En aviación , un sistema electrónico de instrumentos de vuelo ( EFIS ) es un sistema de visualización de instrumentos de vuelo en la cabina de un avión que muestra los datos de vuelo de forma electrónica en lugar de electromecánica. Un EFIS normalmente consta de una pantalla de vuelo primaria (PFD), una pantalla multifunción (MFD) y una pantalla del sistema de indicación del motor y alerta a la tripulación (EICAS). Los primeros modelos de EFIS utilizaban pantallas de tubos de rayos catódicos (CRT), pero las pantallas de cristal líquido (LCD) son ahora más comunes. El complejo indicador electromecánico del director de actitud (ADI) y el indicador de situación horizontal (HSI) fueron los primeros candidatos a ser reemplazados por EFIS. Sin embargo, hoy en día son pocos los instrumentos de la cabina de vuelo que no pueden sustituirse por una pantalla electrónica.
En la cabina de vuelo, las unidades de visualización son las partes más obvias de un sistema EFIS y son las características que llevan al término cabina de cristal . La unidad de visualización que reemplaza al horizonte artificial se llama pantalla de vuelo primaria (PFD). Si una pantalla separada reemplaza al HSI, se denomina pantalla de navegación. El PFD muestra toda la información crítica para el vuelo, incluida la velocidad aérea calibrada , la altitud, el rumbo, la actitud, la velocidad vertical y la guiñada. El PFD está diseñado para mejorar el conocimiento situacional del piloto integrando esta información en una sola pantalla en lugar de seis instrumentos analógicos diferentes, reduciendo la cantidad de tiempo necesario para monitorear los instrumentos. Los PFD también aumentan el conocimiento de la situación al alertar a la tripulación aérea sobre condiciones inusuales o potencialmente peligrosas (por ejemplo, baja velocidad del aire, alta velocidad de descenso) cambiando el color o la forma de la pantalla o proporcionando alertas de audio.
Algunos fabricantes utilizan los nombres Indicador electrónico de actitud del director e Indicador electrónico de situación horizontal. [1] Sin embargo, una ADI simulada es sólo la pieza central del PFD. La información adicional se superpone y se organiza alrededor de este gráfico.
Las pantallas multifunción pueden hacer innecesaria una pantalla de navegación independiente. Otra opción es utilizar una pantalla grande para mostrar tanto el PFD como la pantalla de navegación.
El PFD y la pantalla de navegación (y la pantalla multifunción, si está instalada) suelen ser físicamente idénticos. La información mostrada está determinada por las interfaces del sistema donde están instaladas las unidades de visualización. De este modo, se simplifica el almacenamiento de repuestos: una unidad de visualización se puede montar en cualquier posición.
Las unidades LCD generan menos calor que las CRT; una ventaja en un panel de instrumentos congestionado. También son más ligeros y ocupan menor volumen.
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La MFD (pantalla multifunción) muestra información meteorológica y de navegación de múltiples sistemas. Los MFD se diseñan con mayor frecuencia como "centrados en gráficos", donde la tripulación aérea puede superponer información diferente sobre un mapa o carta. Ejemplos de información superpuesta de MFD incluyen el plan de ruta actual de la aeronave, información meteorológica procedente de radares a bordo o sensores de detección de rayos o sensores terrestres, por ejemplo, NEXRAD, espacio aéreo restringido y tráfico de aeronaves. El MFD también se puede utilizar para ver otros tipos de datos no superpuestos (por ejemplo, plan de ruta actual) y datos de tipo superpuesto calculados, por ejemplo, el radio de planeo de la aeronave, dada la ubicación actual sobre el terreno, los vientos y la velocidad y velocidad de la aeronave. altitud.
Los MFD también pueden mostrar información sobre los sistemas de la aeronave, como los sistemas eléctricos y de combustible (consulte EICAS, a continuación). Al igual que con el PFD, el MFD puede cambiar el color o la forma de los datos para alertar a la tripulación sobre situaciones peligrosas.
EICAS (Sistema de alerta de tripulación y indicaciones del motor) muestra información sobre los sistemas de la aeronave, incluidos sus sistemas de combustible, eléctricos y de propulsión (motores). Las pantallas EICAS a menudo están diseñadas para imitar los medidores redondos tradicionales y al mismo tiempo proporcionan lecturas digitales de los parámetros.
