A continuación les dejo un informe sobre el desarrollo y aplicación de los comandos eléctricos de vuelo y las toberas vectoriales. Dos sistemas que cambiaron el rumbo de la aviación de combate.
Espero que les guste:
Fly – be – wire.
Fig1.- Un simple esquema de los comandos eléctricos de vuelo.
Fig2.- Se han sustituido las columnas de control clásicas, por una pequeña palanca (stick) lateral de cómodo uso, que también permite la total visualización de los instrumentos y libertad de movimiento para el piloto.
Fig3.- Cockpit F-22 Raptor. En la actualidad el piloto se comunica con los mandos por impulsos eléctricos en función del movimiento de sus controles.
Desarrollo:
Fig4.- F-8C utilizado por el Flight Research Center (NASA) para la experimentación de comandos eléctricos digital.
El primer Fly - by – wire: F-16
Fig5.- F-16. Pionero en los comandos eléctricos de vuelo.
Durante la guerra de Vietnam se constataron las diferencias del F-4 Phantom en el combate aéreo, especialmente en el combate cerrado. Para corregir estas imperfecciones se comenzó un programa que desembocaría en el F-15, avión sin embargo considerado por algunos sectores como muy caro y pesado y no adecuado para la tarea del combate aéreo de proximidad. Se necesitaba un avión de combate más ligero, de bajo coste y gran maniobrabilidad.
Entonces, se inicio el año 1971 el programa LWF (Avión de Combate Ligero), programa que acabo con la selección por parte de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos a principios del año 1975 del avión fighting falcon.
Como avión multipropósito multitud de armamento aire-suelo (bombas y misiles) y aire-aire (misiles y cañón). Se le diseño una cúpula tipo “burbuja” que proporciona una extraordinaria visibilidad exterior, visibilidad que se incrementa gracias a la posición elevada del asiento dentro de la cabina. El asiento sufre también una modificación al adquirir una inclinación de 30º en lugar de los 13º utilizados con anterioridad, proporcionando una mayor protección ante los elevados factores de carga que el avión puede alcanzar (9g). La palanca de control se sitúa en el lateral derecho en lugar de ocupar la tradicional posición central lo que facilita su utilización durante el combate cerrado. Las presiones ejercidas sobre esta palanca generan unas señales que son enviadas al ordenador digital que las transforma en movimientos de las superficies de mando creando la mejor respuesta posible teniendo en cuenta todas las condiciones así como sus limitaciones y así permitiendo el control efectivo de la aeronave, primero en su clase en poseer una configuración naturalmente inestable. Sin duda este fue el aspecto que hizo del F-16 fighting falcon uno de los aviones mas admirados y eficaces de su época, marcando un antes y un después en la historia del combate aéreo cerrado.
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Toberas Vectoriales.
Fig 1.- Harrier: pionero en utilizar la tecnología de toberas direccionales.
Un F/A-18 fue también modificado por la NASA con un sistema de toberas vectoriales de tres dimensiones para investigar el comportamiento del avión a altos ángulos de ataque, así como un F-15.
Para los “Flankerianos”:
Fig 3.- Sukhoi Su – 37.
Fig 4.- Sukhoi Su – 37 - tobera.
Espero que les guste:
Fly - by – wire y Toberas Vectoriales.
Desde los albores de la aviación, y hasta los días del Stratocruiser y el Super Guppy, volar un avión solía requerir un gran esfuerzo físico. Batallando contra las inclemencias meteorológicas, los pilotos navegaban en sus aviones operando manualmente cables de control conectados a superficies tales como alerones, flaps, elevadores y timones.
Maniobrar naves de mayor envergadura hizo necesario algo más que la fortaleza humana. Fue así como se introdujeron potentes sistemas hidráulicos, los cuales eran operados por los pilotos, vía mandos, cables y poleas.
Maniobrar naves de mayor envergadura hizo necesario algo más que la fortaleza humana. Fue así como se introdujeron potentes sistemas hidráulicos, los cuales eran operados por los pilotos, vía mandos, cables y poleas.
Fly – be – wire.
En la década de 1980 el diseño de los sistemas de control secundario comenzó a utilizar señales eléctricas que iban desde las palancas de potencia a través de computadoras y hasta los actuadores hidráulicos de las superficies de control. El nuevo sistema fly-by-wire (comandos eléctricos de vuelo) hizo extensiva esta tecnología al control primario del avión. Ya no se necesitaba el cuerno convencional de mando, dado que las órdenes salían del puesto de pilotaje por vía electrónica, y se lo reemplazó por una palanca o bastón lateral, más pequeño, el denominado sidestick. El nuevo sistema redujo el peso y la complejidad mecánica del avión, bajó los costos y representó para el piloto grandes ventajas, principalmente en materia de precisión, seguridad y ergonomía.
