El Attitude Director Indicator (ADI) Por Orleans

Introducción Este artículo trata sobre uno de los instrumentos más importantes en cabina, tanto por su relevancia como por la cantidad de información que condensa en sus indicaciones. Así como en condiciones de vuelo visual (VMC) sirve de gran ayuda al piloto, es en vuelo instrumental (IMC) cuando se convierte en un instrumento vital para la operación de vuelo. Básicamente se trata de un horizonte giroscópico -u horizonte artificial- con muchas más funciones añadidas. Su función más básica es la indicación de alabeo y cabeceo del avión con relación al horizonte natural. Lo veremos en detalle más adelante. En el Flanker, Fulcrum y Frogfoot de Lomac está simulado de forma prácticamente idéntica al del avión real, tanto en apariencia gráfica como en funcionalidad. Por lo tanto, vamos a dar primero una descripción de todos sus elementos basándonos en el instrumento real, que es virtualmente idéntico al que encontramos en el simulador. Posteriormente, estudiaremos en detalle su operación e interpretación basándonos en el instrumento simulado. Podréis comprobar que las diferencias son mínimas.

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Cómo funciona Como hemos dicho antes, el ADI es básicamente un horizonte artificial con muchas más funciones. Ahora bien, ¿cómo conoce el ADI la posición y la actitud del avión en el espacio? Muy sencillo: a través de unos elementos denominados Giróscopos. El giróscopo es un dispositivo que 'siente' la actitud del avión en vuelo y se basa en las propiedades giroscópicas de una masa girando y sometida a determinadas fuerzas en los tres grados de libertad. No vamos a entrar en detalle sobre sus propiedades, dado que es un tema bastante complejo. Basta con decir que los giróscopos empleados antiguamente en aviación eran de tipo mecánico, constituidos por un rotor y dos anillos pivotantes montados concéntricamente. El conjunto era tremendamente complejo, pero el hecho es que funcionaba. Actualmente, este tipo de giróscopos sólo se usa en determinados tipos de aviones (aviación general). En la mayor parte de las aeronaves modernas, y sobre todo en cazas, se usan los llamados giróscopos láser, que mantienen las mismas propiedades pero sin elementos móviles/mecánicos como en los antiguos giróscopos. Los giróscopos láser integran un láser (lógicamente) y una serie de lentes y espejos en su interior. Mediante ellos, pueden detectar el desplazamiento del avión en cada uno de los ejes (vertical, longitudinal y transversal), para lo cual es necesario dedicar un giróscopo láser por cada grado de libertad del sistema, es decir: tres. El horizonte artificial, y obviamente el ADI, basan su funcionamiento en las señales enviadas por los giróscopos láser del avión para dar la indicación de actitud del avión al piloto. Esto es lo único que necesitáis saber sobre el tema. Pasemos ahora a la descripción detallada del instrumento.

Descripción del ADI

El ADI muestra las siguientes indicaciones: • Indicación de ángulo de pitch o ángulo de cabeceo. (Angulo que forma el eje longitudinal del avión con la horizontal). • Indicación de ángulo de bank o ángulo de alabeo. (Angulo que forma el eje transversal del avión con la horizontal) • Combinando ambas: indicación de la actitud del avión con respecto al horizonte natural. • Indicación de alineamiento en modo de Navegación (NAV), tanto en altitud como en rumbo, con respecto al waypoint activo en ese momento. Dicho waypoint está almacenado en el ordenador de misión del avión. • Indicación de alineamiento en modo ILS, tanto en senda como en localizador. • Indicación del Flight Director (ver más adelante).

