Prueba de vuelo

Generalmente existen dos categorías de programas de pruebas de vuelo: comerciales y militares. Las pruebas de vuelo comerciales se realizan para certificar que la aeronave cumple con todos los requisitos de seguridad y rendimiento aplicables del organismo certificador gubernamental. En Estados Unidos, este organismo es la Administración Federal de Aviación ( FAA ); en Canadá, Transport Canada (TC); en el Reino Unido , la Autoridad de Aviación Civil ; y en la Unión Europea , la Agencia Europea de Seguridad Aérea (EASA). Dado que el desarrollo de aeronaves comerciales suele estar financiado por el fabricante y/o inversores privados, el organismo certificador no tiene interés en el éxito comercial de la aeronave. Estos organismos civiles se preocupan por la seguridad de la aeronave y por que el manual de vuelo del piloto describa con precisión su rendimiento. El mercado determinará la idoneidad de la aeronave para los operadores. Normalmente, el organismo de certificación civil no interviene en las pruebas de vuelo hasta que el fabricante haya detectado y solucionado cualquier problema de desarrollo y esté listo para solicitar la certificación.

Los programas militares se diferencian de los comerciales en que el gobierno contrata al fabricante de aeronaves para diseñar y construir un avión que cumpla con capacidades específicas para la misión. Estos requisitos de rendimiento se documentan para el fabricante en las especificaciones de la aeronave, y los detalles del programa de pruebas de vuelo (entre muchos otros requisitos del programa) se especifican en la declaración de trabajo. En este caso, el gobierno es el cliente y tiene un interés directo en la capacidad de la aeronave para cumplir la misión. Dado que el gobierno financia el programa, participa más activamente en el diseño y las pruebas de la aeronave desde el principio. A menudo, los pilotos de prueba e ingenieros militares se integran como parte del equipo de pruebas de vuelo del fabricante, incluso antes del primer vuelo. La fase final de las pruebas de vuelo de la aeronave militar es la Prueba Operativa (PO). La PO la lleva a cabo un equipo de pruebas exclusivamente gubernamental con el objetivo de certificar que la aeronave es adecuada y eficaz para llevar a cabo la misión prevista.

Las pruebas de vuelo de aeronaves militares suelen realizarse en instalaciones militares de pruebas de vuelo. La Armada de los EE. UU. prueba aeronaves en la Estación Aeronaval de Patuxent River y la Fuerza Aérea de los EE. UU . en la Base de la Fuerza Aérea Edwards . La Escuela de Pilotos de Pruebas de la Fuerza Aérea de los EE. UU. y la Escuela de Pilotos de Pruebas de la Armada de los EE. UU . son los programas diseñados para capacitar al personal de pruebas militares. En el Reino Unido, la mayoría de las pruebas de vuelo militares son realizadas por tres organizaciones: la RAF , BAE Systems y QinetiQ . Para actualizaciones menores, las pruebas pueden ser realizadas por una de estas tres organizaciones de forma aislada, pero los programas importantes normalmente son llevados a cabo por un equipo de pruebas conjunto (JTT), con las tres organizaciones trabajando juntas bajo el paraguas de un equipo de proyecto integrado (IPT).

Tanto para aeronaves comerciales como militares, así como para vehículos de lanzamiento, la preparación para las pruebas de vuelo comienza mucho antes de que la aeronave esté lista para volar. Inicialmente, se debe definir qué se debe probar, a partir de lo cual los ingenieros de pruebas de vuelo preparan el plan de pruebas, que consiste esencialmente en ciertas maniobras a realizar (o sistemas a probar). Cada prueba individual se conoce como Punto de Prueba. Un programa completo de pruebas de vuelo para la certificación/calificación de una nueva aeronave requerirá pruebas para muchos sistemas de la aeronave y regímenes de vuelo; cada uno se documenta normalmente en un plan de pruebas independiente. En total, un programa de pruebas de vuelo para la certificación constará de aproximadamente 10 000 Puntos de Prueba.

