Aviónica

La aviónica ( combinación de las palabras inglesas "aviation" y "electronics ") son los sistemas electrónicos que se utilizan en las aeronaves . Los sistemas aviónicos incluyen las comunicaciones, la navegación , la visualización y la gestión de múltiples sistemas y los cientos de sistemas que se instalan en las aeronaves para realizar funciones individuales. Estos pueden ser tan simples como un reflector para un helicóptero policial o tan complicados como el sistema táctico para una plataforma de alerta temprana aerotransportada . ^[1]

El término " aviónica " fue acuñado en 1949 por Philip J. Klass , editor senior de la revista Aviation Week & Space Technology , como un acrónimo de " electrónica de aviación ". ^{[2] [3]}

La comunicación por radio se utilizó por primera vez en aviones justo antes de la Primera Guerra Mundial . ^[4] Las primeras radios aerotransportadas estaban en zeppelines , pero los militares impulsaron el desarrollo de equipos de radio ligeros que pudieran ser transportados por aeronaves más pesadas que el aire, de modo que los biplanos de reconocimiento aéreo pudieran informar sus observaciones inmediatamente en caso de que fueran derribados. La primera transmisión de radio experimental desde un avión fue realizada por la Marina de los EE. UU. en agosto de 1910. Las primeras radios de aeronave transmitían por radiotelegrafía , por lo que requerían aviones biplaza con un segundo tripulante que pulsara una tecla de telégrafo para deletrear mensajes en código Morse . Durante la Primera Guerra Mundial, los equipos de radio bidireccionales de voz AM se hicieron posibles en 1917 (ver TM (triodo) ) gracias al desarrollo del tubo de vacío de triodo , que era lo suficientemente simple como para que el piloto de un avión monoplaza pudiera usarlo mientras volaba.

El radar , la tecnología central utilizada hoy en día en la navegación aérea y el control del tráfico aéreo , fue desarrollado por varias naciones, principalmente en secreto, como un sistema de defensa aérea en la década de 1930 durante el período previo a la Segunda Guerra Mundial . Muchos de los sistemas de aviónica modernos tienen su origen en los desarrollos bélicos de la Segunda Guerra Mundial. Por ejemplo, los sistemas de piloto automático que son comunes hoy en día comenzaron como sistemas especializados para ayudar a los aviones bombarderos a volar lo suficientemente constantes como para alcanzar objetivos de precisión desde grandes altitudes. ^[5] La decisión de Gran Bretaña en 1940 de compartir su tecnología de radar con su aliado estadounidense, en particular el tubo de vacío de magnetrón , en la famosa Misión Tizard , acortó significativamente la guerra. ^[6] La aviónica moderna es una parte sustancial del gasto en aviones militares. Aviones como el F-15E y el ahora retirado F-14 tienen aproximadamente el 20 por ciento de su presupuesto gastado en aviónica. La mayoría de los helicópteros modernos ahora tienen divisiones presupuestarias de 60/40 a favor de la aviónica. ^[7]

El mercado civil también ha experimentado un aumento del coste de la aviónica. Los sistemas de control de vuelo ( fly-by-wire ) y las nuevas necesidades de navegación derivadas de los espacios aéreos más restringidos han hecho subir los costes de desarrollo. El principal cambio ha sido el reciente auge de los vuelos comerciales. A medida que más personas empiezan a utilizar los aviones como su principal medio de transporte, se han inventado métodos más elaborados para controlar las aeronaves de forma segura en estos espacios aéreos altamente restrictivos. ^{[ cita requerida ]}

La aviónica desempeña un papel importante en iniciativas de modernización como el proyecto Next Generation Air Transportation System (Sistema de transporte aéreo de próxima generación ) de la Administración Federal de Aviación (FAA) en los Estados Unidos y la iniciativa Single European Sky ATM Research (SESAR) en Europa. La Oficina Conjunta de Planificación y Desarrollo presentó una hoja de ruta para la aviónica en seis áreas: ^[8]

• Rutas y procedimientos publicados: navegación y rutas mejoradas
• Trayectorias negociadas: agregar comunicaciones de datos para crear rutas preferidas de forma dinámica
• Separación delegada: mayor conciencia situacional en el aire y en tierra
• Baja visibilidad/aproximación/salida por techo: permite operaciones con limitaciones climáticas con menos infraestructura terrestre
• Operaciones de superficie: para aumentar la seguridad en la aproximación y la salida
• Eficiencias ATM: mejora del proceso de gestión del tráfico aéreo (ATM)

