Indicador de actitud

IA con líneas de referencia de cabeceo y alabeo (izquierda) y la relación de la IA con la orientación de la aeronave (derecha).

El indicador de actitud ( IA ), también conocido como horizonte giroscópico u horizonte artificial , es un instrumento de vuelo que informa al piloto sobre la orientación de la aeronave con respecto al horizonte terrestre y proporciona una indicación inmediata del cambio de orientación más pequeño. La aeronave en miniatura y la barra de horizonte imitan la relación de la aeronave con respecto al horizonte real. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Es un instrumento principal para el vuelo en condiciones meteorológicas instrumentales . ^{[ 3 ] [ 4 ]}

La orientación siempre se presenta a los usuarios en grados (°). Sin embargo, los procesos internos, como los sensores, los datos y los cálculos, pueden utilizar una combinación de grados y radianes , ya que los científicos e ingenieros suelen preferir trabajar con radianes.

Antes de la llegada de la aviación, se utilizaban horizontes artificiales en la navegación celeste . Las propuestas de tales dispositivos basados ​​en giroscopios o peonzas se remontan a la década de 1740, ^{[ 5 ]} incluyendo el trabajo de John Serson .

Otro acontecimiento notable tuvo lugar en 1785, cuando John Adams , matemático inglés y director de la escuela benéfica de Latymer , recibió una medalla de plata de la Real Sociedad para el Fomento de las Artes, las Manufacturas y el Comercio por su invención de un «horizonte artificial para uso terrestre». ^{[ 6 ]} En su carta y relato histórico dirigido a la Sociedad, Adams detalló cómo había adquirido un nivel de burbuja circular de sifón en 1764 y, en 1778, había propuesto al fabricante de instrumentos londinense Peter Dollond un método para adaptarlo al cálculo de latitud y longitud . ^{[ 7 ]}

Implementaciones posteriores, también conocidas como horizontes de burbuja , se basaban en niveles de burbuja y estaban acopladas a un sextante . ^{[ 8 ]} En la década de 2010, se recuperaron restos de un horizonte artificial que utilizaba mercurio líquido de los restos del naufragio del HMS Erebus . ^{[ 9 ]}

Los componentes esenciales del instrumento incluyen una miniatura simbólica de una aeronave montada de manera que parezca volar con respecto al horizonte. Una perilla de ajuste, para compensar la línea de visión del piloto, mueve la aeronave hacia arriba y hacia abajo para alinearla con la barra del horizonte. La mitad superior del instrumento es azul para representar el cielo, mientras que la mitad inferior es marrón para representar el suelo. El índice de alabeo en la parte superior muestra el ángulo de alabeo de la aeronave. Las líneas de referencia en el centro indican el grado de cabeceo, hacia arriba o hacia abajo, con respecto al horizonte. ^{[ 2 ] [ 1 ]}

La mayoría de los aviones de fabricación rusa tienen un diseño algo diferente. La pantalla de fondo está coloreada como en un instrumento occidental, pero se mueve hacia arriba y hacia abajo solo para indicar el cabeceo. Un símbolo que representa la aeronave (que es fijo en un instrumento occidental) gira hacia la izquierda o hacia la derecha para indicar el ángulo de alabeo. ^{[ 10 ]} Una propuesta de versión híbrida de los sistemas occidental y ruso sería más intuitiva, pero nunca se ha popularizado. ^{[ 11 ]}

El corazón de la IA es un giroscopio (giróscopo) que gira a alta velocidad, ya sea mediante un motor eléctrico o mediante la acción de una corriente de aire que empuja las paletas del rotor situadas en su periferia. La corriente de aire se proporciona mediante un sistema de vacío, accionado por una bomba de vacío, o un venturi. El aire que pasa por la parte más estrecha de un venturi tiene menor presión debido al principio de Bernoulli . El giroscopio está montado en un cardán doble, lo que permite que la aeronave cabecee y se balancee mientras el giroscopio permanece en posición vertical. Un mecanismo de autoerección, accionado por la gravedad, contrarresta cualquier precesión debida a la fricción de los cojinetes . El mecanismo de erección puede tardar unos minutos en colocar los giroscopios en posición vertical después de encender el motor de la aeronave. ^{[ 2 ] [ 1 ] [ 12 ]}