EICAS mejora el conocimiento de la situación al permitir que la tripulación vea información compleja en un formato gráfico y también al alertar a la tripulación sobre situaciones inusuales o peligrosas. Por ejemplo, si un motor comienza a perder presión de aceite, el EICAS puede emitir una alerta, cambiar la pantalla a la página con la información del sistema de aceite y delinear los datos de baja presión de aceite con un cuadro rojo. A diferencia de los indicadores redondos tradicionales, se pueden configurar muchos niveles de advertencias y alarmas. Se debe tener el cuidado adecuado al diseñar EICAS para garantizar que la tripulación aérea siempre reciba la información más importante y no se sobrecargue con advertencias o alarmas.
ECAM es un sistema similar utilizado por Airbus, que además de proporcionar funciones EICAS también recomienda acciones correctivas.
EFIS proporciona a los pilotos controles que seleccionan el rango y el modo de visualización (por ejemplo, mapa o rosa de los vientos) e ingresan datos (como el rumbo seleccionado).
Cuando otros equipos utilizan entradas del piloto, los buses de datos transmiten las selecciones del piloto de modo que éste sólo necesita ingresar la selección una vez. Por ejemplo, el piloto selecciona la altitud de nivelación deseada en una unidad de control. El EFIS repite esta altitud seleccionada en el PFD y, al compararla con la altitud real (de la computadora de datos aéreos), genera una visualización de error de altitud. Esta misma selección de altitud es utilizada por el sistema de control de vuelo automático para nivelar y por el sistema de alerta de altitud para proporcionar las advertencias adecuadas.
La visualización EFIS es producida por el generador de símbolos. Este recibe entradas de datos del piloto, señales de sensores y selecciones de formato EFIS realizadas por el piloto. El generador de símbolos puede tener otros nombres, como computadora de procesamiento de visualización, unidad electrónica de visualización, etc.
El generador de símbolos hace más que generar símbolos. Tiene (al menos) funciones de monitorización, un generador de gráficos y un controlador de pantalla. [2] Las entradas de sensores y controles llegan a través de buses de datos y se verifica su validez. Se realizan los cálculos necesarios y el generador de gráficos y el controlador de visualización producen las entradas a las unidades de visualización.
Al igual que las computadoras personales, los sistemas de instrumentos de vuelo necesitan instalaciones de autoprueba de encendido y autocontrol continuo. Sin embargo, los sistemas de instrumentos de vuelo necesitan capacidades de monitoreo adicionales:
Las pantallas tradicionales (electromecánicas) están equipadas con mecanismos sincronizados que transmiten el cabeceo, el balanceo y el rumbo mostrados en los instrumentos del capitán y el primer oficial a un comparador de instrumentos. El comparador advierte de excesivas diferencias entre las presentaciones del capitán y del primer oficial. Incluso un fallo tan profundo [3] como, por ejemplo, un atasco en el mecanismo de balanceo de un ADI, activa una advertencia del comparador. El comparador de instrumentos proporciona así tanto monitorización del comparador como monitorización de la pantalla.
Con EFIS, la función del comparador es simple: ¿Los datos de balanceo (ángulo de inclinación) del sensor 1 son los mismos que los datos de balanceo del sensor 2? De lo contrario, muestre un título de advertencia (como COMPROBAR ROLLO ) en ambos PFD. Los monitores de comparación dan advertencias sobre indicaciones de velocidad del aire, cabeceo, balanceo y altitud. Los sistemas EFIS más avanzados tienen más monitores comparadores.
En esta técnica, cada generador de símbolos contiene dos canales de monitoreo de visualización. Un canal, el interno, toma muestras de la salida de su propio generador de símbolos a la unidad de visualización y calcula, por ejemplo, qué actitud de balanceo debería producir esa indicación. Esta actitud de balanceo calculada luego se compara con la actitud de balanceo ingresada al generador de símbolos desde el INS o AHRS . Cualquier diferencia probablemente se debe a un procesamiento defectuoso y genera una advertencia en la pantalla correspondiente.
El canal de monitoreo externo realiza la misma verificación en el generador de símbolos al otro lado de la cabina de vuelo: el generador de símbolos del Capitán verifica el del Primer Oficial, el del Primer Oficial verifica el del Capitán. Cualquier generador de símbolos que detecte una avería mostrará una advertencia en su propia pantalla.
El canal de monitoreo externo también verifica que las entradas del sensor (al generador de símbolos) sean razonables. Una entrada espuria, como una altura de radio mayor que el máximo del radioaltímetro, genera una advertencia.
