva debajo del avión en viajes largos. Para empezar, suelen tener un poco más de peso en la parte inferior, de modo que cuando el avión esté apoyado en el suelo quedarán nivelados y, por lo tanto, estarán nivelados cuando arranquen. Pero una vez que se ponen en marcha, ese peso colgante en la parte inferior no los nivelará si están fuera de nivel, sino que su atracción hará que el giroscopio precese . Para permitir que el giroscopio se oriente muy lentamente en la dirección de la gravedad mientras está en funcionamiento, el típico giroscopio accionado por vacío tiene pequeños péndulos en la carcasa del rotor que cubren parcialmente los orificios de aire. Cuando el giroscopio está fuera de nivel con respecto a la dirección de la gravedad, los péndulos oscilarán en la dirección de la gravedad y descubrirán o cubrirán los orificios, de modo que se permita o se impida que el aire salga disparado de los orificios y, por lo tanto, 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]
Las IA más antiguas estaban limitadas en la cantidad de cabeceo o balanceo que tolerarían. Exceder estos límites haría que el giroscopio cayera cuando la carcasa del giroscopio entrara en contacto con los cardanes, provocando una fuerza de precesión. Para evitar esto, se requirió un mecanismo de jaula para bloquear el giroscopio si el cabeceo excedía los 60° y el balanceo excedía los 100°. Las IA modernas no tienen esta limitación y, por lo tanto, no requieren un mecanismo de jaula. [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 izquierda o derecha), cabeceo (nariz arriba o abajo), balanceo y órbita en relación con un punto fijo. marco de referencia inercial espacial desde una unidad de medida inercial (IMU). [13] El FDAI se puede configurar para utilizar posiciones conocidas en relación con 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 se pueden compartir con múltiples dispositivos en la aeronave, como pantallas de vuelo primarias ( PFD ) de " cabina de vidrio " . En lugar de utilizar un giroscopio giratorio, los AHRS modernos utilizan electrónica de estado sólido , sensores inerciales de bajo coste , giroscopios de velocidad y magnetómetros . [2] : 8–20 [1] : 5–22
Con la mayoría de los sistemas AHRS, si las IA de una aeronave fallan, habrá una IA de reserva ubicada en el centro del panel de instrumentos, donde también están disponibles otros instrumentos básicos de reserva, como el indicador de velocidad del aire y el altímetro. Estos instrumentos de reserva, en su mayoría mecánicos, pueden permanecer disponibles incluso si los instrumentos de vuelo electrónicos fallan, aunque el indicador de actitud de reserva puede funcionar eléctricamente y, después de un corto tiempo, fallará si falla su energía eléctrica. [dieciséis]
El indicador de actitud y dirección (ADI), o indicador de director de vuelo (FDI), es una IA integrada con un sistema de director 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 pista de trayectoria de vuelo en 3-D para mantener la ruta deseada. El taco toma la forma de barras de dirección en V. La aeronave está representada por un símbolo delta y el piloto vuela la aeronave de modo que el símbolo delta se coloque dentro de las barras de dirección en V. [1] : 5–23, 5–24