La Asociación de Electrónica Aeronáutica informa de unas ventas de aviónica de 1.730 millones de dólares en los tres primeros trimestres de 2017 en aviación comercial y general , una mejora anual del 4,1%: el 73,5% provino de América del Norte, el acondicionamiento previo representó el 42,3%, mientras que el 57,7% fueron modernizaciones , ya que la fecha límite estadounidense del 1 de enero de 2020 para la aproximación externa obligatoria con ADS-B . ^[9]

La cabina o, en aeronaves más grandes, debajo de la cabina de una aeronave o en un cono de morro móvil, es una ubicación típica para el equipo de la bahía de aviónica , incluidos los sistemas de control, monitoreo, comunicación, navegación, clima y anticolisión. La mayoría de las aeronaves alimentan su aviónica utilizando sistemas eléctricos de CC de 14 o 28 voltios ; sin embargo, las aeronaves más grandes y sofisticadas (como los aviones de pasajeros o los aviones de combate militares) tienen sistemas de CA que operan a 115 voltios 400 Hz, CA. ^[10] Hay varios proveedores importantes de aviónica de vuelo, incluidos The Boeing Company , Panasonic Avionics Corporation , Honeywell (que ahora posee Bendix/King ), Universal Avionics Systems Corporation , Rockwell Collins (ahora Collins Aerospace), Thales Group , GE Aviation Systems , Garmin , Raytheon , Parker Hannifin , UTC Aerospace Systems (ahora Collins Aerospace), Selex ES (ahora Leonardo ), Shadin Avionics y Avidyne Corporation .

Las normas internacionales para equipos de aviónica son preparadas por el Comité de Ingeniería Electrónica de Líneas Aéreas (AEEC) y publicadas por ARINC.

La instalación de aviónica es un aspecto fundamental de la aviación moderna, ya que garantiza que las aeronaves estén equipadas con los sistemas electrónicos necesarios para una operación segura y eficiente. Estos sistemas abarcan una amplia gama de funciones, incluidas la comunicación, la navegación, la monitorización, el control de vuelo y la detección meteorológica. Las instalaciones de aviónica se realizan en todo tipo de aeronaves, desde pequeños aviones de aviación general hasta grandes aviones comerciales y militares.

La instalación de aviónica requiere una combinación de conocimientos técnicos, precisión y cumplimiento de normas regulatorias estrictas. El proceso generalmente implica:

1. Planificación y diseño : antes de la instalación, el taller de aviónica trabaja en estrecha colaboración con el propietario de la aeronave para determinar los sistemas necesarios en función del tipo de aeronave, el uso previsto y los requisitos normativos. A menudo, se diseñan paneles de instrumentos personalizados para adaptarse a los nuevos sistemas.
2. Cableado e integración : los sistemas de aviónica están integrados en los sistemas eléctricos y de control de la aeronave, y el cableado suele requerir marcado láser para garantizar su durabilidad e identificación. Los talleres utilizan esquemas detallados para garantizar una instalación correcta.
3. Pruebas y calibración : después de la instalación, cada sistema debe probarse y calibrarse minuciosamente para garantizar su correcto funcionamiento. Esto incluye pruebas en tierra, pruebas de vuelo y la alineación del sistema con estándares regulatorios como los establecidos por la FAA.
4. Certificación : Una vez que los sistemas están instalados y probados, el taller de aviónica completa las certificaciones necesarias. En los EE. UU., esto suele implicar el cumplimiento de las Partes 91.411 y 91.413 de la FAA para operaciones IFR (Reglas de vuelo por instrumentos), así como la certificación RVSM (Separación vertical mínima reducida).

La instalación de aviónica se rige por estrictos marcos regulatorios para garantizar la seguridad y confiabilidad de los sistemas de aeronaves. En los Estados Unidos, la Administración Federal de Aviación (FAA) establece los estándares para las instalaciones de aviónica. Estos incluyen pautas para:

• Rendimiento del sistema : Los sistemas de aviónica deben cumplir con los parámetros de rendimiento definidos por la FAA, garantizando que funcionen correctamente en todas las fases del vuelo.
• Certificación : Los talleres que realizan instalaciones deben estar certificados por la FAA y sus técnicos a menudo poseen certificaciones como la Licencia de Operador General de Radiotelefonía (GROL).
• Inspecciones : Las aeronaves equipadas con sistemas de aviónica recién instalados deben someterse a inspecciones rigurosas antes de recibir autorización para volar, incluidas pruebas en tierra y en vuelo.