En las distintas etapas de un vuelo, un piloto necesita diferentes combinaciones de datos. Idealmente, la aviónica sólo muestra los datos en uso, pero un instrumento electromecánico debe estar a la vista todo el tiempo. Para mejorar la claridad de la visualización, los ADI y HSI utilizan mecanismos complejos para eliminar temporalmente las indicaciones superfluas; por ejemplo, eliminando la escala de senda de planeo cuando el piloto no la necesita.
En condiciones normales, es posible que un EFIS no muestre algunas indicaciones, por ejemplo, vibración del motor. Sólo cuando algún parámetro excede sus límites el sistema muestra la lectura. De manera similar, EFIS está programado para mostrar la escala de la senda de planeo y el puntero solo durante una aproximación ILS .
En el caso de una falla de entrada, un instrumento electromecánico agrega otro indicador más; generalmente, una barra cruza los datos erróneos. EFIS, por el contrario, elimina los datos no válidos de la pantalla y los sustituye por una advertencia adecuada.
Un modo de ordenamiento se activa automáticamente cuando las circunstancias requieren la atención del piloto para un elemento específico. Por ejemplo, si el avión se inclina hacia arriba o hacia abajo más allá de un límite específico (generalmente de 30 a 60 grados), el indicador de actitud elimina otros elementos de la vista hasta que el piloto lleva el ángulo a un nivel aceptable. Esto ayuda al piloto a centrarse en las tareas más importantes.
Los instrumentos tradicionales han utilizado el color durante mucho tiempo, pero carecen de la capacidad de cambiar un color para indicar algún cambio en la condición. La tecnología de visualización electrónica de EFIS no tiene tales restricciones y utiliza ampliamente el color. Por ejemplo, cuando un avión se acerca a la senda de planeo, un título azul puede indicar que la senda de planeo está armada y la captura puede cambiar el color a verde. Los sistemas EFIS típicos codifican por colores las agujas de navegación para reflejar el tipo de navegación. Las agujas verdes indican navegación terrestre, como VOR, localizadores y sistemas ILS. Las agujas magenta indican navegación GPS.
EFIS proporciona versatilidad al evitar algunas limitaciones físicas de los instrumentos tradicionales. Un piloto puede cambiar la misma pantalla que muestra un indicador de desviación de rumbo para mostrar la ruta planificada proporcionada por un sistema de navegación de área o de gestión de vuelo. Los pilotos pueden optar por superponer la imagen del radar meteorológico en la ruta mostrada.
La flexibilidad que ofrecen las modificaciones de software minimiza los costos de responder a nuevas regulaciones y equipos de aeronaves. Las actualizaciones de software pueden actualizar un sistema EFIS para ampliar sus capacidades. Las actualizaciones introducidas en la década de 1990 incluyeron el sistema de advertencia de proximidad al suelo y el sistema para evitar colisiones de tráfico .
Está disponible cierto grado de redundancia incluso con la sencilla instalación de EFIS de dos pantallas. Si el PFD falla, la conmutación de transferencia reposiciona su información vital en la pantalla normalmente ocupada por la pantalla de navegación.
A finales de los años 1980, EFIS se convirtió en equipo estándar en la mayoría de los aviones Boeing y Airbus , y muchos aviones de negocios adoptaron EFIS en los años 1990.
Los avances recientes en la potencia informática y las reducciones en el costo de las pantallas de cristal líquido y los sensores de navegación (como el GPS y el sistema de referencia de actitud y rumbo ) han llevado el EFIS a las aeronaves de aviación general . Ejemplos notables son el Garmin G1000 y Chelton Flight Systems EFIS-SV.
Varios fabricantes de EFIS se han centrado en el mercado de aviones experimentales , produciendo sistemas EFIS y EICAS por tan solo entre 1.000 y 2.000 dólares EE.UU. El bajo costo es posible gracias a las fuertes caídas en el precio de los sensores y pantallas, y el equipo para aviones experimentales no requiere una costosa certificación de la Administración Federal de Aviación . Este último punto restringe su uso a aviones experimentales y otras categorías de aviones, dependiendo de las regulaciones locales. Los sistemas EFIS no certificados también se encuentran en aviones deportivos ligeros , incluidos aviones construidos en fábrica, ultraligeros y ultraligeros. Estos sistemas se pueden instalar en aeronaves certificadas en algunos casos como sistemas secundarios o de respaldo, según las normas de aviación locales.