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En detalle

1. Símbolo del avión 2. Escala de Pitch (cabeceo), en grados 3. Escala de Bank (alabeo), en grados 4. Barra horizontal del Flight Director (pitch requerido) 5. Barra vertical del Flight Director (bank requerido) 6. Escala de Altitud Deseada / Senda del ILS (glideslope) 7. Escala de RUTA Deseada / Localizador del ILS (localizer). Nota: RUTA no es lo mismo que RUMBO. 8. Indicador de derrape/resbale ("Bola")

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Indicaciones adicionales

A. Marca de referencia de alabeo (bank) de 45º a la DERECHA. B. Marca de referencia de alabeo (bank) de 45º a la IZQUIERDA. C. Escala de grados de pitch. D. Punto de referencia. E. Luz indicadora de modo CAGED/UNCAGED. (Nos indica si el ADI está operando en conjunción con el Sistema de Control de Vuelo o si por el contrario está operando en modo autónomo). F. Mando de enrasado del símbolo del avión (1). Se utiliza antes del despegue para ajustar la posición del símbolo del avión en el horizonte artificial. Ya conocemos el significado de todos los indicadores presentes en el ADI. Ahora vamos a explicar su interpretación en vuelo. Para ello, daremos antes una explicación del sistema de control de vuelo del Su27/33, que es quien controla las indicaciones presentes en el ADI (la explicación es válida para el resto de aviones, ya que el sistema es similar).

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El Flight Control System (FCS) Sistema de Control de Vuelo. Su nombre lo dice todo. Está formado por una serie de ordenadores que reciben señales de diferentes equipos del avión, procesan dichas señales mediante las leyes estipuladas en su software de control, y envían señales de salida a los sistemas que se encargan directamente de gestionar el vuelo del avión. Vamos a verlo más claro con este esquema:

En el corazón del sistema tenemos al FCS, gobernado por el ordenador de control de vuelo. Este recibe señales de:

o

o o

El ADC (calculador de datos de aire - Air Data Computer), el cual recibe señales de las tomas de presión dinámica (pitots), tomas de presión estática, temperatura exterior (OAT) y sensor de ángulo de ataque (AoA). El sistema de giróscopos del avión (GYRO), o el sistema AHRS (Attitude and Heading Reference System), los cuales proporcionan señal de actitud del avión en los tres ejes. El sistema de Navegación, el cual recibe señal de diferentes equipos de navegación del avión, tales como el VOR, ADF, DME/TACAN, ILS, Inercial (INS) y GPS.

Como todos os podéis imaginar, el sistema no es en realidad tan simple como lo hemos contado arriba, pero a efectos de lo que nos interesa de cara a simulación, no es necesario extenderse más sobre ello.

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Como hemos dicho previamente, el FCS procesa toda esa información y envía los datos de salida a los siguientes sistemas:   

Sistema de Control Automático (ACS - Automatic Control System), es decir, el sistema de Control Automático del avión, o para entendernos: el Piloto Automático. Instrumentos de presentación: ADI y HSI o instrumentos equivalentes. Sistema Director de Vuelo (Flight Director). Su salida está integrada en el ADI a través de las dos barras amarillas, vertical y horizontal, que hemos visto antes. Este sistema no da indicaciones de posición sino ORDENES. Es un concepto importante que hay que tener muy claro. Lo explicaremos más adelante.

Como hemos visto antes, el FCS enlaza directamente con el Mission Computer (ordenador de misión). En dicho ordenador está almacenado el plan de vuelo, con todos los waypoints (WP). Cada waypoint almacenado tiene datos de Altitud, coordenadas geográficas y tipo. Funciona así: Imaginemos que acabamos de despegar, y estamos en curso al WP1.   

Dicho waypoint está situado en un lugar concreto del espacio 3D, con sus coordenadas geográficas y su altitud, pongamos 2000 metros. El FCS toma del Mission Computer esos datos. Por otro lado, toma también de sus Entradas todos los datos correspondientes a nuestra posición y actitud actual. El FCS procesa esa información y nos dice, basándose en nuestra altitud y posición actual, hacia dónde y de qué forma deberíamos volar para llegar correctamente al WP1, tanto en posición como en altitud.

Vamos a verlo más claramente con unos ejemplos gráficos en la página siguiente.