Gracias al papel mediador de las computadoras, que conocen el espectro total de capacidades técnicas y aerodinámicas del avión, los pilotos pueden hacer un uso total de éstas sin correr el riesgo de exceder su envolvente de vuelo. El sector de la envolvente que figura en las computadoras del sistema fly-by-wire se halla pre-programado de manera de limitar las actitudes que pudiera adoptar la aeronave. También se aplica la protección contra las violaciones a los excesos de velocidad ( Vmo/Mmo, bajas velocidades) independientemente de la orden dada por un piloto al avión a través del sidestick.
Gracias al papel mediador de las computadoras, que conocen el espectro total de capacidades técnicas y aerodinámicas del avión, los pilotos pueden hacer un uso total de éstas sin correr el riesgo de exceder su envolvente de vuelo. El sector de la envolvente que figura en las computadoras del sistema fly-by-wire se halla pre-programado de manera de limitar las actitudes que pudiera adoptar la aeronave. También se aplica la protección contra las violaciones a los excesos de velocidad ( Vmo/Mmo, bajas velocidades) independientemente de la orden dada por un piloto al avión a través del sidestick.
Fig1.- Un simple esquema de los comandos eléctricos de vuelo.
Todos los aviones se controlan a través del movimiento de superficies fijadas a sus alas y empenajes. En una aeronave de pequeñas dimensiones, estas superficies, conectadas mecánicamente a los controles de la cabina de mando, son accionadas directamente por el piloto.
En aparatos más grandes y rápidos, como los aviones comerciales y de combate, se precisa un esfuerzo mucho mayor para mover esas superficies, lo que hace necesario el empleo de actuadores hidráulicos (del mismo modo que una dirección asistida facilita el manejo de un vehículo pesado).
El enlace entre los controles de la cabina de pilotaje y los actuadores hidráulicos de las alas y los empenajes continúa siendo mecánico y habitualmente se basa en cables de acero, que se extienden por todo lo largo y ancho de la aeronave. En un avión dotado de fly-by-wire, este enlace se sustituye por uno eléctrico.
Conviene notar que el fly-by-wire elimina la necesidad de las molestas columnas de mandos de control.
Ya sea porque se utilicen columnas de control o palancas laterales y a pesar de que las señales se trasladan a través de computadoras, los pilotos mantienen permanentemente el gobierno de la aeronave.
En aparatos más grandes y rápidos, como los aviones comerciales y de combate, se precisa un esfuerzo mucho mayor para mover esas superficies, lo que hace necesario el empleo de actuadores hidráulicos (del mismo modo que una dirección asistida facilita el manejo de un vehículo pesado).
El enlace entre los controles de la cabina de pilotaje y los actuadores hidráulicos de las alas y los empenajes continúa siendo mecánico y habitualmente se basa en cables de acero, que se extienden por todo lo largo y ancho de la aeronave. En un avión dotado de fly-by-wire, este enlace se sustituye por uno eléctrico.
Conviene notar que el fly-by-wire elimina la necesidad de las molestas columnas de mandos de control.
Ya sea porque se utilicen columnas de control o palancas laterales y a pesar de que las señales se trasladan a través de computadoras, los pilotos mantienen permanentemente el gobierno de la aeronave.
Fig2.- Se han sustituido las columnas de control clásicas, por una pequeña palanca (stick) lateral de cómodo uso, que también permite la total visualización de los instrumentos y libertad de movimiento para el piloto.
Fig3.- Cockpit F-22 Raptor. En la actualidad el piloto se comunica con los mandos por impulsos eléctricos en función del movimiento de sus controles.
Desarrollo:
Aunque no se pude determinar el momento ni la herramienta utilizada en el comienzo del desarrollo de la aplicación de los mandos de vuelo eléctricos si podemos definir como proyecto más importante relacionado con este aspecto el llevado a cabo por el Flight Research Center de la NASA en sus instalaciones de Edwars (California), y que, utilizando un avión F8C, buscaba desarrollar un sistemas de mando de vuelo eléctrico digital. Para ello se modifico el avión mediante la sustitución de todo el circuito mecánico del sistema por uno eléctrico, la utilización de un ordenador digital de control de vuelo similar al utilizado por la nave espacial Apolo y de un sensor inercial para transmitir las señales del piloto a los actuadores de las superficies de control. La aeronave hizo su primer vuelo desde la pista de Edwars el 25 de mayo de 1972. Así se iniciaba un programa de 13 años y 210 vuelos. El F-8 fue también utilizado para experimentar una palanca de mando lateral, palanca que después seria utilizada en el F-16 así como en otros aviones tanto de combate como de transporte.
Fig4.- F-8C utilizado por el Flight Research Center (NASA) para la experimentación de comandos eléctricos digital.
