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1Avinica y Sistemas de Ayuda a la NavegacinGrado en Ingeniera Aeroespacial

Parte A. AvinicaPrctica 1. Instrumentacin bsica

Curso 2014/15

rea de Ingenierade Sistemas y Automtica (ISA)

Profesor: Luis Garca ([email protected])

2 OBJETIVOS: Mediante el uso del entrenador de instrumentacin comprender los

conceptos bsicos relacionados con la instrumentacin primaria y lossensores de datos del aire.

Familiarizarse con la identificacin, funcionalidad, caractersticas yoperacin de la instrumentacin bsica de una aeronave.

Localizacin e identificacin de averas en la instrumentacin.

DESARROLLO: Proyeccin de un video del entrenador Puesta en marcha y vuelo en el entrenador observando el

comportamiento de todos los instrumentos. Localizacin e identificacin de averas. Activar consecutivamente los

fallos previstos en el entrenador, describir los sntomas que se aprecienen la instrumentacin y las posibles causas que pueden originar laavera.

Area de Ingeniera de Sistemas y Automtica

Objetivos y desarrollo

3 Se emplear el entrenador de instrumentacin AVOTEK AS76. Se trata deun sistema de instrumentacin bsica de aeronaves que ilustra muchos de loscomponentes bsicos que se encuentran tpicamente en los aviones. Todoslos instrumentos utilizados son reales. Las entradas requeridas para que losinstrumentos operen con normalidad se generan en una serie de equiposauxiliares del entrenador.

El entrenador es un equipo completo, que simula de manera real el estndarcockpit de una aeronave. El equipo incluye la instrumentacin de vuelo y delmotor y todos los indicadores de funcionamiento.


Entrenador de instrumentacin AVOTEK AS76

4 INSTRUMENTOS DE VUELO: Girscopo direccional Indicador de actitud Indicador velocidad en el aire Indicador de giro y alabeo Altmetro Indicador de velocidad vertical

INSTRUMENTOS DEL MOTOR: Tacmetro Manmetro Indicador de temperatura aceite Indicador de vaco

SISTEMAS: Bomba/filtro vaco Regulador de presin de vaco Generador tacmetrico Sensor de temperatura aceite Sistema pitot esttico, incluyendo:

Tubo de pitot. Toma esttica del lado del fuselaje Fuente esttica alternativa Selector de la fuente esttica


Entrenador de instrumentacin AVOTEK AS76

5Area de Ingeniera de Sistemas y Automtica

Panel de instrumentos

6Area de Ingeniera de Sistemas y Automtica

Panel de sensores y actuadores

7 Los manmetros se utilizan para que el piloto pueda controlar la presin del aceite delubricacin del motor o la presin del combustible de entrada. Tambin se utiliza paramedir la presin de aire que se inyecta a los indicadores giroscpicos.

MEDIDOR DE SUCCIN (SUCTION GAUGE) Medidor de aspiracin que se utilizan para indicar cantidad de succin que

acciona los instrumentos giroscpicos conducidos por aire. El accionamiento delas paletas de los rotores de los girscopos se produce por succin de aire, el airees bombeado fuera por medio de una bomba de vaco. El aire entrante pasa atravs de filtros y es dirigido contra las paletas del rotor de los girscopos.

El medidor de aspiracin indica si el sistema de la bomba de vaco estfuncionando correctamente.

Tiene un rango de 0 a 6 pulgadas de Mercurio, el dial est graduado de 2 a 6.


Manmetros

8 MEDIDORES DE PRESION DE ADMISIN Mide la presin absoluta en el colector de admisin. Cuando el motor est parado

indicar la presin atmosfrica existente. Est compuesto de una cpsula aneroide conectada a la aguja indicadora

mediante un mecanismo multiplicador. La presin del sistema colector seintroduce en otra cpsula de diafragma a travs de una conexin en la parteposterior.


Manmetros

9 Los parmetros necesarios para calcular la presin de aire se miden mediante sondasestticas pitot (tubos pitot) y sensores estticos (tomas de aire estticas).

La presin total PT (tambin denominada presin dinmica o presin de impacto) esel lbulo de presin generado por el movimiento de avance de la aeronave. Vara deacuerdo al cuadrado de la velocidad de avance.

La presin esttica PS es la presin local que rodea la aeronave a una altura dada.Puede ser utilizada para determinar la altitud de la aeronave.

La presin esttica se puede medir por medio de los orificios laterales del tubo pitot,tambin mediante las tomas estticas en el fuselaje de la aeronave.