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Interpretación del ADI Ok, acabamos de despegar y vamos volando tranquilamente con nuestro Flanker, sin prestar mucha atención a nuestro plan de vuelo. Hemos despegado con rumbo Norte, y lo mantenemos. Nuestra pista estaba en el Waypoint 0, orientada también al Norte. Ahora fijaros en las imágenes, ¿qué ha pasado? ¿Por qué no estamos metidos en la trayectoria original? ¿Cómo nos damos cuenta de que nos hemos desplazado de la ruta? ¿Cómo hacemos para volver a ella? No preocuparse, para eso tenemos el ADI.

Lo que ha pasado es que hay viento moderado de la derecha, pongamos... viento 060/20, es decir viento que sopla desde 060 y con una intensidad de 20 nudos. Nosotros hemos mantenido perfectamente el rumbo original, es decir, rumbo Norte, y al principio volábamos sobre la trayectoria que une WP0 con WP1. Esa es nuestra RUTA deseada, nuestra ruta programada en el plan de vuelo. Lo que ocurrió fue que el viento nos fue desplazando poco a poco de nuestra ruta original, y hemos acabado volando con rumbo Norte pero en una trayectoria paralela a la original (paralela a la ruta deseada).

Un rápido vistazo al ADI nos informa claramente de la situación: 





El indicador superior, marcado por un círculo rojo, nos está diciendo que nuestra TRAYECTORIA o RUTA deseada está a la derecha. O sea, que estamos desplazados a la izquierda de nuestra trayectoria correcta, según Plan de Vuelo. El indicador de la izquierda (resaltado en rojo también) nos está informando de que, además, la altitud a la que deberíamos estar volando está POR ENCIMA de nuestra altitud actual. Es decir, estamos bajos con respecto a la altitud planeada en el plan de vuelo. Fijaros que el sistema interpola las altitudes almacenadas en cada waypoint para darnos la indicación de altitud correcta en todo momento. Por otro lado, el Flight Director, a través de sus dos barras indicadoras amarillas, nos está ordenando una corrección para volver a la trayectoria almacenada en el plan de vuelo. Como podéis ver en la imagen derecha, para volver a nuestra trayectoria original, tenemos que poner rumbo aproximado de 070°. Bien, con el FD (Flight Director) no tenemos que preocuparnos por los rumbos, porque él nos indica el grado de alabeo EXACTO para alcanzar el rumbo requerido con el fin de volver a nuestra trayectoria original. En este caso, fijaros que nuestro alabeo es de 0 grados, estamos con planos nivelados. El FD nos está ordenando alabear ligeramente a la derecha.

Con ello consigue que establezcamos el rumbo requerido para ir directamente a por nuestra trayectoria original. En el momento que -con el alabeo estipulado- alcancemos el rumbo requerido, la barra vertical amarilla del FD se centrará, comunicándonos que tenemos que sacar el alabeo (nivelar planos) porque YA hemos alcanzado el rumbo requerido y estamos volando directamente hacia nuestra trayectoria original. Es decir, estamos interceptando la trayectoria. Cuando Area de Instrucción

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estemos a punto de cruzarla, la barra vertical amarilla del FD se moverá a la IZDA. Para indicarnos que tenemos que alabear a la izquierda para finalizar la interceptación y "meternos" correctamente en la trayectoria. Es interesante comentar que el FD tiene en cuenta el VIENTO. Es decir, las órdenes que nos da están ya corregidas por viento, no tenemos que preocuparnos por hacer cálculos manuales de corrección de deriva. Lo mismo ocurre con la barra amarilla horizontal del FD. En la imagen de arriba nos está diciendo que tenemos que subir el morro para poder alcanzar la altitud deseada, ya que vamos bajos. No sólo nos dice que tenemos que subir el morro, sino que nos muestra el ángulo EXACTO de pitch que tenemos que poner para realizar el ascenso estipulado, en función de nuestro desfase de altitud. En realidad, lo que nos está diciendo la barra horizontal del FD es que ajustemos una determinada posición de morro, lo cual, unido al empuje requerido (gases) nos dará el RATE de ascenso/descenso apropiado para alcanzar la altitud deseada.