Los resultados obtenidos con la utilización del sistema de mandos de vuelo eléctricos fueron tan extraordinarios que a partir de entonces todos los aviones de combate de altas características desarrollados en el mundo la han aplicado obteniendo excelentes niveles de seguridad y prestaciones. Los ejemplos mas recientes los encontramos en los cazas de ultima generación Gripen, Rafale, Eurofighter y F-22, todos ellos inestables lo que les confiere una alta agilidad, pero controlables gracias al nuevo sistema de mandos de vuelo.
El primer Fly - by – wire: F-16
Fig5.- F-16. Pionero en los comandos eléctricos de vuelo.
Durante la guerra de Vietnam se constataron las diferencias del F-4 Phantom en el combate aéreo, especialmente en el combate cerrado. Para corregir estas imperfecciones se comenzó un programa que desembocaría en el F-15, avión sin embargo considerado por algunos sectores como muy caro y pesado y no adecuado para la tarea del combate aéreo de proximidad. Se necesitaba un avión de combate más ligero, de bajo coste y gran maniobrabilidad.
Entonces, se inicio el año 1971 el programa LWF (Avión de Combate Ligero), programa que acabo con la selección por parte de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos a principios del año 1975 del avión fighting falcon.
Como avión multipropósito multitud de armamento aire-suelo (bombas y misiles) y aire-aire (misiles y cañón). Se le diseño una cúpula tipo “burbuja” que proporciona una extraordinaria visibilidad exterior, visibilidad que se incrementa gracias a la posición elevada del asiento dentro de la cabina. El asiento sufre también una modificación al adquirir una inclinación de 30º en lugar de los 13º utilizados con anterioridad, proporcionando una mayor protección ante los elevados factores de carga que el avión puede alcanzar (9g). La palanca de control se sitúa en el lateral derecho en lugar de ocupar la tradicional posición central lo que facilita su utilización durante el combate cerrado. Las presiones ejercidas sobre esta palanca generan unas señales que son enviadas al ordenador digital que las transforma en movimientos de las superficies de mando creando la mejor respuesta posible teniendo en cuenta todas las condiciones así como sus limitaciones y así permitiendo el control efectivo de la aeronave, primero en su clase en poseer una configuración naturalmente inestable. Sin duda este fue el aspecto que hizo del F-16 fighting falcon uno de los aviones mas admirados y eficaces de su época, marcando un antes y un después en la historia del combate aéreo cerrado.
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Toberas Vectoriales.
Fig 1.- Harrier: pionero en utilizar la tecnología de toberas direccionales.
La casi totalidad de de los aviones de combate a reacción utilizan motores con toberas fijas que dirigen el flujo de los gases de salida en una sola dirección coincidente con el eje del avión. Una excepción a esta configuración la representan los aviones de despegue vertical, entre los que más se destacan se encuentra el Harrier. Sin embargo la utilización de toberas direccionales puede desviar dicho flujo en dos o más direcciones provocando una reacción en el avión en el eje longitudinal de cabeceo (toberas de dos dimensiones con movimientos hacia arriba y abajo) o incluso de guiñada (toberas de tres dimensiones con movimientos además hacia la derecha e izquierda) pudiendo llegar a moverse en los tres ejes con una combinación de movimientos diferenciales de dichas toberas para producir movimientos de alabeo.
La aplicación de este sistema incrementa enormemente la maniobrabilidad del avión especialmente en condiciones de baja velocidad y altos ángulos de ataque, condiciones en que las superficies de control son poco efectivas. También permite reducir las carreras de despegue y aterrizaje.
El ya mencionado el centro de investigación de vuelo de la NASA llevo a cabo un programa sobre el demostrador X-31, el cual fue un desarrollo conjunto de alemanes y americanos para la investigación sobre elevados ángulos de ataque, para comprobar las ventajas que proporciona la utilización del empuje vectorial en el factor de agilidad, tan vital en al combate aire-aire, sobre todo cuando se utiliza dicha tecnología integrada en un sistema de mandos de vuelo eléctrico. Este aumento de agilidad viene determinado por la posibilidad de poder controlar la máquina aérea a altos valores de ángulos de ataque, valores en los que el piloto puede adquirir una importante ventaja sobre los aviones de combate convencionales en combate cerrado. Este programa ha demostrado igualmente que con el uso de las toberas vectoriales se puede controlar y la coordinación de los virajes, funciones q normalmente lleva a cavo el estabilizador vertical y el timón de dirección respectivamente. Además se ha demostrado que cualidades de vuelo utilizando este sistema no se han visto degradadas por lo que se concluye que tales superficies pueden ser eliminadas de los aviones.
El X-31, al que se le había dotado de una tobera direccional con tres aletas deflectoras de flujo, realizo su primer vuelo el 14 de febrero de 1991, primero de una larga serie que realizaría durante los 5 años siguientes con el objetivo de alcanzar altos valores de ángulo de ataque (hasta 70º), mas allá de los correspondientes a la perdida aerodinámica.
