Las pruebas de vuelo son una rama de la ingeniería aeronáutica que desarrolla equipos especializados necesarios para probar el comportamiento y los sistemas de aeronaves o probar la fase atmosférica de vehículos de lanzamiento y naves espaciales reutilizables . Los sistemas de instrumentación se desarrollan utilizando transductores y sistemas de adquisición de datos patentados. Los datos se toman durante el vuelo de una aeronave o durante las pruebas atmosféricas de vehículos de lanzamiento y naves espaciales reutilizables . Estos datos se validan para determinar su precisión y se analizan para modificar aún más el diseño del vehículo durante el desarrollo o para validar el diseño del vehículo.
La fase de prueba de vuelo logra dos tareas principales: 1) encontrar y solucionar problemas de diseño y luego 2) verificar y documentar las capacidades del vehículo cuando el diseño del vehículo esté completo, o proporcionar una especificación final para la certificación gubernamental o la aceptación del cliente. La fase de prueba de vuelo puede abarcar desde la prueba de un único sistema nuevo para un vehículo existente hasta el desarrollo y certificación completos de una nueva aeronave, vehículo de lanzamiento o nave espacial reutilizable. Por lo tanto, la duración de un programa de pruebas de vuelo particular puede variar desde unas pocas semanas hasta años.
Normalmente hay dos categorías de programas de pruebas de vuelo: comerciales y militares. Se realizan pruebas de vuelo comercial para certificar que la aeronave cumple con todos los requisitos de seguridad y rendimiento aplicables de la agencia certificadora gubernamental. En Estados Unidos, es la Administración Federal de Aviación ( FAA ); en Canadá, Transport Canada (TC); en el Reino Unido (UK), la Autoridad de Aviación Civil ; y en la Unión Europea , la Agencia Europea de Seguridad Aérea (EASA). Dado que el desarrollo de aviones comerciales normalmente lo financian el fabricante del avión y/o inversores privados, la agencia certificadora no tiene ningún interés en el éxito comercial del avión. Estas agencias civiles se preocupan por la seguridad de la aeronave y por que el manual de vuelo del piloto informe con precisión el desempeño de la aeronave. El mercado determinará la idoneidad del avión para los operadores. Normalmente, la agencia de certificación civil no participa en las pruebas de vuelo hasta que el fabricante haya encontrado y solucionado cualquier problema de desarrollo y esté listo para solicitar la certificación.
Los programas militares se diferencian de los comerciales en que el gobierno contrata al fabricante de aviones para diseñar y construir un avión que cumpla con capacidades de misión específicas. Estos requisitos de desempeño se documentan para el fabricante en las especificaciones de la aeronave y los detalles del programa de pruebas de vuelo (entre muchos otros requisitos del programa) se detallan en la declaración de trabajo. En este caso, el gobierno es el cliente y tiene un interés directo en la capacidad del avión para realizar la misión. Dado que el gobierno financia el programa, está más involucrado en el diseño y las pruebas de la aeronave desde el principio. A menudo, los pilotos e ingenieros de pruebas militares forman parte del equipo de pruebas de vuelo del fabricante, incluso antes del primer vuelo. La fase final de la prueba de vuelo de un avión militar es la Prueba Operacional (OT). La OT la lleva a cabo un equipo de pruebas exclusivo del gobierno cuyo objetivo es certificar que la aeronave es adecuada y eficaz para llevar a cabo la misión prevista. [ cita necesaria ]
Las pruebas de vuelo de aviones militares a menudo se llevan a cabo en instalaciones de pruebas de vuelo militares. La Marina de los EE. UU. prueba aviones en la Estación Aérea Naval de Patuxent River y la Fuerza Aérea de los EE. UU. en la Base de la Fuerza Aérea Edwards . La Escuela de Pilotos de Pruebas de la Fuerza Aérea de EE. UU . y la Escuela de Pilotos de Pruebas Navales de EE. UU. son los programas diseñados para enseñar al personal de pruebas militares. En el Reino Unido, la mayoría de las pruebas de vuelo militares las llevan a cabo tres organizaciones: la RAF , BAE Systems y QinetiQ . Para actualizaciones menores, las pruebas pueden ser realizadas por una de estas tres organizaciones de forma aislada, pero los programas importantes normalmente los lleva a cabo un equipo de pruebas conjuntas (JTT), con las tres organizaciones trabajando juntas bajo el paraguas de un espacio aéreo del equipo de proyecto integrado (IPT). . [ cita necesaria ]
Todos los vehículos de lanzamiento , así como algunas naves espaciales reutilizables, deben necesariamente estar diseñados para soportar cargas aerodinámicas de vuelo mientras se mueven a través de la atmósfera.
