La protección de la envolvente de vuelo es una extensión de la interfaz hombre-máquina del sistema de control de una aeronave que impide que el piloto de una aeronave realice comandos de control que obliguen a la aeronave a superar sus límites operativos estructurales y aerodinámicos. [1] [2] [3] Se utiliza de alguna forma en todas las aeronaves comerciales modernas con control electrónico . [4] La supuesta ventaja de los sistemas de protección de la envolvente de vuelo es que impiden que las entradas de control excesivas del piloto, ya sea en una reacción sorpresa a emergencias o de otro tipo, se traduzcan en movimientos excesivos de la superficie de control de vuelo . En teoría, esto permite a los pilotos reaccionar rápidamente a una emergencia al tiempo que atenúa el efecto de una entrada de control excesiva resultante de un "sobresalto", al limitar electrónicamente los movimientos excesivos de la superficie de control que podrían sobrecargar la estructura de la aeronave y poner en peligro la seguridad de la aeronave. [5] [6]
En la práctica, estas limitaciones a veces han dado lugar a errores no deseados de factores humanos y a sus propios accidentes.
Un ejemplo de este tipo de dispositivo de protección de la envolvente de vuelo es un sistema antibloqueo que está diseñado para evitar que un avión entre en pérdida, [7] por ejemplo en forma de un empujador de palanca que empuja el morro del avión hacia abajo en función de una señal de entrada de un sistema de advertencia de pérdida, [8] o por medio de otras acciones de control electrónico. Los sistemas antibloqueo se utilizan en la mayoría de los aviones de ala en flecha modernos, [ cita requerida ] y se utilizan en una gran variedad de aviones a reacción civiles y militares. [8]
Las aeronaves tienen una envolvente de vuelo que describe sus límites de rendimiento seguro en relación con aspectos como las velocidades operativas mínimas y máximas y su resistencia estructural operativa. [1] [2] [3] La protección de la envolvente de vuelo calcula esa envolvente de vuelo (y añade un margen de seguridad) y utiliza esta información para impedir que los pilotos realicen entradas de control que pondrían a la aeronave fuera de esa envolvente de vuelo. [5] La interferencia del sistema de protección de la envolvente de vuelo con los comandos del piloto puede ocurrir de dos formas diferentes (que también se pueden combinar):
Por ejemplo, si el piloto utiliza la palanca lateral trasera para inclinar el morro del avión hacia arriba, las computadoras de control que crean la protección de la envolvente de vuelo pueden evitar que el piloto incline el avión más allá del ángulo de ataque de pérdida :
Aunque la mayoría de los diseñadores de aeronaves modernas fly-by-wire se adhieren a una de estas dos soluciones ('control de palanca lateral y sin retroalimentación' o 'control convencional y retroalimentación', ver también más abajo), también hay enfoques en la ciencia para combinar ambas: como demostró un estudio, la retroalimentación de fuerza aplicada a la palanca lateral de una aeronave controlada a través de la velocidad de alabeo y la carga g (como, por ejemplo, una aeronave Airbus moderna) se puede utilizar para aumentar la adherencia a una envolvente de vuelo segura y, por lo tanto, reducir el riesgo de que los pilotos entren en estados peligrosos de vuelos fuera de las fronteras operativas mientras se mantiene la autoridad final de los pilotos y se aumenta su conocimiento de la situación . [9]
El Airbus A320 fue el primer avión comercial en incorporar protección total de la envolvente de vuelo en su software de control de vuelo. Esto fue impulsado por el ex vicepresidente senior de ingeniería de Airbus, Bernard Ziegler . En el Airbus, la protección de la envolvente de vuelo no se puede anular por completo, aunque la tripulación puede volar más allá de los límites de la envolvente de vuelo seleccionando una "ley de control" alternativa. [4] [10] [11] [12] Boeing adoptó un enfoque diferente con el 777 al permitir que la tripulación anulara los límites de la envolvente de vuelo mediante el uso de una fuerza excesiva en los controles de vuelo. [4] [13]
Una de las objeciones planteadas contra la protección de la envolvente de vuelo es el incidente que le ocurrió al vuelo 006 de China Airlines, un Boeing 747SP-09 , al noroeste de San Francisco en 1985. [5] En este incidente de vuelo, la tripulación se vio obligada a sobrecargar (y dañar estructuralmente) las superficies horizontales de la cola para recuperarse de un giro y una caída casi vertical. (Esto había sido causado por una desconexión automática del piloto automático y un manejo incorrecto de una guiñada provocada por un apagado del motor). El piloto recuperó el control con unos 10.000 pies de altitud restantes (de su crucero original de gran altitud). Para hacer esto, el piloto tuvo que tirar del avión con una fuerza estimada de 5,5 G, o más del doble de sus límites de diseño. [5] Si el avión hubiera incorporado un sistema de protección de la envolvente de vuelo, esta maniobra excesiva no podría haberse realizado, lo que redujo en gran medida las posibilidades de recuperación.