CONCLUSION:  Las escalas de pitch y bank nos dicen cuál es la actitud actual del avión (en el ejemplo: planos nivelados y morro nivelado con el horizonte).  Las escalas superior e izquierda nos dicen cómo estamos con relación a nuestra trayectoria almacenada en el ordenador de misión. En este caso, estamos bajos y a la izquierda.  El FD, a través de sus barras amarillas, nos indica la corrección necesaria, en alabeo y cabeceo para volver a nuestra trayectoria original. Muy importante: Hay que tener claro que el Flight Director no nos indica posición, sino que nos indica las correcciones necesarias para volver a nuestra posición requerida. No confundir con las indicaciones de ILS, que son justo el concepto contrario.

Tened en cuenta que estas indicaciones son extremadamente sensibles y exactas. Ello nos permite volar el avión de forma precisa y siguiendo exactamente el plan de vuelo estipulado. Nuestro deber, como pilotos es seguir esas indicaciones al pie de la letra. Algunos podrán pensar que las indicaciones del ADI/HSI y FD son "demasiado sensibles e inexactas", y en realidad no es exactamente así. Lo que ocurre es que el piloto debe de ser lo suficientemente hábil para seguir con precisión dichas indicaciones. En los aviones reales, las indicaciones son así de sensibles. Necesitan ser sensibles para darnos una excelente precisión en vuelo instrumental, sin referencias visuales. Y el piloto necesita ser lo suficientemente hábil para seguir esas indicaciones y colocar el avión con seguridad en la ruta o en la pista. Al principio os costará un poco, pero con entrenamiento y práctica, seréis capaces de volar con FD como lo hacemos en la realidad, y seréis capaces de volar el avión con la precisión suficiente para cumplir con todos los requerimientos de la misión, independientemente de las condiciones meteorológicas. (Ello forma parte de la calificación Combat Ready de nuestro Grupo de Reactores). Por supuesto, para esta fase de la instrucción está prohibido el uso de los pilotos automáticos del avión. Es necesario prescindir de ellos para perfeccionar vuestra habilidad. Un avión con autopilots lo vuela cualquiera, un avión en modo manual es otra historia. Y se necesita perfeccionar la técnica de vuelo manual (aún asistida por Flight Director) antes de pasar a la fase de vuelo automático. Para no enrollarnos tanto, vamos a seguir con nuestro ejemplo, y de forma más gráfica.

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Volando con Flight Director (FD) Imaginaros que seguimos las indicaciones del FD del ejemplo anterior. Pero nos hemos despistado mirando la foto de la novia que tenemos pegada al lado del variómetro. ¿Qué ha ocurrido aquí?:

Lo que nos ha ocurrido ahora es que, hace unos instantes, la barra vertical amarilla del FD nos dio indicación de alabeo a la izquierda, para corregir el rumbo y meternos en nuestra ruta original. Nos despistamos y nos quedamos a la derecha de la trayectoria, como podéis ver (indicador superior). Además, seguimos estando por debajo de la altitud estipulada (indicado izquierdo). PERO, ahora hay una diferencia. Las barras del FD están centradas. ¿Qué quiere decir? Pues que nos hemos dado cuenta de nuestro error y ahora sí estamos siguiendo de forma precisa las órdenes del flight director: nos está indicando un alabeo de 42º a la izquierda, y lo estamos manteniendo. Asimismo, nos está ordenando un pitch de 20º de morro arriba, y lo estamos manteniendo. Por ello, vemos las dos barras amarillas centradas. Si seguimos correctamente sus órdenes, sin despistarnos, llegaremos a la siguiente situación:

