Un sistema de gestión de vuelo ( FMS ) es un componente fundamental de la aviónica de un avión de pasajeros moderno . Un FMS es un sistema informático especializado que automatiza una amplia variedad de tareas en vuelo, reduciendo la carga de trabajo de la tripulación de vuelo hasta el punto de que los aviones civiles modernos ya no llevan ingenieros de vuelo o navegantes . Una función principal es la gestión en vuelo del plan de vuelo. Utilizando varios sensores (como GPS e INS a menudo respaldados por navegación por radio ) para determinar la posición de la aeronave, el FMS puede guiar a la aeronave a lo largo del plan de vuelo. Desde la cabina, el FMS normalmente se controla a través de una unidad de visualización de control (CDU) que incorpora una pequeña pantalla y un teclado o pantalla táctil. El FMS envía el plan de vuelo para su visualización al sistema electrónico de instrumentos de vuelo (EFIS), la pantalla de navegación (ND) o la pantalla multifunción (MFD). El FMS se puede resumir como un sistema dual que consta de la computadora de gestión de vuelo (FMC) , la CDU y un bus de diafonía.
El FMS moderno se introdujo en el Boeing 767 , aunque ya existían ordenadores de navegación anteriores. [1] En la actualidad, existen sistemas similares al FMS en aviones tan pequeños como el Cessna 182. En su evolución, un FMS ha tenido muchos tamaños, capacidades y controles diferentes. Sin embargo, ciertas características son comunes a todos los FMS.
Todos los FMS contienen una base de datos de navegación. La base de datos de navegación contiene los elementos a partir de los cuales se construye el plan de vuelo. Estos se definen mediante el estándar ARINC 424. La base de datos de navegación (NDB) normalmente se actualiza cada 28 días, para garantizar que su contenido esté actualizado. Cada FMS contiene solo un subconjunto de los datos ARINC/ AIRAC , relevantes para las capacidades del FMS.
El NDB contiene toda la información necesaria para construir un plan de vuelo, que consta de:
Los pilotos también pueden definir puntos de referencia a lo largo de la ruta o por referencia a otros puntos de referencia con la entrada de un lugar en forma de punto de referencia (por ejemplo, un VOR, NDB, ILS, aeropuerto o punto de referencia/intersección).
El plan de vuelo generalmente se determina en tierra, antes de la salida, por el piloto en el caso de aeronaves más pequeñas o por un despachador profesional en el caso de aeronaves de línea. Se ingresa en el FMS ya sea escribiéndolo, seleccionándolo de una biblioteca guardada de rutas comunes (rutas de la compañía) o a través de un enlace de datos ACARS con el centro de despacho de la aerolínea.
Durante el prevuelo, se introduce otra información relevante para gestionar el plan de vuelo. Esto puede incluir información de rendimiento como peso bruto, peso del combustible y centro de gravedad. Incluirá altitudes, incluida la altitud de crucero inicial. Para aeronaves que no tienen GPS , también se requiere la posición inicial.
El piloto utiliza el FMS para modificar el plan de vuelo durante el vuelo por diversas razones. Un diseño de ingeniería significativo minimiza las pulsaciones de teclas para minimizar la carga de trabajo del piloto durante el vuelo y eliminar cualquier información confusa (Información Peligrosamente Engañosa). El FMS también envía la información del plan de vuelo para que se muestre en la Pantalla de Navegación (ND) del Sistema Electrónico de Instrumentos de Vuelo ( EFIS ) de los instrumentos de la cabina de mando. El plan de vuelo generalmente aparece como una línea magenta, con otros aeropuertos, ayudas de radio y puntos de referencia mostrados.
Algunos FMS pueden calcular planes de vuelo especiales, a menudo para requisitos tácticos, como patrones de búsqueda, puntos de encuentro, órbitas de aviones cisterna de reabastecimiento en vuelo y puntos de liberación aérea calculados (CARP) para saltos en paracaídas precisos.
Una vez en vuelo, una de las principales tareas del FMS es obtener una posición fija , es decir, determinar la posición de la aeronave y la precisión de dicha posición. Los FMS simples utilizan un solo sensor, generalmente GPS, para determinar la posición. Pero los FMS modernos utilizan tantos sensores como pueden, como VOR, para determinar y validar su posición exacta. Algunos FMS utilizan un filtro Kalman para integrar las posiciones de los diversos sensores en una única posición. Los sensores más comunes incluyen:
El FMS verifica constantemente los distintos sensores y determina la posición y la precisión de una aeronave. La precisión se describe como el Rendimiento de Navegación Real (ANP), un círculo dentro del cual la aeronave puede estar en cualquier lugar, medido como el diámetro en millas náuticas. El espacio aéreo moderno tiene un rendimiento de navegación requerido (RNP) establecido. La aeronave debe tener su ANP menor que su RNP para poder operar en ciertos espacios aéreos de alto nivel.
Teniendo en cuenta el plan de vuelo y la posición de la aeronave, el FMS calcula el rumbo a seguir. El piloto puede seguir este rumbo manualmente (como si se tratara de un radial VOR) o puede programarse el piloto automático para que siga el rumbo.
El modo FMS normalmente se denomina LNAV o Navegación lateral para el plan de vuelo lateral y VNAV o Navegación vertical para el plan de vuelo vertical. VNAV proporciona objetivos de velocidad y cabeceo o altitud y LNAV proporciona comandos de dirección de balanceo al piloto automático.
