Un sistema de gestión de vuelo ( FMS ) es un componente fundamental de la aviónica de un avión 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 ni navegantes . Una función principal es la gestión en vuelo del plan de vuelo. Utilizando varios sensores (como GPS e INS, a menudo respaldados por radionavegación ) para determinar la posición de la aeronave, el FMS puede guiar 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 en el 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 una computadora de gestión de vuelo (FMC) , una CDU y un bus de diafonía.
El FMS moderno se introdujo en el Boeing 767 , aunque existían ordenadores de navegación anteriores. [1] Ahora, 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 sólo un subconjunto de datos ARINC/ AIRAC , relevantes para las capacidades del FMS.
El NDB contiene toda la información necesaria para elaborar un plan de vuelo, que consta de:
Los puntos de ruta también pueden ser definidos por los pilotos a lo largo de la ruta o por referencia a otros puntos de ruta con la entrada de un lugar en forma de punto de ruta (por ejemplo, un VOR, NDB, ILS, aeropuerto o punto de ruta/intersección).
El plan de vuelo generalmente lo determina en tierra, antes de la salida, el piloto en el caso de aviones más pequeños o un despachador profesional en el caso de aviones de línea. Se ingresa en el FMS ya sea escribiéndolo, seleccionándolo de una biblioteca guardada de rutas comunes (Rutas de la empresa) o mediante un enlace de datos ACARS con el centro de despacho de la aerolínea.
Durante la verificación previa, se ingresa otra información relevante para gestionar el plan de vuelo. Esto puede incluir información sobre el rendimiento, como el peso bruto, el peso del combustible y el centro de gravedad. Incluirá altitudes, incluida la altitud de crucero inicial. Para aeronaves que no cuentan con GPS , también se requiere la posición inicial.
El piloto utiliza el FMS para modificar el plan de vuelo en vuelo por diversas razones. Un importante diseño de ingeniería minimiza las pulsaciones de teclas para minimizar la carga de trabajo del piloto en vuelo y eliminar cualquier información confusa (información peligrosamente engañosa). El FMS también envía la información del plan de vuelo para su visualización en la pantalla de navegación (ND) del sistema electrónico de instrumentos de vuelo ( EFIS ) de los instrumentos de la cabina de vuelo. El plan de vuelo generalmente aparece como una línea magenta, con otros aeropuertos, radioayudas y puntos de referencia mostrados.
Planes de vuelo especiales, a menudo para requisitos tácticos que incluyen patrones de búsqueda, encuentros, órbitas de aviones cisterna para reabastecimiento de combustible en vuelo, puntos de liberación de aire calculados (CARP) para saltos en paracaídas precisos, son solo algunos de los planes de vuelo especiales que algunos FMS pueden calcular.
Una vez en vuelo, una tarea principal del FMS es obtener una posición fija , es decir, determinar la posición de la aeronave y la precisión de esa posición. Los FMS simples utilizan un solo sensor, generalmente GPS, para determinar la posición. Pero los FMS modernos utilizan tantos sensores como pueden, como los VOR, para determinar y validar su posición exacta. Algunos FMS utilizan un filtro de Kalman para integrar las posiciones de los distintos sensores en una sola posición. Los sensores comunes incluyen:
El FMS verifica constantemente los distintos sensores y determina la posición y la precisión de una sola 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 una performance de navegación requerida (RNP) establecida. La aeronave debe tener su ANP menor que su RNP para poder operar en cierto espacio aéreo de alto nivel.
Dado el plan de vuelo y la posición de la aeronave, el FMS calcula el rumbo a seguir. El piloto puede seguir este rumbo manualmente (muy parecido a seguir un radial VOR), o se puede configurar 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 comando de giro de dirección al piloto automático.
Los aviones sofisticados, generalmente aviones de pasajeros como el Airbus A320 o el Boeing 737 y otros aviones propulsados por turbofan, tienen Navegación Vertical de pleno rendimiento ( VNAV ). El propósito de VNAV es predecir y optimizar la trayectoria vertical. La guía incluye el control del eje de paso y el control del acelerador.