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Ahora todo está perfecto. Por fin estamos de nuevo sobre la RUTA (trayectoria) planeada en el Mission Computer. Volamos con rumbo norte y sobre la Ruta Norte (la RUTA es la proyección sobre el suelo de la trayectoria aérea volada por nuestro avión). Hemos interceptado correctamente la trayectoria y la estamos manteniendo. Si nos fijamos en las indicaciones del ADI, veremos los indicadores de alineamiento centrados (estamos en ruta y además a la altitud estipulada) y veremos también que las barras amarillas del flight director están centradas, ordenándonos mantener la actitud actual del avión para continuar en la ruta, es decir: un poquito de alabeo a la derecha, para establecer una pequeña corrección de rumbo que compense el viento de la derecha, y unos 4º de ángulo de ataque, para mantener el vuelo nivelado en función de la velocidad de vuelo actual (entre otras variables).

Conclusión: para mantener correctamente la senda y trayectoria de vuelo debemos mantener CENTRADAS las dos barras del FD en todo momento. Es importantísimo que recordéis que el FD nos da órdenes o indicación de mando, que es lo mismo. Mientras que el resto de indicadores nos dan información de posición. Si mantenemos las barras centradas, llegaremos al Waypoint 2 siguiendo exactamente la ruta programada en el Mission Computer. Vamos a echar un vistazo ahora a las indicaciones del ADI en modo ILS, que son muy similares.

El ADI en modo ILS La interpretación del ADI en modo ILS es análoga al modo de Navegación. Por si no lo hemos dicho antes, el Mission Computer opera en diferentes modos, denominados modos Master. En Lomac, van del 1 al 8, y son los siguientes:

   

Modo 1: Navegación (Submodo MAP, RTN y LDG) Modos 2...6: Combate Aire-Aire Modo 7: Combate Aire/Tierra Modo 8: Schlem (ya lo veremos)

Lo que nos interesa por ahora es el Modo Master de Navegación, o modo 1. Para activar el MC en modo NAV, pulsamos la tecla '1'. Para acceder a los diferentes submodos, pulsamos repetidamente la tecla '1'. El modo LDG o modo Landing, lo llamamos también modo ILS. Esto es lo que nos hace falta saber por ahora. Hablaremos largo y tendido sobre los diferentes modos en la sección Aviónica. Puedes encontrar información detallada sobre el ILS en el artículo correspondiente dentro de la sección aviónica. Aquí sólo te resumiré, con un gráfico, sus principios: Simplificando mucho, el sistema de aterrizaje instrumental (Instrument Landing System - ILS) crea unos haces de ondas electromagnéticas perpendiculares entre sí y con origen en la pista, y se extienden espacialmente de la forma indicada en el gráfico. En el avión disponemos de unos equipos que reciben y procesan esa señal, y nos dan indicación (via HUD, ADI y HSI) de nuestra posición con respecto a la trayectoria ideal de aproximación.

Fíjate en el siguiente gráfico:

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El haz vertical se denomina Senda, y el haz horizontal se denomina Localizador. Cuando nuestro avión está situado justo en la intersección, se dice que está en la trayectoria correcta de aproximación, y las barras indicadoras en el ADI, HUD y HSI estarán centradas. Como digo, veremos su funcionamiento en un artículo aparte. Por ahora nos centraremos en las indicaciones del ILS en el ADI, que son de análoga interpretación a las del HSI y HUD. (Ver artículos correspondientes a estos dispositivos en la sección del Curso del avión).

En modo ILS, la interpretación del ADI es como sigue: El indicador superior es el de Localizador. El indicador izquierdo es el de SENDA, y las barras amarillas siguen siendo, como siempre, las indicaciones de mandato del Flight Director. En esta imagen vemos que estamos ligeramente desplazados a la izquierda del localizador, y algo por encima de la senda óptima de descenso (el indicador LOC está desplazado a la derecha y el indicador Glide Slope está desplazado hacia abajo).