Hay varios tipos de errores que afectan a estos sensores de presin esttica. Paraevitar errores con la guiada (yaw) o con los cambios en el ngulo de ataque, lastomas estticas se sitan a ambos lados de la aeronave. An as es inevitable un ciertoerror debido al posicionamiento de los sensores que necesita correccin.


Sondas de datos de aire

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SISTEMA PITOT-ESTTICO Incluye algunos de los instrumentos que operan basados en la presin

baromtrica. Est compuesta de un tubo pitot, una toma esttica y tresindicadores, todos interconectados por conductos por donde circula el aire.

Los tres indicadores son el indicador de velocidad en el aire, el altmetro y elindicador de velocidad vertical.

El tubo Pitot mide la presin de impacto, que es la presin del aire exteriorproducida por la aeronave al volar en su seno. Est conectado con el indicadorde velocidad en el aire.

La toma esttica introduce aire exterior a la presin atmosfrica. Lalnea esttica se aplica al altmetro, al indicador de velocidad vertical, y alindicador de velocidad en el aire.


Instrumentos basados en la presin del aire

Las tomas estticas se sitan en zonas queproporcionen mediciones precisas de lapresin atmosfrica en condicin de reposo.

El tubo Pitot est montado en el exterior de laaeronave en un punto donde el aire sea pocoturbulento, en el morro en direccin paralela ala lnea de vuelo.

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La combinacin de la presin total medida por el tubo de Pitot (PT) y la presinesttica (PS) se usa para obtener datos de la aeronave:

La presin total se introduce en la cpsula y la presin esttica en la caja del instrumento. Ladeflexin de la cpsula ser proporcional a la diferencia entre estos dos parmetros yrepresenta la velocidad en el aire.

La presin esttica se introduce en la caja del instrumento, mientras que la propia cpsula sesella. La deflexin de la cpsula es proporcional a los cambios en la presin esttica y por lotanto a la altitud (altitud baromtrica).

La presin esttica se introduce en la cpsula. Tambin se introduce en la caja delinstrumento a travs de un orificio calibrado. La deflexin de la cpsula es proporcional a latasa de cambio en la altitud (velocidad vertical).



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INDICADOR DE VELOCIDAD (AIRSPEED INDICATOR ASI) El instrumento est conectado al tubo pitot y al puerto esttico. El indicador es un

cilindro hermtico conectado a la lnea esttica. Dentro, un pequeo diafragmaaneroide muy sensible a los cambios en la presin, est conectado a la presin deimpacto (lnea pitot).

La aguja est conectada a travs de una serie de palancas y engranajes con el ladolibre del diafragma. El indicador de velocidad mide la presin diferencial Pt-Ps.La aguja indica el diferencial de presin en millas por hora o nudos.



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ALTIMETRO (ALTIMETER ALT) El altmetro contiene una cpsula aneroide que se expande o contrae con los

cambios en la presin esttica. La cpsula est conectada mecnicamente con laaguja indicadora del instrumento.

El mecanismo aneroide contiene un dispositivo llamado yugo bimetlico. Esteyugo se compone de dos metales y realiza la funcin de compensar en elmecanismo aneroide el efecto de la temperatura del aire.

El dial del altmetro tpico est graduado con nmeros de 0 a 9. la presinbaromtrica se puede ajustar mediante un botn giratorio.



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INDICADOR DE VELOCIDAD VERTICAL(VERTICAL SPEED INDICATOR -VSI)

Indica la tasa de ascenso/descenso de la aeronave. El instrumento es hermtico ytiene una conexin a la lnea esttica. En el indicador hay dos cpsulas flexibles.Ambas cpsulas reciben aire a presin atmosfrica pero una de ellas con unretraso causado por una restriccin en el orificio de entrada. El diferencial depresin resultante acciona el mecanismo de desviacin de la aguja.



Z15

El entrenador utiliza un sensor para medir la temperatura del aceite. El sensor detemperatura es de tipo metlico y est montado en configuracin en puente deWheatstone. El indicador es un voltmetro con escala graduada en C.

La resistencia elctrica del sensor vara con la temperatura desequilibrando lacirculacin de corriente de ambas ramas del puente. Este diferencial de corriente entreambas ramas genera una cada de tensin entre los puntos A y B que hace girar laaguja del indicador.

Cuando la temperatura de sensor es de 0C, su resistencia es 100 ohmios. Lasresistencia de X , Y, y Z tambin son de 100 ohmios cada una. Por lo tanto, el puentede Wheatstone est equilibrado y la misma cantidad de corriente fluye en ambos ladosdel circuito paralelo. La tensin entre A y B es cero y el indicador marca cero.

Cuando la temperatura aumenta, la resistencia del sensor tambin aumenta, sedesequilibra el puente y la aguja se desva a la derecha.