En los últimos años, el campo de la aviónica ha experimentado rápidos avances tecnológicos que han dado lugar a sistemas más integrados y automatizados. Las tendencias clave incluyen:

• Cabinas de cristal : los indicadores analógicos tradicionales están siendo reemplazados por pantallas de cabina de cristal totalmente integradas, que brindan a los pilotos una vista centralizada de todos los parámetros de vuelo.
• Tecnologías NextGen : ADS-B y la navegación basada en satélite son parte de la iniciativa NextGen de la FAA, cuyo objetivo es modernizar el control del tráfico aéreo y mejorar la eficiencia del espacio aéreo nacional.
• Sistemas autónomos : los avances en inteligencia artificial y aprendizaje automático están allanando el camino para sistemas de aeronaves más autónomos, mejorando la seguridad y reduciendo la carga de trabajo del piloto.

Los talleres especializados en instalación de aviónica brindan estos servicios a los propietarios de aeronaves, garantizando el cumplimiento de los estándares de la industria y las últimas tecnologías. Entre los talleres más destacados se incluyen:

• Avionics Works ^[11] , con sede en Fort Pierce, Florida, se especializa en instalaciones personalizadas y mantenimiento de aviónica para una amplia gama de aeronaves.
• Duncan Aviation ^[12] , uno de los mayores proveedores de servicios independientes, que ofrece servicios integrales de aviónica.
• Western Aircraft ^[13] , ubicada en Boise, Idaho, ofrece una gama completa de instalaciones y servicios de aviónica.
• Sarasota Avionics ^[14] , un proveedor con sede en Florida conocido por su amplia selección de productos de aviónica y servicios de instalación.

Las comunicaciones conectan la cabina de mando con el suelo y la cabina de mando con los pasajeros. Las comunicaciones a bordo se realizan mediante sistemas de megafonía e intercomunicadores de la aeronave.

El sistema de comunicación de aviación VHF funciona en la banda aérea de 118.000 MHz a 136.975 MHz. Cada canal está separado de los adyacentes por 8,33 kHz en Europa y 25 kHz en el resto del mundo. VHF también se utiliza para comunicaciones de línea de visión, como entre aeronaves y entre aeronaves y ATC. Se utiliza modulación de amplitud (AM) y la conversación se realiza en modo símplex . La comunicación entre aeronaves también puede realizarse mediante HF (especialmente para vuelos transoceánicos) o comunicación por satélite.

La navegación aérea es la determinación de la posición y la dirección sobre o por encima de la superficie de la Tierra. La aviónica puede utilizar sistemas de navegación por satélite (como GPS y WAAS ), sistemas de navegación inercial (INS), sistemas de radionavegación terrestres (como VOR o LORAN ) o cualquier combinación de ellos. Algunos sistemas de navegación, como el GPS, calculan la posición automáticamente y la muestran a la tripulación de vuelo en pantallas de mapas móviles. Los sistemas de navegación terrestres más antiguos, como VOR o LORAN, requieren que un piloto o navegante trace la intersección de señales en un mapa de papel para determinar la ubicación de una aeronave; los sistemas modernos calculan la posición automáticamente y la muestran a la tripulación de vuelo en pantallas de mapas móviles.

Los primeros indicios de cabinas de cristal surgieron en la década de 1970, cuando las pantallas de tubo de rayos catódicos (CRT) aptas para volar comenzaron a reemplazar las pantallas, indicadores e instrumentos electromecánicos. Una cabina de "cristal" se refiere al uso de monitores de computadora en lugar de indicadores y otras pantallas analógicas. Los aviones fueron adquiriendo progresivamente más pantallas, diales y tableros de información que eventualmente compitieron por el espacio y la atención del piloto. En la década de 1970, el avión promedio tenía más de 100 instrumentos y controles de cabina. ^[15] Las cabinas de cristal comenzaron a aparecer con el jet privado Gulfstream G-IV en 1985. Uno de los desafíos clave en las cabinas de cristal es equilibrar cuánto control está automatizado y cuánto debe hacer el piloto manualmente. Generalmente intentan automatizar las operaciones de vuelo mientras mantienen al piloto constantemente informado. ^[15]

Los aviones tienen medios para controlar automáticamente el vuelo. El piloto automático fue inventado por primera vez por Lawrence Sperry durante la Primera Guerra Mundial para que los bombarderos pudieran volar con la estabilidad suficiente como para alcanzar objetivos precisos desde 25.000 pies. Cuando fue adoptado por primera vez por el ejército estadounidense , un ingeniero de Honeywell se sentaba en el asiento trasero con un cortapernos para desconectar el piloto automático en caso de emergencia. Hoy en día, la mayoría de los aviones comerciales están equipados con sistemas de control de vuelo para reducir los errores del piloto y la carga de trabajo en el aterrizaje o el despegue. ^[5]