El documento utilizado para preparar un único vuelo de prueba para una aeronave se conoce como Tarjeta de Prueba. Esta contendrá una descripción de los puntos de prueba que se van a realizar. El ingeniero de pruebas de vuelo intentará realizar puntos de prueba similares de todos los planes de prueba en un mismo vuelo, siempre que sea posible. Esto permite obtener los datos necesarios con el mínimo número de horas de vuelo. El software utilizado para controlar el proceso de pruebas de vuelo se conoce como Software de Gestión de Pruebas de Vuelo y ayuda al ingeniero de pruebas de vuelo a planificar los puntos de prueba que se van a realizar, así como a generar la documentación necesaria.

Una vez establecidos los requisitos de datos para la prueba de vuelo, la aeronave o el vehículo de lanzamiento se instrumenta con un sistema de adquisición de datos (DAS) o una unidad de adquisición de datos (DAU) y sensores para registrar dichos datos para su análisis. Los parámetros de instrumentación típicos registrados durante una prueba de vuelo para una aeronave grande son:

• Presión y temperatura atmosféricas (estáticas);
• Presión y temperatura dinámicas ("totales") , medidas en varios puntos alrededor del fuselaje;
• Cargas estructurales en las alas y el fuselaje, incluidos los niveles de vibración;
• Actitud de la aeronave, ángulo de ataque y ángulo de deslizamiento lateral ;
• Aceleraciones en los seis grados de libertad , medidas con acelerómetros en diferentes posiciones de la aeronave;
• Niveles de ruido (interior y exterior);
• Temperatura interior (en la cabina y en los compartimentos de carga);
• deflexión de los controles de la aeronave (palanca/volante, pedal del timón y posición del acelerador);
• Parámetros de rendimiento del motor (presión y temperatura en distintas etapas, empuje, tasa de consumo de combustible).

Se pueden llevar a bordo instrumentos de calibración específicos, cuyo comportamiento se ha determinado a partir de pruebas previas, para complementar las sondas integradas de la aeronave.

Durante el vuelo, estos parámetros se utilizan para calcular parámetros relevantes del rendimiento de la aeronave, como la velocidad aerodinámica, la altitud, el peso y la posición del centro de gravedad.

Durante determinadas fases de las pruebas de vuelo, especialmente en las primeras etapas del desarrollo de una nueva aeronave, se transmiten numerosos parámetros a tierra durante el vuelo, donde son monitorizados por los ingenieros de pruebas y de apoyo, o bien se almacenan para su posterior análisis. Esto permite la monitorización de la seguridad y posibilita el análisis de los datos adquiridos tanto en tiempo real como mediante simulación completa.

Una vez que la aeronave o el vehículo de lanzamiento están completamente ensamblados e instrumentados, se realizan numerosas horas de pruebas en tierra. Esto permite explorar diversos aspectos: el funcionamiento básico de la aeronave, los controles de vuelo , el rendimiento del motor, la evaluación de la estabilidad de los sistemas dinámicos y proporciona una primera aproximación a las cargas estructurales. Posteriormente, el vehículo puede realizar su vuelo inaugural , un hito fundamental en cualquier programa de desarrollo de aeronaves o vehículos de lanzamiento.

Un programa de pruebas de vuelo tiene varios aspectos, entre los que se incluyen:

• Cualidades de manejo , que evalúa la controlabilidad de la aeronave y su respuesta a las acciones del piloto a lo largo de todo el rango de vuelo;
• Las pruebas de rendimiento evalúan las aeronaves en relación con sus capacidades previstas, como la velocidad, el alcance, la potencia disponible, la resistencia aerodinámica, las características del flujo de aire, etc.
• La estabilidad aeroelástica/de aleteo evalúa la respuesta dinámica de los controles y la estructura de la aeronave a las cargas aerodinámicas (es decir, inducidas por el aire);
• Las pruebas de aviónica/sistemas verifican que todos los sistemas electrónicos (navegación, comunicaciones, radares, sensores, etc.) funcionen según lo previsto;
• Las cargas estructurales miden las tensiones en la estructura del avión, los componentes dinámicos y los controles para verificar la integridad estructural en todos los regímenes de vuelo.