Los indicadores de actitud tienen mecanismos que mantienen el instrumento nivelado con respecto a la dirección de la gravedad. ^{[ 13 ]} El instrumento puede desarrollar pequeños errores, en cabeceo o alabeo durante períodos prolongados de aceleración, desaceleración, giros o debido a la curvatura de la tierra debajo del avión en viajes largos. Para empezar, suelen tener un poco más de peso en la parte inferior, de modo que cuando la aeronave está en reposo en tierra cuelgan nivelados y, por lo tanto, estarán nivelados al arrancar. Pero una vez arrancados, ese peso pendular en la parte inferior no los tirará nivelados si no están nivelados, sino que su fuerza hará que el giroscopio precese . Para permitir que el giroscopio se oriente muy lentamente a la dirección de la gravedad mientras está en funcionamiento, el giroscopio típico alimentado por vacío tiene pequeños péndulos en la carcasa del rotor que cubren parcialmente los orificios de aire. Cuando el giroscopio no está nivelado con respecto a la dirección de la gravedad, los péndulos oscilan en la dirección de la gravedad y descubren o cubren los orificios, permitiendo o impidiendo que el aire salga a presión por ellos, y aplicando así una pequeña fuerza para orientar el giroscopio hacia la dirección de la gravedad. Los giroscopios eléctricos pueden tener mecanismos diferentes para lograr un efecto similar. ^{[ 14 ]}

Los sistemas de inteligencia artificial (IA) más antiguos tenían limitaciones en cuanto a la cantidad de cabeceo o balanceo que podían tolerar. Si se superaban estos límites, el giroscopio giraba al entrar en contacto su carcasa con los cardanes, generando una fuerza de precesión. Para evitarlo, se requería un mecanismo de bloqueo que inmovilizara el giroscopio si el cabeceo superaba los 60° y el balanceo los 100°. Los sistemas de IA modernos no presentan esta limitación y, por lo tanto, no requieren un mecanismo de bloqueo. ^{[ 2 ] [ 1 ]}

Los indicadores de actitud están libres de la mayoría de errores, pero dependiendo de la velocidad con la que funcione el sistema de elevación, puede haber una ligera indicación de cabeceo hacia arriba durante una aceleración rápida y una indicación de cabeceo hacia abajo durante una desaceleración rápida. También existe la posibilidad de un pequeño error de ángulo de alabeo y cabeceo después de un giro de 180°. Estos errores inherentes son pequeños y se corrigen solos en aproximadamente un minuto después de volver al vuelo recto y nivelado. ^{[ 1 ]}

Indicador de actitud del director de vuelo del Apolo (izquierda) y unidad de medición inercial (IMU) (derecha).

Los indicadores de actitud también se utilizan en naves espaciales tripuladas y se denominan Indicadores de Actitud del Director de Vuelo (FDAI), donde indican el ángulo de guiñada (nariz a la izquierda o a la derecha), cabeceo (nariz hacia arriba o hacia abajo), alabeo y órbita de la nave con respecto a un marco de referencia inercial fijo en el espacio , proveniente de una Unidad de Medición Inercial (IMU). ^{[ 15 ]} El FDAI puede configurarse para usar posiciones conocidas con respecto a la Tierra o las estrellas, de modo que los ingenieros, científicos y astronautas puedan comunicar la posición, actitud y órbita relativas de la nave. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

Los sistemas de referencia de actitud y rumbo (AHRS) proporcionan información de tres ejes basada en giroscopios láser de anillo , que puede compartirse con múltiples dispositivos de la aeronave, como las pantallas de vuelo principales ( PFD ) de la cabina de cristal . En lugar de utilizar un giroscopio giratorio, los AHRS modernos emplean electrónica de estado sólido , sensores inerciales de bajo coste , giroscopios de velocidad y magnetómetros . ^{[ 2 ] : 8–20 [ 1 ] : 5–22}

En la mayoría de los sistemas AHRS, si los indicadores de actitud (IA) de una aeronave fallan, habrá un IA de reserva ubicado en el centro del panel de instrumentos, donde también se encuentran disponibles otros instrumentos básicos de reserva, como el indicador de velocidad aerodinámica y el altímetro. Estos instrumentos de reserva, en su mayoría mecánicos, pueden permanecer disponibles incluso si fallan los instrumentos de vuelo electrónicos, aunque el indicador de actitud de reserva puede ser eléctrico y, después de un breve período, fallará si se interrumpe su suministro eléctrico. ^{[ 18 ]}

ADI (izquierda) con barras de dirección en forma de V amarillas, y una IA integrada con indicadores de senda de planeo y localizador ILS (derecha).

El Indicador de Actitud y Dirección (ADI), o Indicador de Director de Vuelo (FDI), es una IA integrada en un Sistema de Director de Vuelo (FDS). El ADI incorpora una computadora que recibe información del sistema de navegación, como el AHRS, y la procesa para proporcionar al piloto una indicación de trayectoria de vuelo tridimensional que le permita mantener el rumbo deseado. Esta indicación se presenta en forma de barras de dirección en V. La aeronave se representa mediante un símbolo delta, y el piloto la pilota de manera que el símbolo delta se encuentre dentro de las barras de dirección en V. ^{[ 1 ] : 5–23, 5–24}

• Acrónimos y abreviaturas en aviónica
• Vuelo 855 de Air India
• Vuelo de carga 8509 de Korean Air
• Visualización del horizonte de visión periférica (PVHD)
• Indicador de giro y deslizamiento