Los primeros pilotos automáticos comerciales sencillos se utilizaban para controlar el rumbo y la altitud y tenían una autoridad limitada en cuestiones como el empuje y las superficies de control de vuelo . En los helicópteros , la autoestabilización se utilizaba de forma similar. Los primeros sistemas eran electromecánicos. La llegada del fly-by-wire y de las superficies de vuelo accionadas eléctricamente (en lugar de las tradicionales hidráulicas) ha aumentado la seguridad. Al igual que con las pantallas y los instrumentos, los dispositivos críticos que eran electromecánicos tenían una vida útil limitada. En el caso de los sistemas críticos para la seguridad, el software se prueba de forma muy estricta.

El sistema de indicación de cantidad de combustible (FQIS) controla la cantidad de combustible a bordo. Mediante el uso de diversos sensores, como tubos de capacitancia, sensores de temperatura, densitómetros y sensores de nivel, la computadora del FQIS calcula la masa de combustible restante a bordo.

El Sistema de Control y Monitoreo de Combustible (FCMS) informa el combustible restante a bordo de manera similar, pero, al controlar las bombas y válvulas, también administra las transferencias de combustible alrededor de varios tanques.

• Control de reabastecimiento para cargar hasta una determinada masa total de combustible y distribuirlo automáticamente.
• Transferencias durante el vuelo a los tanques que alimentan los motores. Por ejemplo, desde el fuselaje hasta los tanques de las alas.
• El control del centro de gravedad se transfiere desde los tanques de cola (compensación) hacia adelante a las alas a medida que se gasta combustible.
• Mantener el combustible en las puntas de las alas (para aliviar la flexión de las alas debido a la sustentación en vuelo) y transferirlo a los tanques principales después del aterrizaje
• Controlar el lanzamiento de combustible durante una emergencia para reducir el peso de la aeronave.

Para complementar el control del tráfico aéreo , la mayoría de las aeronaves de transporte de gran tamaño y muchas de las más pequeñas utilizan un sistema de alerta de tráfico y prevención de colisiones (TCAS), que puede detectar la ubicación de aeronaves cercanas y proporcionar instrucciones para evitar una colisión en el aire. Las aeronaves más pequeñas pueden utilizar sistemas de alerta de tráfico más simples, como el TPAS, que son pasivos (no interrogan activamente los transpondedores de otras aeronaves) y no proporcionan avisos para la resolución de conflictos.

Para ayudar a evitar el impacto contra el suelo ( CFIT ), las aeronaves utilizan sistemas como los sistemas de advertencia de proximidad al suelo (GPWS), que utilizan altímetros de radar como elemento clave. Una de las principales debilidades de los GPWS es la falta de información de "vista hacia adelante", ya que solo proporciona la altitud sobre el terreno "mirando hacia abajo". Para superar esta debilidad, las aeronaves modernas utilizan un sistema de advertencia de conocimiento del terreno ( TAWS ).

Las grabadoras de datos de la cabina de mando de los aviones comerciales, conocidas comúnmente como "cajas negras", almacenan información de vuelo y audio de la cabina . A menudo se recuperan de un avión después de un accidente para determinar los ajustes de control y otros parámetros durante el incidente.

Los sistemas meteorológicos, como el radar meteorológico (normalmente el Arinc 708 en los aviones comerciales) y los detectores de rayos, son importantes para los aviones que vuelan de noche o en condiciones meteorológicas instrumentales , donde los pilotos no pueden ver el tiempo que les espera. Las precipitaciones intensas (detectadas por el radar) o las turbulencias intensas (detectadas por la actividad de los rayos) son indicaciones de una intensa actividad convectiva y de una turbulencia intensa, y los sistemas meteorológicos permiten a los pilotos desviarse en estas áreas.

Los detectores de rayos como Stormscope o Strikefinder se han vuelto lo suficientemente económicos como para resultar prácticos para los aviones ligeros. Además de la detección de rayos y radar, ahora se pueden realizar observaciones e imágenes de radar ampliadas (como NEXRAD ) a través de conexiones de datos por satélite, lo que permite a los pilotos ver las condiciones meteorológicas mucho más allá del alcance de sus propios sistemas de vuelo. Las pantallas modernas permiten integrar la información meteorológica con mapas en movimiento, terreno y tráfico en una sola pantalla, lo que simplifica enormemente la navegación.