Las pruebas específicas para aeronaves militares incluyen:

• El lanzamiento de armas, que analiza la capacidad del piloto para adquirir el objetivo utilizando los sistemas a bordo y lanzar con precisión la munición sobre él;
• Una evaluación de la separación de las municiones al salir de la aeronave para garantizar que no existan problemas de seguridad;
• reabastecimiento de combustible en vuelo ;
• Medición de la firma radar/infrarroja;
• Operaciones de portaaviones .

Las situaciones de emergencia se evalúan como parte integral de todo programa de pruebas de vuelo. Algunos ejemplos son: fallas de motor durante las distintas fases del vuelo (despegue, crucero, aterrizaje), fallas de sistemas y degradación de los controles. El rango operativo general (pesos brutos permitidos, centros de gravedad, altitud, velocidades máximas y mínimas, maniobras, etc.) se establece y verifica durante las pruebas de vuelo. Siempre se demuestra que la aeronave es segura más allá de los límites permitidos para las operaciones normales, según lo estipulado en el Manual de Vuelo.

Dado que el objetivo principal de un programa de pruebas de vuelo es recopilar datos de ingeniería precisos, a menudo sobre un diseño que no está completamente probado, pilotar una aeronave de pruebas de vuelo requiere un alto grado de entrenamiento y habilidad. Por lo tanto, estos programas suelen ser llevados a cabo por un piloto de pruebas especialmente entrenado , los datos son recopilados por un ingeniero de pruebas de vuelo y, con frecuencia, se muestran visualmente al piloto y/o al ingeniero de pruebas de vuelo mediante instrumentación específica .

Incluye el análisis de un vuelo para su certificación. Analiza la parte interna y externa del vuelo, revisando minuciosamente cada uno de sus componentes. El informe incluye los resultados del análisis.

Introducción El rendimiento de las aeronaves tiene varias misiones como despegue , ascenso , crucero , aceleración , desaceleración , descenso , aterrizaje y otras maniobras básicas de caza , etc.

Tras las pruebas de vuelo, la aeronave debe ser certificada de acuerdo con sus respectivas normativas, como las FAR de la FAA , las Especificaciones de Certificación (CS) de la EASA y los Requisitos y Cumplimiento del Personal Aéreo de la India .

1. Evaluación y documentación del rendimiento de vuelo

• El procesamiento de datos de vuelo incluye filtrado, corrección de sesgo y resolución a lo largo de la trayectoria de vuelo ( Trayectoria ).
• Análisis de los segmentos de la misión a partir de los datos de las pruebas de vuelo.
• Estimación del empuje mediante la plataforma Performance Cycle Deck (PCD).
• Cálculo del empuje en vuelo mediante la plataforma de empuje en vuelo (IFTD).
• Documentación del rendimiento del vuelo con procedimientos estándar.
• Validación y actualización del modelo de rendimiento de la aeronave.

2. Reducción del rendimiento de vuelo a condiciones estándar.

• Estimación del rendimiento de las aeronaves mediante modelos en condiciones atmosféricas estándar internacionales (ISA).
• Las condiciones no estándar (probadas) se estudian incorporando individualmente la masa estándar, la altitud, la velocidad y la configuración del acelerador .
• Los efectos individuales se suman a las condiciones probadas (no estándar) para obtener el rendimiento en condiciones de atmósfera estándar internacional para la certificación .
• Para el despegue y el aterrizaje , también se tiene en cuenta el efecto del viento .

3. Preparación y validación de gráficos de rendimiento para el manual de datos operativos (ODM)

Las tablas de rendimiento permiten al piloto predecir el rendimiento de despegue, ascenso, crucero y aterrizaje de una aeronave. Estas tablas, proporcionadas por el fabricante, se incluyen en el Manual de Vuelo (AFM) o el Manual de Operaciones del Piloto (POH). La información que el fabricante proporciona en estas tablas se ha recopilado a partir de vuelos de prueba realizados en una aeronave nueva, en condiciones normales de operación, con habilidades de pilotaje promedio y con la aeronave y el motor en buen estado de funcionamiento. Los ingenieros registran los datos de vuelo y crean las tablas de rendimiento basándose en el comportamiento de la aeronave durante los vuelos de prueba. Mediante estas tablas, el piloto puede determinar la longitud de pista necesaria para el despegue y el aterrizaje, la cantidad de combustible a utilizar durante el vuelo y el tiempo necesario para llegar al destino. Los datos de las tablas no serán precisos si la aeronave no está en buen estado de funcionamiento o si opera en condiciones adversas. Siempre se debe considerar la necesidad de compensar los valores de rendimiento si la aeronave no está en buen estado de funcionamiento o si las habilidades de pilotaje son inferiores al promedio. Cada aeronave se comporta de manera diferente y, por lo tanto, tiene valores de rendimiento distintos. Calcule el rendimiento de la aeronave antes de cada vuelo, ya que cada vuelo es diferente.

