aviónica

La aviónica desempeña un papel fundamental en iniciativas de modernización como el proyecto Sistema de Transporte Aéreo de Próxima Generación de la Administración Federal de Aviación (FAA) en Estados Unidos y la iniciativa de Investigación del Sistema de Gestión del Tráfico Aéreo del Cielo Único Europeo (SESAR) en Europa. La Oficina Conjunta de Planificación y Desarrollo presentó una hoja de ruta para la aviónica en seis áreas: ^{[ 9 ]}

• Rutas y procedimientos publicados: navegación y enrutamiento mejorados.
• Trayectorias negociadas: Incorporación de comunicaciones de datos para crear rutas preferidas de forma dinámica.
• Separación delegada: mayor conocimiento de la situación en el aire y en tierra.
• Aproximación/Salida con baja visibilidad/techo de nubes: permite operaciones con restricciones meteorológicas y menor infraestructura terrestre.
• Operaciones en superficie: para aumentar la seguridad en la aproximación y la salida.
• Eficiencia del ATM: Mejora del proceso de gestión del tráfico aéreo (ATM).

La Aircraft Electronics Association reporta ventas de aviónica por $1.73 mil millones durante los primeros tres trimestres de 2017 en aviación general y de negocios , una mejora anual del 4.1%: el 73.5% provino de Norteamérica, las instalaciones previas representaron el 42.3%, mientras que el 57.7% fueron modernizaciones, ya que se acerca la fecha límite del 1 de enero de 2020 en EE. UU. para la implementación obligatoria del ADS-B out. ^{[ 10 ]}

Los sistemas de comunicación conectan la cabina de mando con tierra y la cabina de mando con los pasajeros. Las comunicaciones a bordo se proporcionan mediante sistemas de megafonía e intercomunicadores de la aeronave.

El sistema de comunicación aeronáutica VHF opera en la banda aérea de 118.000  MHz a 136.975  MHz. Cada canal está separado de los adyacentes por 8,33  kHz en Europa y 25  kHz en el resto del mundo. La VHF también se utiliza para la comunicación por línea de visión, como la comunicación entre aeronaves y entre aeronaves y control de tráfico aéreo (ATC). Se emplea modulación de amplitud y la conversación se realiza en modo simplex . La comunicación entre aeronaves también puede realizarse mediante HF (especialmente para vuelos transoceánicos) o comunicación por satélite.

La navegación aérea consiste en la determinación de la posición y la dirección sobre o por encima de la superficie terrestre. La aviónica puede utilizar sistemas de navegación por satélite (como GPS , WAAS , EGNOS y GBAS/LAAS ), sistemas de navegación inercial (INS), sistemas de radionavegación terrestres (como VOR o LORAN ) o cualquier combinación de estos. Algunos sistemas de navegación, como el GPS, calculan la posición automáticamente y la muestran a la tripulación en pantallas de mapas móviles. Los sistemas de navegación terrestres más antiguos, como VOR o LORAN, requieren que un piloto o navegante trace la intersección de las señales en un mapa de papel para determinar la ubicación de la aeronave; los sistemas modernos calculan la posición automáticamente y la muestran a la tripulación en pantallas de mapas móviles.

Los primeros indicios de cabinas de cristal surgieron en la década de 1970, cuando las pantallas de tubo de rayos catódicos (CRT) aptas para el vuelo comenzaron a reemplazar las pantallas, indicadores e instrumentos electromecánicos. Una cabina de cristal se refiere al uso de monitores de computadora en lugar de indicadores y otras pantallas analógicas. Las aeronaves fueron incorporando progresivamente más pantallas, diales y paneles de información que, con el tiempo, compitieron por el espacio y la atención del piloto. En la década de 1970, la aeronave promedio tenía más de 100 instrumentos y controles en la cabina. ^{[ 12 ]} Las cabinas de cristal comenzaron a materializarse con el jet privado Gulfstream G-IV en 1985. Uno de los principales desafíos en las cabinas de cristal es equilibrar la cantidad de control automatizado con la cantidad de control manual que debe realizar el piloto. Generalmente, se busca automatizar las operaciones de vuelo manteniendo al piloto constantemente informado. ^{[ 12 ]}

Las aeronaves cuentan con sistemas de control automático de vuelo. El piloto automático fue inventado por Lawrence Sperry durante la Primera Guerra Mundial para que los bombarderos volaran con la suficiente estabilidad como para alcanzar objetivos precisos desde 25 000 pies de altura. Cuando fue adoptado por primera vez por el ejército estadounidense , un ingeniero de Honeywell se sentó en el asiento trasero con unas cizallas para desconectar el piloto automático en caso de emergencia. Actualmente, la mayoría de los aviones comerciales están equipados con sistemas de control de vuelo para reducir los errores y la carga de trabajo del piloto durante el aterrizaje y el despegue. ^{[ 5 ]}