Muchos vehículos de lanzamiento se prueban en vuelo, con una recopilación y análisis de datos bastante más extensos sobre los primeros lanzamientos orbitales de un diseño de vehículo de lanzamiento particular. Los programas de prueba de naves espaciales reutilizables o de propulsores reutilizables son mucho más complicados y normalmente siguen el paradigma de expansión total de la envolvente de las pruebas de aeronaves tradicionales. Los programas de prueba anteriores y actuales incluyen las primeras pruebas de lanzamiento del transbordador espacial , el X-24B , el SpaceShipTwo , el Dream Chaser , [1] los prototipos Falcon 9 , [2] [3] los prototipos OK-GLI y SpaceX Starship .
Las pruebas de vuelo, generalmente como una clase de vuelo que no genera ingresos, aunque SpaceX también ha realizado extensas pruebas de vuelo en la fase posterior a la misión de un vuelo de refuerzo de regreso en lanzamientos rentables, pueden estar sujetas al mayor riesgo estadísticamente demostrado de accidentes o incidentes graves. Esto se debe principalmente a lo desconocido de las características de manejo de una nueva aeronave o vehículo de lanzamiento y a la falta de procedimientos operativos establecidos, y puede exacerbarse si falta la capacitación del piloto de pruebas o la experiencia de la tripulación de vuelo [4] Por esta razón, las pruebas de vuelo se realizan cuidadosamente. planificado en tres fases: preparación; ejecución; y análisis e informes.
Tanto para aviones comerciales como militares, así como para vehículos de lanzamiento, la preparación para las pruebas de vuelo comienza mucho antes de que el vehículo de prueba esté listo para volar. Inicialmente se debe definir lo que se debe probar, a partir de lo cual los ingenieros de pruebas en vuelo preparan el plan de pruebas, que son esencialmente ciertas maniobras a volar (o sistemas a ejercitar). Cada prueba se conoce como punto de prueba. Un programa completo de pruebas en vuelo de certificación/calificación para una nueva aeronave requerirá pruebas de muchos sistemas de aeronaves y regímenes en vuelo; Por lo general, cada uno se documenta en un plan de prueba separado. En total, un programa de pruebas de vuelo de certificación constará de aproximadamente 10.000 puntos de prueba. [ cita necesaria ]
El documento que se utiliza para preparar un único vuelo de prueba de una aeronave se conoce como Tarjeta de Prueba. Este consistirá en una descripción de los Puntos de Prueba a volar. El ingeniero de pruebas de vuelo intentará volar puntos de prueba similares de todos los planes de prueba en los mismos vuelos, cuando sea práctico. Esto permite adquirir los datos requeridos en el mínimo número de horas de vuelo. El software utilizado para controlar el proceso de prueba en vuelo se conoce como software de gestión de pruebas en vuelo y ayuda al ingeniero de pruebas en vuelo a planificar los puntos de prueba a volar, así como a generar la documentación requerida. [ cita necesaria ]
Una vez que se establecen los requisitos de datos de la prueba de vuelo, la aeronave o el vehículo de lanzamiento está equipado con un sistema de adquisición de datos (DAS), o una unidad de adquisición de datos (DAU) y sensores , para registrar esos datos para su análisis. Los parámetros de instrumentación típicos registrados durante una prueba de vuelo para una aeronave grande son:
Se podrán llevar a bordo instrumentos de calibración específicos, cuyo comportamiento haya sido determinado a partir de pruebas anteriores, para complementar las sondas incorporadas en la aeronave.