Frente a esta objeción, Airbus ha respondido que un A320 en la situación del vuelo 006 "nunca habría caído del aire en primer lugar: la protección de la envoltura lo habría mantenido automáticamente en vuelo nivelado a pesar de la resistencia de un motor parado". [5]
En abril de 1995, el vuelo 705 de FedEx, un McDonnell Douglas DC-10-30 , fue secuestrado por un ingeniero de vuelo de FedEx que, al enfrentarse a un despido, intentó secuestrar el avión y estrellarlo contra la sede de FedEx para que su familia pudiera cobrar su póliza de seguro de vida. Después de ser atacados y resultar gravemente heridos, la tripulación de vuelo pudo contraatacar y aterrizar el avión de forma segura. Para mantener al atacante fuera de equilibrio y fuera de la cabina, la tripulación tuvo que realizar maniobras extremas, incluido un giro de barril y una caída en picado tan rápido que el avión no pudo medir su velocidad aerodinámica .
Si la tripulación no hubiera podido superar el límite de vuelo del avión, es posible que no hubiera tenido éxito [ cita requerida ] .
El vuelo 587 de American Airlines, un Airbus A300 , se estrelló en noviembre de 2001, cuando el estabilizador vertical se rompió debido a movimientos excesivos del timón por parte del piloto.
Un sistema de protección de la envolvente de vuelo podría haber evitado este accidente, aunque todavía se puede argumentar que debería proporcionarse un botón de anulación para contingencias cuando los pilotos son conscientes de la necesidad de exceder los límites normales.
El vuelo 1549 de US Airways, un Airbus A320 , sufrió una falla en ambos motores después de un impacto con un pájaro y posteriormente aterrizó de manera segura en el río Hudson en enero de 2009. El informe de accidente de la NTSB [14] menciona el efecto de la protección de la envolvente de vuelo: "La velocidad aerodinámica del avión en los últimos 150 pies del descenso fue lo suficientemente baja como para activar el modo de protección alfa de las características de protección de la envolvente fly-by-wire del avión... Debido a estas características, el avión no pudo alcanzar el ángulo de ataque máximo (AoA) alcanzable en la ley normal de cabeceo para el peso y la configuración del avión; sin embargo, el avión proporcionó el máximo rendimiento para el peso y la configuración en ese momento...
Las protecciones de la envolvente de vuelo permitieron al capitán tirar completamente hacia atrás de la palanca lateral sin el riesgo de detener el avión".
El vuelo 72 de Qantas sufrió un cabeceo no controlado debido a datos erróneos de una de sus computadoras ADIRU .
El vuelo 447 de Air France, un Airbus A330 , entró en pérdida aerodinámica de la que no se recuperó y se estrelló en el océano Atlántico en junio de 2009, matando a todos los que estaban a bordo. Una inconsistencia temporal entre las velocidades medidas, probablemente resultado de la obstrucción de los tubos de Pitot por cristales de hielo, provocó la desconexión del piloto automático y su reconfiguración a ley alternativa; una segunda consecuencia de la reconfiguración a ley alternativa fue que la protección contra pérdida ya no funcionaba.
La tripulación realizó entradas de control inapropiadas que provocaron que la aeronave se detuviera y no reconocieron que la aeronave se había estancado.
En octubre de 2018 y nuevamente en marzo de 2019, la activación errónea del sistema de protección de vuelo MCAS empujó a dos aviones Boeing 737 MAX a caídas irrecuperables, matando a 346 personas y provocando la inmovilización mundial del avión.