Indicador de temperatura

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El tacmetro est compuesto de un generador y un indicador. Se utiliza para indicar lavelocidad del propulsor. El dial del indicador tacomtrico est calibrado enrevoluciones por minuto (rpm). En los propulsores tipo turbina se suelen calibrar enporcentaje (%) respecto a la velocidad nominal.

El sensor tacmetrico est constituido por un generador de corriente alterna trifsicaacoplado al propulsor de la aeronave. El indicador consta de un motor sncrono (quesigue al generador). El generador transmite la seal al motor sncrono. La frecuenciade la seal ser proporcional a la velocidad de giro del propulsor. El motor sncronohace girar un disco de arrastre al que est acoplada la aguja indicadora.


Tacmetro

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La aplicacin prctica del girscopo se basa en dos propiedades fundamentales de laaccin giroscpica: rigidez y precesin.

Los tres instrumentos bsicos basados en el girscopo son: Indicador de giro y balance (turn and bank, T&B). Se basa en la precesin giroscpica y es

un montaje semi-rgido. Indicador de direccin (directional gyro, DG). Se basa en la rigidez en el espacio para

establecer un plano de referencia y en la precesin para mantener el plano de rotacin delgirscopo.

Indicador de actitud (gyro horizon). Se basa en la rigidez para establecer un plano dereferencia y en la precesin para mantener la vertical (eje del rotor) perpendicular a lasuperficie de la tierra.

Los rotores de los girscopos bsicos empleados en el entrenador son accionados poraire de succin generado mediante una bomba de vaco. Este sistema luego fuereemplazado por motores elctricos.


Instrumentos giroscpicos

A BC

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SISTEMA DE VACO El entrenador utiliza una bomba de vaco elctrica tipo paletas que suministra 10 pulgadas de

Hg de vaco. Una vlvula reguladora ajusta la presin a las necesidades de los instrumentosgiroscpicos.

El medidor de vaco (vacuum gauge) indica la succin proporcionada por los instrumentos.Los indicadores de actitud y direccin operan entre 4.5-5.5 Hg, el vacio deseable es de unas5.0 Hg. El indicador de T&B opera entre 2.0-3.0 Hg, el vacio deseable es de unas 2.5 Hg.

Los filtros son una parte necesaria de cualquier sistema de vaco. El entrenador utiliza unfiltro para los indicadores de actitud y direccin y un segundo filtro para el indicador deT&B.



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INDICADOR DE GIRO y BALANCE (TURN & BANK INDICATOR T&B) Es una combinacin de dos instrumentos: bola y aguja. La bola responde libremente a la

fuerzas aplicadas. El indicador de giro (la aguja) depende de la precesin de un girscopo. La bola est contenida en un tubo de vidrio sellado y curvado lleno de lquido amortiguador.

Indica la relacin correcta entre el ngulo de alabeo y la velocidad de giro. El girscopo est equilibrado y gira alrededor del eje lateral de la aeronave en un marco que

pivota alrededor de la direccin longitudinal. As, slo responde a un movimiento en torno aleje vertical.

Como resultado, cuando la aeronave hace un giro, la posicin del girscopo permanececonstante, pero el cardan en el que est montado se inclina en la direccin contraria al giro.La aguja est conectada al marco indicando la direccin de giro con un desplazamientoproporcional a la velocidad de giro.



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INDICADOR DE DIRECCIN (DIRECTIONAL GYRO - DG) El DG es un instrumento que proporciona una direccin de referencia. Opera con el principio de rigidez giroscpica en el espacio. El rotor est montado en un

anillo cardan libre de girar en el eje vertical. Los DG no sealan el rumbo magntico y deben ajustarse para que la direccin coincida con

el rumbo que se desee sealar (usando la brjula). El girscopo se quedar en su posicin fija en el espacio de manera que el eje de rotor seala

constantemente una direccin. Al cambiar de direccin la aeronave, el anillo cardan sedesplazar y el dial marcar la nueva direccin.

Mediante un botn se puede ajustar el dial a la direccin deseada.



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INDICADOR DE ACTITUD (GYRO HORIZON) El indicador de actitud proporciona un horizonte artificial de referencia al piloto. El instrumento contiene un girscopo sobre cardan que puede adoptar cualquier posicin en

el espacio.