Durante el vuelo, estos parámetros se utilizan para calcular parámetros relevantes de rendimiento de la aeronave, como la velocidad del aire, la altitud, el peso y la posición del centro de gravedad.
Durante las fases seleccionadas de las pruebas de vuelo, especialmente durante el desarrollo inicial de una nueva aeronave, muchos parámetros se transmiten a tierra durante el vuelo y son monitoreados por los ingenieros de pruebas de vuelo y de soporte de pruebas, o se almacenan para un análisis de datos posterior. Esto proporciona monitoreo de seguridad y permite el análisis en tiempo real y de simulación completa de los datos que se adquieren.
Cuando la aeronave o el vehículo de lanzamiento está completamente ensamblado e instrumentado, se realizan muchas horas de pruebas en tierra. Esto permite explorar múltiples aspectos: operación básica de vehículos aéreos, controles de vuelo , rendimiento del motor, evaluación de la estabilidad de los sistemas dinámicos y proporciona una primera mirada a las cargas estructurales. Luego, el vehículo podrá realizar su vuelo inaugural , un hito importante en cualquier programa de desarrollo de aviones o vehículos de lanzamiento.
Hay varios aspectos de un programa de pruebas de vuelo, entre los cuales:
Las pruebas específicas para aeronaves militares incluyen:
Las situaciones de emergencia se evalúan como parte normal de todo programa de pruebas de vuelo. Algunos ejemplos son: fallas del motor durante diversas fases del vuelo (despegue, crucero, aterrizaje), fallas de los sistemas y degradación de los controles. La envolvente general de las operaciones (pesos brutos permitidos, centros de gravedad, altitud, velocidades máximas/mínimas, maniobras, etc.) se establece y verifica durante las pruebas de vuelo. Siempre se demuestra que las aeronaves son seguras más allá de los límites permitidos para operaciones normales en el Manual de vuelo.
Debido a que el objetivo principal de un programa de pruebas de vuelo es recopilar datos de ingeniería precisos, a menudo sobre un diseño que no está completamente probado, pilotar un avión de pruebas de vuelo requiere un alto grado de capacitación y habilidad. Como tal, dichos programas generalmente los realiza un piloto de pruebas especialmente capacitado , los datos los recopila un ingeniero de pruebas de vuelo y, a menudo, se muestran visualmente al piloto de pruebas y/o al ingeniero de pruebas de vuelo utilizando instrumentos de prueba de vuelo .
Incluye el análisis de un vuelo para su certificación. Analiza la parte interna y externa del vuelo comprobando sus partes más pequeñas. Los informes incluyen el resultado de los datos analizados.
Introducción Aircraft Performance tiene varias misiones como despegue , ascenso , crucero , aceleración , desaceleración , descenso , aterrizaje y otras maniobras básicas de combate , etc.
Después de las pruebas de vuelo, la aeronave debe estar certificada de acuerdo con sus regulaciones, como FAR de la FAA , Especificaciones de certificación (CS) de EASA y Cumplimiento y requisitos del personal aéreo de la India .
1. Evaluación y documentación del desempeño del vuelo
2. Reducción del rendimiento del vuelo a condiciones estándar.
3. Elaboración y Validación de Cuadros de Desempeño para Manual de Datos Operativos (ODM)
Las cartas de rendimiento permiten al piloto predecir el rendimiento de despegue, ascenso, crucero y aterrizaje de una aeronave. Estas tablas, proporcionadas por el fabricante, se incluyen en el AFM /POH. La información que el fabricante proporciona en estas cartas se ha recopilado de vuelos de prueba realizados en una aeronave nueva, en condiciones operativas normales, utilizando habilidades de pilotaje promedio y con la aeronave y el motor en buen estado de funcionamiento. Los ingenieros registran los datos del vuelo y crean gráficos de rendimiento basados en el comportamiento del avión durante los vuelos de prueba. Al utilizar estas tablas de rendimiento, un piloto puede determinar la longitud de pista necesaria para despegar y aterrizar, la cantidad de combustible que se utilizará durante el vuelo y el tiempo necesario para llegar al destino. Los datos de las cartas no serán exactos si la aeronave no está en buen estado de funcionamiento o cuando opera en condiciones adversas. Considere siempre la necesidad de compensar las cifras de rendimiento si la aeronave no está en buen estado de funcionamiento o las habilidades de pilotaje están por debajo del promedio. Cada avión se desempeña de manera diferente y, por lo tanto, tiene números de desempeño diferentes. Calcule el rendimiento del avión antes de cada vuelo, ya que cada vuelo es diferente.