Los primeros pilotos automáticos comerciales sencillos se utilizaban para controlar el rumbo y la altitud, y tenían un control limitado sobre aspectos como el empuje y las superficies de control de vuelo . En los helicópteros , la autoestabilización se empleaba de forma similar. Los primeros sistemas eran electromecánicos. La llegada del control por cable (fly-by-wire) y las superficies de vuelo electroactuadas (en lugar de las hidráulicas tradicionales) ha aumentado la seguridad. Al igual que con las pantallas y los instrumentos, los dispositivos electromecánicos críticos tenían una vida útil limitada. En el caso de los sistemas críticos para la seguridad, el software se somete a pruebas muy rigurosas.

El Sistema de Indicación de Cantidad de Combustible (FQIS, por sus siglas en inglés) monitorea la cantidad de combustible a bordo. Mediante diversos sensores, como tubos capacitivos, sensores de temperatura, densitómetros y sensores de nivel, la computadora del FQIS calcula la masa de combustible restante a bordo.

El Sistema de Control y Monitoreo de Combustible (FCMS) informa sobre el combustible restante a bordo de manera similar, pero, al controlar las bombas y válvulas, también gestiona las transferencias de combustible entre los distintos tanques.

• Sistema de control de repostaje para cargar hasta una determinada masa total de combustible y distribuirla automáticamente.
• Transferencias durante el vuelo a los depósitos que alimentan los motores. Por ejemplo, desde el fuselaje a los depósitos de las alas.
• El control del centro de gravedad se transfiere desde los tanques de cola (compensación) hacia adelante, a las alas, a medida que se consume el combustible.
• Mantener el combustible en las puntas de las alas (para aliviar la flexión de las alas debido a la sustentación en vuelo) y transferirlo a los tanques principales después del aterrizaje.
• Controlar la descarga de combustible durante una emergencia para reducir el peso de la aeronave.

Para complementar el control del tráfico aéreo , la mayoría de los aviones de transporte grandes y muchos más pequeños utilizan un sistema de alerta de tráfico y prevención de colisiones (TCAS), que puede detectar la ubicación de aeronaves cercanas y proporcionar instrucciones para evitar una colisión en el aire. Las aeronaves más pequeñas pueden utilizar sistemas de alerta de tráfico más sencillos, como el TPAS, que son pasivos (no leen activamente los transpondedores de otras aeronaves) y no proporcionan avisos para la resolución de conflictos.

Para evitar colisiones contra el terreno ( CFIT ), las aeronaves utilizan sistemas como el sistema de advertencia de proximidad al terreno (GPWS), que emplea altímetros de radar como elemento clave. Una de las principales limitaciones del GPWS es la falta de información de anticipación, ya que solo proporciona la altitud sobre el terreno. Para superar esta limitación, las aeronaves modernas utilizan un sistema de advertencia de proximidad al terreno ( TAWS ).

Las cajas negras, o registradoras de datos de la cabina de los aviones comerciales, almacenan información de vuelo y audio de la cabina . A menudo se recuperan de una aeronave tras un accidente para determinar la configuración de los controles y otros parámetros durante el incidente.

Los sistemas meteorológicos, como el radar meteorológico (normalmente el Arinc 708 en aeronaves comerciales) y los detectores de rayos, son importantes para las aeronaves que vuelan de noche o en condiciones meteorológicas instrumentales , donde los pilotos no pueden ver el tiempo por delante. Las precipitaciones intensas (detectadas por el radar) o las turbulencias severas (detectadas por la actividad eléctrica) son indicadores de una fuerte actividad convectiva y de turbulencias severas, y los sistemas meteorológicos permiten a los pilotos desviarse para evitar estas zonas.

Los detectores de rayos, como el Stormscope o el Strikefinder, se han vuelto lo suficientemente económicos como para ser prácticos en aeronaves ligeras. Además del radar y la detección de rayos, ahora se dispone de observaciones e imágenes de radar ampliadas (como NEXRAD ) a través de conexiones de datos satelitales, lo que permite a los pilotos ver las condiciones meteorológicas mucho más allá del alcance de sus propios sistemas de vuelo. Las pantallas modernas permiten integrar la información meteorológica con mapas en movimiento, el terreno y el tráfico en una sola pantalla, simplificando enormemente la navegación.