Fig 2.- X-31 en vuelo.
Un F/A-18 fue también modificado por la NASA con un sistema de toberas vectoriales de tres dimensiones para investigar el comportamiento del avión a altos ángulos de ataque, así como un F-15.
La aplicación de este sistema incrementa enormemente la maniobrabilidad del avión especialmente en condiciones de baja velocidad y altos ángulos de ataque, condiciones en que las superficies de control son poco efectivas. También permite reducir las carreras de despegue y aterrizaje.
El ya mencionado el centro de investigación de vuelo de la NASA llevo a cabo un programa sobre el demostrador X-31, el cual fue un desarrollo conjunto de alemanes y americanos para la investigación sobre elevados ángulos de ataque, para comprobar las ventajas que proporciona la utilización del empuje vectorial en el factor de agilidad, tan vital en al combate aire-aire, sobre todo cuando se utiliza dicha tecnología integrada en un sistema de mandos de vuelo eléctrico. Este aumento de agilidad viene determinado por la posibilidad de poder controlar la máquina aérea a altos valores de ángulos de ataque, valores en los que el piloto puede adquirir una importante ventaja sobre los aviones de combate convencionales en combate cerrado. Este programa ha demostrado igualmente que con el uso de las toberas vectoriales se puede controlar y la coordinación de los virajes, funciones q normalmente lleva a cavo el estabilizador vertical y el timón de dirección respectivamente. Además se ha demostrado que cualidades de vuelo utilizando este sistema no se han visto degradadas por lo que se concluye que tales superficies pueden ser eliminadas de los aviones.
El X-31, al que se le había dotado de una tobera direccional con tres aletas deflectoras de flujo, realizo su primer vuelo el 14 de febrero de 1991, primero de una larga serie que realizaría durante los 5 años siguientes con el objetivo de alcanzar altos valores de ángulo de ataque (hasta 70º), mas allá de los correspondientes a la perdida aerodinámica.
Fig 2.- X-31 en vuelo.
Un F/A-18 fue también modificado por la NASA con un sistema de toberas vectoriales de tres dimensiones para investigar el comportamiento del avión a altos ángulos de ataque, así como un F-15.
Un F/A-18 fue también modificado por la NASA con un sistema de toberas vectoriales de tres dimensiones para investigar el comportamiento del avión a altos ángulos de ataque, así como un F-15.
Para los “Flankerianos”:
Fig 3.- Sukhoi Su – 37.
Si hemos determinar una aeronave representativa de la utilización de las toberas de empuje vectorial todos estaríamos de acuerdo en elegir el ruso Sukhoi Su – 37, avión que a maravillado año tras año a los espectadores de los distintos eventos aeronáuticos en los participaban. No en vano sus espectaculares maniobras realizadas gracias al empleo de las toberas vectoriales quedaban al margen de toda explicación aerodinámica siendo exclusivas de este avión.
El Su – 37 es el ultimo de una familia de aviones derivados del Su-27, que incluyen al Su – 30, Su – 32, Su – 33 y Su – 35 en diferentes versiones. El primer vuelo se llevo a cavo en abril de 1966. La integración de las toberas vectoriales en el sistema de mandos de vuelo eléctrico le permite salir airoso de las perdidas y barrenas a cualquier altitud y de realizar cambios de actitud de hasta 360º a velocidad próxima a 0 y sin limitaciones en el ángulo de ataque. Para ello las toberas pueden ser desviadas, con un máximo de más/menos 15º en el eje vertical, de una manera sincronizada y diferencial dependiendo de la maniobra al realizar. De esta manera se optimiza el empuje de los dos motores AL-31FU TVC (Thrust Vector Control) capaces de proporcionar 14.500 kg de empuje por unidad con le uso del posquemador.
El Su – 37 es el ultimo de una familia de aviones derivados del Su-27, que incluyen al Su – 30, Su – 32, Su – 33 y Su – 35 en diferentes versiones. El primer vuelo se llevo a cavo en abril de 1966. La integración de las toberas vectoriales en el sistema de mandos de vuelo eléctrico le permite salir airoso de las perdidas y barrenas a cualquier altitud y de realizar cambios de actitud de hasta 360º a velocidad próxima a 0 y sin limitaciones en el ángulo de ataque. Para ello las toberas pueden ser desviadas, con un máximo de más/menos 15º en el eje vertical, de una manera sincronizada y diferencial dependiendo de la maniobra al realizar. De esta manera se optimiza el empuje de los dos motores AL-31FU TVC (Thrust Vector Control) capaces de proporcionar 14.500 kg de empuje por unidad con le uso del posquemador.
Fig 4.- Sukhoi Su – 37 - tobera.