Cada carta se basa en determinadas condiciones y contiene notas sobre cómo adaptar la información a las condiciones del vuelo. Es importante leer cada gráfico y comprender cómo utilizarlo. Lea las instrucciones proporcionadas por el fabricante. Para obtener una explicación sobre cómo utilizar las tablas, consulte el ejemplo proporcionado por el fabricante para esa tabla específica.
La información que proporcionan los fabricantes no está estandarizada. La información puede estar contenida en un formato de tabla y otra información puede estar contenida en un formato de gráfico. A veces, los gráficos combinados incorporan dos o más gráficos en un solo gráfico para compensar múltiples condiciones de vuelo. Los gráficos combinados permiten al piloto predecir el rendimiento de la aeronave en función de las variaciones en la densidad, la altitud, el peso y los vientos, todo en un solo gráfico. Debido a la gran cantidad de información que se puede extraer de este tipo de gráfico, es importante ser muy preciso al leerlo. Un pequeño error al principio puede provocar un gran error al final.
El resto de esta sección cubre información sobre el desempeño de las aeronaves en general y analiza qué información contienen las cartas y cómo extraer información de las cartas mediante métodos de lectura directa e interpolación. Cada carta contiene una gran cantidad de información que debe utilizarse al planificar el vuelo. Se discutirán ejemplos de formatos de tablas, gráficos y gráficos combinados para todos los aspectos del vuelo.
Interpolación No toda la información de los gráficos se extrae fácilmente. Algunas cartas requieren interpolación para encontrar información para condiciones de vuelo específicas. Interpolar información significa que al tomar la información conocida, un piloto puede calcular información intermedia. Sin embargo, los pilotos a veces redondean los valores de las cartas a una cifra más conservadora. El uso de valores que reflejan condiciones ligeramente más adversas proporciona una estimación razonable de la información de rendimiento y proporciona un ligero margen de seguridad. La siguiente ilustración es un ejemplo de interpolación de información de una tabla de distancias de despegue:
La composición del equipo de pruebas en vuelo variará según la organización y la complejidad del programa de pruebas en vuelo; sin embargo, hay algunos actores clave que generalmente forman parte de todas las organizaciones de pruebas en vuelo. El líder de un equipo de pruebas de vuelo suele ser un ingeniero de pruebas de vuelo (FTE) o posiblemente un piloto de pruebas experimental . También podrían participar otros FTE o pilotos. Otros miembros del equipo serían el ingeniero de instrumentación de pruebas de vuelo, los técnicos de sistemas de instrumentación, el departamento de mantenimiento de aeronaves (mecánicos, técnicos eléctricos, técnicos de aviónica, etc.), los inspectores de garantía de calidad/producto, el personal del centro de datos/computación en tierra, además de logística. y apoyo administrativo. Ingenieros de otras disciplinas apoyarían las pruebas de sus sistemas particulares y analizarían los datos adquiridos para su área de especialidad.
Dado que muchos programas de desarrollo de aeronaves están patrocinados por servicios militares gubernamentales, los pilotos e ingenieros militares o civiles empleados por el gobierno a menudo se integran en el equipo de pruebas de vuelo. Los representantes del gobierno supervisan el programa y revisan y aprueban los datos. Los pilotos de pruebas gubernamentales también pueden participar en los vuelos de prueba reales, posiblemente incluso en el primer vuelo inaugural .