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Esquema neumtico

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Esquema neumtico

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INSTRUCCIONES DE OPERACIN1. Conecte el entrenador a la toma de corriente.2. Coloque el selector de altitude en descend y el selector de static en

normal. Lleve el acelerador (throttle) a la posicin mnima (idle).3. Gire el interruptor "Engine" a "Run". Los instrumentos comenzarn a funcionar

normalmente de la siguiente manera:a. RPM del motor: Indicacin de "Idle".b. Indicador de presin: Indicacin de idle.c. Indicador de succin: Normal. (Giros 4.5-5.5", T&B 2-3")d. Los tres instrumentos giroscpicos se activarn y alcanzarn su velocidad

de rgimen. (3 min)e. La temperatura del aceite del motor comenzar a aumentar.f. Establecer en el altmetro la elevacin del campo.g. La velocidad vertical indicar cero.

4. El acelerador (throttle) controlar la potencia del motor:a. La palanca de control de paso de la hlice (propeller) aumentar o

disminuir las RPM comandadas.b. Avanzando el acelerador aumentar la presin y las RPM hasta que se

alcance las RPM demandadas. La velocidad en el aire aumentar tambin.


Entrenador: Instrucciones de operacin

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INSTRUCCIONES DE OPERACIN5. Los instrumentos de vuelo giroscpico indicarn normalmente:

a. Ajustar el Girscopo direccional en la direccin deseada.b. Con las manetas del panel de instrumentos mover el panel adoptando

actitudes normales durante el vuelo. Los instrumentos mostrarn loscambios en la actitud y direccin.

6. Para vuelo ascendente, mover el selector "Altitude" a "Climb". El altmetro y elindicador de velocidad vertical indicarn la subida.

7. Para descender, mover el selector "Altitude" a "Descend". El altmetro y elindicador de velocidad vertical indicarn descenso.

8. Cuando se haya completado la prctica pare el motor.

PRUEBA DEL SISTEMA ESTATICO1. Mover la vlvula de control de altitud a la posicin "Static check" (Cerrado)2. Realizar la comprobacin esttica normal en el "Static system port".3. Seleccione Alternative en el selector Static y realice la comprobacin en el

tubo pitot. NOTA: El Indicador de velocidad en el aire se asla del resto del sistema esttico

(consulte esquema neumtico).


Entrenador: Instrucciones de operacin

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Accionando las vlvulas o interruptores etiquetados en el entrenador seactivan una serie de fallos.

Localizar e identificar los fallos. Rellene una tabla donde se describan lossntomas observados, la causa que los originan y la descripcin de la averaque simula (ver ejemplo).


Localizacin e identificacin de averas

FALLO SNTOMA CAUSA AVERA SIMULADA1 Baja presin de vaco,

girscopos no estabilizan

Apertura de la vlvula del regulador de vacio

Simula un fallo en la bomba de vaco, un fallo o desajuste del regulador o una rotura en los conductos de conexin.

2

3

4

5

6

7A

7B

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1. Comentarios sobre el funcionamiento del entrenador de instrumentacin

2. Explicar los fundamentos constructivos y fsicos de los tres instrumentos mecnicosbsicos: Altmetro (ALT), indicador de velocidad en el aire (ASI) e indicador develocidad vertical (VSI). Para qu se utilizan estos instrumentos en los avionesmodernos?

3. Con la ayuda de los esquemas neumticos del entrenador realizar un diagrama debloques del sistema de vacio que proporciona la fuerza propulsora de los girscopos.

4. La aplicacin prctica del girscopo se basa en dos propiedades fundamentales de laaccin giroscpica: rigidez y precesin. Indicar cules son los instrumentos bsicosbasados en el girscopo y en qu propiedad giroscpica se basan.

5. Tabla de localizacin e identificacin de fallos donde se describan los sntomas, lacausa y las posibles averas que simulan (formato similar a la tabla que se adjunta enel guin.

6. Descripcin de algn modelo de instrumento de vuelo basndose en la recopilacinde la informacin proporcionada por el fabricante sobre sus caractersticas tcnicas,funcionales y constructivas, aplicaciones, etc.


Entregables

Nmero de diapositiva 1Objetivos y desarrolloEntrenador de instrumentacin AVOTEK AS76Entrenador de instrumentacin AVOTEK AS76Panel de instrumentos Panel de sensores y actuadores Manmetros Manmetros Sondas de datos de aireInstrumentos basados en la presin del aire Instrumentos basados en la presin del aire Instrumentos basados en la presin del aire Instrumentos basados en la presin del aire Instrumentos basados en la presin del aire Indicador de temperaturaTacmetroInstrumentos giroscpicosInstrumentos giroscpicosInstrumentos giroscpicosInstrumentos giroscpicosInstrumentos giroscpicosEsquema neumticoEsquema neumticoEntrenador: Instrucciones de operacinEntrenador: Instrucciones de operacinLocalizacin e identificacin de averasEntregables

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