Los sistemas meteorológicos modernos también incluyen detección de cizalladura del viento y turbulencia, así como sistemas de advertencia de terreno y tráfico. ^{[ 13 ]} La aviónica meteorológica a bordo es especialmente popular en África , India y otros países donde el transporte aéreo es un mercado en crecimiento, pero el apoyo en tierra no está tan desarrollado. ^{[ 14 ]}

Se ha avanzado hacia el control centralizado de los múltiples sistemas complejos instalados en las aeronaves, incluyendo la monitorización y gestión de los motores. Los sistemas de monitorización del estado y el uso (HUMS, por sus siglas en inglés) están integrados con los ordenadores de gestión de la aeronave para alertar con antelación a los técnicos de mantenimiento sobre las piezas que necesitarán ser reemplazadas.

El concepto de aviónica modular integrada propone una arquitectura integrada con software de aplicación portable a través de un conjunto de módulos de hardware comunes. Se ha utilizado en cazas a reacción de cuarta generación y en la última generación de aviones comerciales .

Si bien las comunicaciones aéreas constituyen la base para un vuelo seguro, los sistemas tácticos están diseñados para soportar las exigencias del campo de batalla. Los sistemas UHF , VHF tácticos (30-88  MHz) y SatCom, combinados con métodos ECCM y criptografía , garantizan la seguridad de las comunicaciones. Los enlaces de datos como Link 11 , 16 , 22 , BOWMAN , JTRS e incluso TETRA permiten la transmisión de datos (como imágenes, información de objetivos, etc.).

El radar aerotransportado fue uno de los primeros sensores tácticos. La ventaja de la altitud para lograr mayor alcance ha propiciado un enfoque significativo en las tecnologías de radar aerotransportado. Entre los radares se incluyen los de alerta temprana aerotransportada , los de guerra antisubmarina e incluso los radares meteorológicos ( Arinc 708 ) y los de seguimiento terrestre/proximidad.

Las fuerzas armadas utilizan radares en aviones de combate para ayudar a los pilotos a volar a baja altitud . Si bien el mercado civil cuenta con radares meteorológicos desde hace tiempo, ^{[ 15 ]} existen normas estrictas sobre su uso para la navegación de las aeronaves. ^{[ 16 ]}

El sonar de inmersión instalado en diversos helicópteros militares permite proteger los buques de submarinos o amenazas de superficie. Las aeronaves de apoyo marítimo pueden lanzar dispositivos de sonar activos y pasivos ( sonoboyas ) , que también se utilizan para determinar la ubicación de submarinos enemigos.

Los sistemas electroópticos incluyen dispositivos como la pantalla de visualización frontal (HUD), el sistema infrarrojo de visión frontal (FLIR), el sistema de búsqueda y seguimiento por infrarrojos y otros dispositivos infrarrojos pasivos ( sensores infrarrojos pasivos ). Todos ellos se utilizan para proporcionar imágenes e información a la tripulación de vuelo. Estas imágenes se emplean para diversas funciones, desde búsqueda y rescate hasta ayudas a la navegación y adquisición de objetivos .

Los sistemas de apoyo electrónico y de defensa se utilizan ampliamente para recopilar información sobre amenazas o posibles amenazas. Pueden emplearse para lanzar dispositivos (en algunos casos automáticamente) para contrarrestar amenazas directas contra la aeronave. También se utilizan para determinar el estado de una amenaza e identificarla.

Los sistemas de aviónica en aeronaves militares, comerciales y modelos avanzados de aeronaves civiles están interconectados mediante un bus de datos de aviónica. Los protocolos comunes de bus de datos de aviónica, junto con su aplicación principal, incluyen:

• Red de datos de aeronaves ( ADN ): Derivada de Ethernet para aeronaves comerciales.
• Ethernet conmutada dúplex completo para aviónica : Implementación específica de ARINC 664 ( ADN ) para aeronaves comerciales.
• ARINC 429 : Intercambio genérico de datos a velocidad media para aeronaves privadas y comerciales.
• ARINC 664 : Ver ADN arriba
• ARINC 629 : Aeronave comercial ( Boeing 777 )
• ARINC 708 : Radar meteorológico para aeronaves comerciales
• ARINC 717 : Registrador de datos de vuelo para aeronaves comerciales
• ARINC 825 : Bus CAN para aeronaves comerciales (por ejemplo, Boeing 787 y Airbus A350 ).
• Autobús digital estándar comercial
• IEEE 1394b : Aeronaves militares
• MIL-STD-1553 : Aeronaves militares
• MIL-STD-1760 : Aeronaves militares
• TTP – Protocolo de activación por tiempo: Boeing 787 , Airbus A380 , plataformas de actuación Fly-By-Wire de Parker Aerospace