Cada carta se basa en condiciones específicas y contiene notas sobre cómo adaptar la información a las condiciones de vuelo. Es importante leer cada carta y comprender cómo usarla. Lea las instrucciones proporcionadas por el fabricante. Para obtener una explicación sobre cómo usar las cartas, consulte el ejemplo proporcionado por el fabricante para esa carta específica.

La información que proporcionan los fabricantes no está estandarizada. Puede presentarse en formato de tabla o en formato gráfico. En ocasiones, los gráficos combinados integran dos o más gráficos en una sola tabla para compensar las diversas condiciones de vuelo. Estos gráficos permiten al piloto predecir el rendimiento de la aeronave ante variaciones en la altitud de densidad, el peso y los vientos, todo en una misma tabla. Debido a la gran cantidad de información que se puede extraer de este tipo de gráficos, es fundamental interpretarlos con mucha precisión. Un pequeño error al principio puede derivar en un gran error al final.

El resto de esta sección abarca información sobre el rendimiento de las aeronaves en general y analiza qué información contienen las cartas aeronáuticas y cómo extraerla mediante lectura directa e interpolación. Cada carta contiene abundante información útil para la planificación del vuelo. Se presentarán ejemplos de tablas, gráficos y gráficos combinados para todos los aspectos del vuelo.

Interpolación. No toda la información de las cartas aeronáuticas se extrae fácilmente. Algunas requieren interpolación para obtener la información correspondiente a condiciones de vuelo específicas. Interpolar información significa que, a partir de los datos conocidos, un piloto puede calcular información intermedia. Sin embargo, a veces los pilotos redondean los valores de las cartas a una cifra más conservadora. Utilizar valores que reflejen condiciones ligeramente más adversas proporciona una estimación razonable del rendimiento y ofrece un pequeño margen de seguridad. La siguiente ilustración muestra un ejemplo de interpolación de información a partir de una carta de distancia de despegue:

• Estimación del modelo para una amplia gama de condiciones atmosféricas, parámetros de vuelo y del motor.
• Preparación y validación de gráficos y tablas a partir de la estimación del modelo para predecir el rendimiento de la aeronave.
• Esto permitirá al piloto operar de manera eficaz y segura, y realizar comparaciones de rendimiento.

La composición del Equipo de Pruebas de Vuelo variará según la organización y la complejidad del programa de pruebas, sin embargo, existen algunos miembros clave que generalmente forman parte de todas las organizaciones de pruebas de vuelo. El líder de un equipo de pruebas de vuelo suele ser un ingeniero de pruebas de vuelo (FTE) o posiblemente un piloto de pruebas experimental . Otros FTE o pilotos también podrían participar. Otros miembros del equipo serían el ingeniero de instrumentación de pruebas de vuelo, los técnicos de sistemas de instrumentación, el departamento de mantenimiento de aeronaves (mecánicos, técnicos eléctricos, técnicos de aviónica, etc.), los inspectores de control de calidad/producto, el personal del centro de datos/computación en tierra, además de apoyo logístico y administrativo. Ingenieros de diversas disciplinas brindarían apoyo en las pruebas de sus sistemas particulares y analizarían los datos adquiridos para su área de especialización.

Dado que muchos programas de desarrollo de aeronaves son patrocinados por las fuerzas armadas gubernamentales, es frecuente que pilotos e ingenieros militares o civiles empleados por el gobierno se integren en el equipo de pruebas de vuelo. Los representantes gubernamentales supervisan el programa y revisan y aprueban los datos. Los pilotos de prueba gubernamentales también pueden participar en los vuelos de prueba propiamente dichos, incluso en el primer vuelo inaugural .