Los aviones sofisticados, generalmente aviones de pasajeros como el Airbus A320 o el Boeing 737 y otros aviones con motor turbofán, tienen un sistema de navegación vertical ( VNAV ) de rendimiento completo. El propósito de VNAV es predecir y optimizar la trayectoria vertical. La guía incluye el control del eje de cabeceo y el control del acelerador.
El FMS debe contar con un modelo de vuelo y de motor completo para disponer de los datos necesarios para ello. La función puede crear una trayectoria vertical prevista a lo largo del plan de vuelo lateral utilizando esta información. El fabricante de la aeronave suele ser la única fuente de este modelo de vuelo completo.
El perfil vertical lo construye el FMS durante el prevuelo. Junto con el plan de vuelo lateral, utiliza el peso inicial en vacío de la aeronave, el peso del combustible, el centro de gravedad y la altitud de crucero. El primer paso en un curso vertical es ascender a la altura de crucero. Las limitaciones verticales como "A o POR ENCIMA de 8000" están presentes en algunos puntos de referencia SID. Se puede utilizar la reducción de empuje, o ascenso "FLEX", durante todo el ascenso para proteger los motores. Cada uno de ellos debe tenerse en cuenta al realizar proyecciones de perfil vertical.
La implementación de un sistema de navegación vertical preciso es difícil y costosa, pero se traduce en ahorro de combustible, principalmente en crucero y descenso. En crucero, donde se quema la mayor parte del combustible, existen múltiples métodos para ahorrar combustible.
A medida que un avión quema combustible, se vuelve más ligero y puede volar a mayor altitud, donde hay menos resistencia. Los ascensos escalonados o de crucero facilitan esto. La navegación vertical puede determinar dónde debe producirse el ascenso escalonado o de crucero (en el que el avión asciende continuamente) para minimizar el consumo de combustible.
La optimización del rendimiento permite al FMS determinar la mejor o más económica velocidad para volar en vuelo nivelado. Esto a menudo se llama velocidad ECON . Se basa en el índice de costo, que se ingresa para dar una ponderación entre la velocidad y la eficiencia de combustible . El índice de costo se calcula dividiendo el costo por hora de operar el avión por el costo del combustible. [3] [4] Generalmente, un índice de costo de 999 brinda velocidades ECON lo más rápidas posibles sin considerar el combustible y un índice de costo de cero brinda la máxima economía de combustible sin tener en cuenta otros costos por hora, como mantenimiento y gastos de tripulación. El modo ECON es la velocidad VNAV utilizada por la mayoría de los aviones de pasajeros en crucero.
El RTA o tiempo de llegada requerido permite que el sistema VNAV determine la llegada a un punto de referencia en particular a una hora definida. Esto suele ser útil para programar franjas horarias de llegada al aeropuerto. En este caso, el VNAV regula la velocidad de crucero o el índice de costos para garantizar que se cumpla el RTA.
Lo primero que calcula el VNAV para el descenso es el punto de máxima pendiente (TOD, por sus siglas en inglés). Este es el punto donde comienza un descenso eficiente y cómodo. Normalmente, esto implicará un descenso en vacío, pero para algunas aeronaves un descenso en vacío es demasiado pronunciado e incómodo. El FMS calcula el TOD “volando” el descenso hacia atrás desde el punto de aterrizaje a través de la aproximación y hasta el crucero. Lo hace utilizando el plan de vuelo, el modelo de vuelo de la aeronave y los vientos de descenso. Para el FMS de las aerolíneas, esta es una predicción muy sofisticada y precisa, para el FMS simple (en aeronaves más pequeñas) se puede determinar mediante una “regla general”, como una trayectoria de descenso de 3 grados.
A partir del TOD, el VNAV determina una trayectoria prevista en cuatro dimensiones. A medida que el VNAV ordena a los aceleradores que se pongan en ralentí, el avión comienza su descenso a lo largo de la trayectoria VNAV. Si la trayectoria prevista es incorrecta o el viento de la trayectoria descendente es diferente de las predicciones, el avión no seguirá la trayectoria perfectamente. El avión varía el cabeceo para mantener la trayectoria. Como los aceleradores están en ralentí, esto modulará la velocidad. Normalmente, el FMS permite que la velocidad varíe dentro de una pequeña banda. Después de esto, los aceleradores avanzan (si el avión está por debajo de la trayectoria) o el FMS solicita frenos aerodinámicos con un mensaje, a menudo "DRAG REQUIRED" (si el avión está por encima de la trayectoria). En los aviones Airbus, este mensaje también aparece en el PFD y, si el avión está extremadamente alto en la trayectoria, se mostrará "MORE DRAG" (MÁS ARRASTRE). En los aviones Boeing, si el avión se aleja demasiado de la ruta prescrita, cambiará de VNAV PTH (que sigue la ruta calculada) a VNAV SPD (que desciende lo más rápido posible mientras mantiene una velocidad seleccionada, similar a OP DES (descenso abierto) en los Airbus.
Un descenso en vacío ideal, también conocido como “descenso ecológico”, utiliza el mínimo de combustible, minimiza la contaminación (tanto a gran altitud como local en el aeropuerto) y minimiza el ruido local. Si bien la mayoría de los sistemas de control de vuelo (FMS) modernos de los grandes aviones comerciales son capaces de realizar descensos en vacío, la mayoría de los sistemas de control del tráfico aéreo no pueden manejar múltiples aeronaves, cada una utilizando su propia ruta de descenso óptima hacia el aeropuerto, en este momento. Por lo tanto, el uso de descensos en vacío se minimiza mediante el control del tráfico aéreo.