Para tener la información necesaria para lograr esto, el FMS debe tener un modelo detallado de vuelo y motor. Con esta información, la función puede construir una trayectoria vertical prevista a lo largo del plan de vuelo lateral. Este modelo de vuelo detallado generalmente sólo está disponible a través del fabricante del avión.
Durante el prevuelo, el FMS construye el perfil vertical. Utiliza el peso vacío inicial de la aeronave, el peso del combustible, el centro de gravedad y la altitud de crucero inicial, además del plan de vuelo lateral. Un camino vertical comienza con un ascenso a la altitud de crucero. Algunos puntos de ruta SID tienen restricciones verticales como "En o SUPERIOR a 8000". El ascenso puede utilizar un empuje reducido o ascenso "FLEX" para ahorrar tensión en los motores. Cada uno debe ser considerado en las predicciones del perfil vertical.
La implementación de un VNAV preciso es difícil y costosa, pero vale la pena en términos de 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 liviano y puede volar a mayor altura donde hay menos resistencia. Las subidas escalonadas o en crucero facilitan esto. VNAV puede determinar dónde deben ocurrir los ascensos escalonados o de crucero (en los que la aeronave 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. A esto se le suele llamar velocidad ECON . Esto se basa en el índice de costos, que se ingresa para dar una ponderación entre la velocidad y la eficiencia del combustible . El índice de costos 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 posible 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 los gastos de mantenimiento y tripulación. El modo ECON es la velocidad VNAV utilizada por la mayoría de los aviones en crucero.
RTA o hora de llegada requerida permite que el sistema VNAV oriente la llegada a un punto de ruta particular en un momento definido. Esto suele ser útil para la programación de franjas horarias de llegada al aeropuerto. En este caso, 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 superior del descenso (TOD). 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 empinado e incómodo. El FMS calcula el TOD “volando” el descenso hacia atrás desde el aterrizaje hasta 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 FMS de aerolíneas, esta es una predicción muy sofisticada y precisa; para FMS simples (en aviones más pequeños) se puede determinar mediante una “regla general”, como una trayectoria de descenso de 3 grados.
A partir del TOD, el VNAV determina una trayectoria predicha de cuatro dimensiones. Cuando el VNAV ordena que los aceleradores se pongan en ralentí, la aeronave comienza su descenso a lo largo de la trayectoria del VNAV. Si la trayectoria prevista es incorrecta o los vientos descendentes difieren de las predicciones, entonces la aeronave no seguirá perfectamente la trayectoria. El avión varía el cabeceo para mantener la trayectoria. Dado que los aceleradores están al 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 la aeronave está por debajo de la trayectoria) o el FMS solicita frenos de velocidad con un mensaje, a menudo "DRAG REQUIRED" (si la aeronave está por encima de la trayectoria). En los aviones Airbus, este mensaje también aparece en el PFD. y, si la aeronave está muy alta en la trayectoria, se mostrará "MORE DRAG". En las aeronaves Boeing, si la aeronave se desvía demasiado de la trayectoria prescrita, cambiará de VNAV PTH (que sigue la trayectoria calculada) a VNAV SPD. (que desciende lo más rápido posible manteniendo una velocidad seleccionada, similar al OP DES (descenso abierto) en los Airbus.
Un descenso ideal en ralentí, también conocido como “descenso verde”, utiliza el mínimo de combustible, minimiza la contaminación (tanto a gran altitud como local al aeropuerto) y minimiza el ruido local. Si bien la mayoría de los FMS modernos de grandes aviones son capaces de realizar descensos inactivos, la mayoría de los sistemas de control de tráfico aéreo no pueden manejar varios aviones, cada uno de los cuales utiliza su propia ruta de descenso óptima hasta el aeropuerto, en este momento. De este modo, el control del tráfico aéreo minimiza el uso de descensos en ralentí.