Por tanto, aquí el Flight Director nos está ordenando: o o

Alabear un poquito a la derecha para interceptar el localizador. Bajar el morro para interceptar la senda.

Además, nos está dando las indicaciones exactas para efectuar la corrección con precisión. Observa que al maniobrar el avión para centrar las barras amarillas no significa que ya estemos “establecidos en localizador y senda”. Lo que significa es que hemos realizado las correcciones de rumbo y descenso necesarias para llegar a interceptar y establecernos en localizador y senda. Tardaremos un cierto tiempo en llegar a establecernos, pero al final ocurrirá (si seguimos adecuadamente las indicaciones del FD).

Como veis, el funcionamiento es muy similar al modo de navegación, únicamente las agujas indicadoras de alineamiento están dando información de parámetros distintos, aunque en cierto modo análogos al modo de Navegación.

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En esta imagen... ¿qué ha ocurrido? Pues a estas alturas ya deberías saberlo: Hemos hecho caso a las órdenes del FD y hemos establecido las correcciones en alabeo y cabeceo. Ahora mismo tenemos un ligerísimo viraje a la izquierda y el morro a 6º por encima del horizonte. El ADI nos indica que: 1. El localizador está a nuestra izquierda, pero estamos llevando un rumbo correcto de interceptación (aguja amarilla vertical del FD centrada). 2. Estamos perfectamente establecidos en la senda de descenso (aguja amarilla horizontal del FD e indicador de senda centrados). Manteniendo esa actitud, tarde o temprano interceptaremos correctamente el localizador y nos estableceremos en la senda de aproximación correcta.

Cuando llegue ese momento, las agujas del FD cambiarán de posición para que ejecutemos las maniobras necesarias para mantener la trayectoria, y la indicación quedará así:

Perfecto. Estamos en la trayectoria ideal de aproximación. Observad que: 1. El indicador de Localizador está centrado. 2. El indicador de Senda está centrado. 3. Las barras del FD están centradas. Eso quiere decir que estamos volando con el rumbo adecuado para mantener el localizador (corregido por viento) y el rate de descenso adecuado para mantenernos en senda. Si continuamos manteniendo estas indicaciones, virtualmente llegaremos a la altura mínima de aproximación perfectamente establecidos.

Hablaremos de estos conceptos en un futuro artículo sobre el sistema de aproximación y aterrizaje instrumental, el ILS.

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Conclusiones finales Como hemos visto, el ADI es un instrumento que nos da multitud de indicaciones en un reducido espacio. Tenemos que aprender a interpretarlo correctamente, ya que al principio puede dar lugar a confusión. Y una confusión en vuelo instrumental es normalmente preludio de una catástrofe. Su monitorización es obligatoria y contínua en vuelo bajo condiciones IMC (instrumentales, sin visibilidad). Pero aún en condiciones visuales nos puede resultar de mucha ayuda, en concreto a la hora de maniobrar el avión de forma precisa: mantener un ángulo de alabeo concreto y una posición de morro concreta. Nunca me cansaré de repetir que tenemos que ser extremadamente finos en el pilotaje del avión. Y ser extremadamente fino no es lo mismo que ser extremadamente lento. Ser lento pilotando un reactor equivale a ser un pardillo, porque iremos siempre "por detrás" del avión. Y, desgraciadamente, ir por detrás del avión en reactores puede resultar muy perjudicial para la salud del piloto. Por tanto, es importantísimo que practiquéis mucho con el ADI. Intentad volar exclusivamente con sus indicaciones. Intentad realizar ILS de la misma forma. Al principio cuesta un poco (a todos nos ha costado, tanto en vuelo simulado como en vuelo real). Pero perseverando, conseguiréis un manejo del avión increíblemente preciso. Y eso es algo que luego notaréis en combate. Os lo aseguro.

ESA_ORLEANS © ESCUADRÓN CRUZ DE SAN ANDRÉS

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