Los sistemas meteorológicos modernos también incluyen detección de cizalladura del viento y turbulencia y sistemas de advertencia de terreno y tráfico. ^[16] La aviónica meteorológica a bordo es especialmente popular en África , India y otros países donde los viajes aéreos son un mercado en crecimiento, pero el apoyo en tierra no está tan desarrollado. ^[17]

Se ha producido un avance hacia el control centralizado de los múltiples y complejos sistemas instalados en las aeronaves, incluidos el control y la gestión de los motores. Los sistemas de control de uso y salud (HUMS) están integrados con los ordenadores de gestión de aeronaves para dar a los encargados del mantenimiento advertencias tempranas sobre las piezas que deben sustituirse.

El concepto de aviónica modular integrada propone una arquitectura integrada con software de aplicación portable a través de un conjunto de módulos de hardware comunes. Se ha utilizado en aviones de combate de cuarta generación y en la última generación de aviones de pasajeros .

Los aviones militares han sido diseñados para transportar un arma o para ser los ojos y oídos de otros sistemas de armas. La amplia gama de sensores de que disponen los militares se utiliza para cualquier medio táctico que se requiera. Al igual que con la gestión de aeronaves, las plataformas de sensores más grandes (como el E-3D, JSTARS, ASTOR, Nimrod MRA4, Merlin HM Mk 1) tienen computadoras de gestión de misión.

Los aviones de la policía y de los servicios médicos de urgencia también llevan sensores tácticos sofisticados.

Si bien las comunicaciones de las aeronaves constituyen la columna vertebral de un vuelo seguro, los sistemas tácticos están diseñados para soportar los rigores del campo de batalla. Los sistemas tácticos UHF , VHF (30–88 MHz) y SatCom combinados con métodos ECCM y criptografía aseguran las comunicaciones. Los enlaces de datos como Link 11 , 16 , 22 y BOWMAN , JTRS e incluso TETRA proporcionan los medios para transmitir datos (como imágenes, información de objetivos, etc.).

El radar aerotransportado fue uno de los primeros sensores tácticos. La ventaja de la altitud como fuente de alcance ha hecho que se preste especial atención a las tecnologías de radar aerotransportado. Entre los radares se encuentran el radar de alerta temprana aerotransportado (AEW), el radar de guerra antisubmarina (ASW) e incluso el radar meteorológico ( Arinc 708 ) y el radar de seguimiento terrestre/proximidad.

Los militares utilizan radares en aviones rápidos para ayudar a los pilotos a volar a baja altura . Si bien el mercado civil cuenta con radares meteorológicos desde hace tiempo, ^[18] existen reglas estrictas sobre su uso para orientar la aeronave. ^[19]

El sonar de inmersión instalado en una variedad de helicópteros militares permite que el helicóptero proteja los activos de transporte marítimo de submarinos o amenazas de superficie. Las aeronaves de apoyo marítimo pueden lanzar dispositivos de sonar activos y pasivos ( sonoboyas ) que también se utilizan para determinar la ubicación de submarinos enemigos.

Los sistemas electroópticos incluyen dispositivos como la pantalla de visualización frontal (HUD), el infrarrojo de visión frontal (FLIR), la búsqueda y seguimiento por infrarrojos y otros dispositivos infrarrojos pasivos ( sensor infrarrojo pasivo ). Todos ellos se utilizan para proporcionar imágenes e información a la tripulación de vuelo. Estas imágenes se utilizan para todo, desde búsqueda y rescate hasta ayudas a la navegación y adquisición de objetivos .

Las medidas de apoyo electrónico y los sistemas de ayuda a la defensa se utilizan ampliamente para recopilar información sobre amenazas o posibles amenazas. Pueden utilizarse para lanzar dispositivos (en algunos casos de forma automática) para contrarrestar amenazas directas contra la aeronave. También se utilizan para determinar el estado de una amenaza e identificarla.

Los sistemas de aviónica de los modelos militares, comerciales y avanzados de aeronaves civiles están interconectados mediante un bus de datos de aviónica. Los protocolos de bus de datos de aviónica más comunes, con su aplicación principal, incluyen:

• Red de datos de aeronaves ( ADN ): derivado de Ethernet para aeronaves comerciales
• Avionics Full-Duplex Switched Ethernet (AFDX): Implementación específica de ARINC 664 ( ADN ) para aeronaves comerciales
• ARINC 429 : Intercambio genérico de datos de velocidad media para aeronaves privadas y comerciales
• ARINC 664 : Ver ADN arriba
• ARINC 629 : Aviones comerciales ( Boeing 777 )
• ARINC 708 : Radar meteorológico para aviones comerciales
• ARINC 717 : Grabadora de datos de vuelo para aeronaves comerciales
• ARINC 825: bus CAN para aviones comerciales (por ejemplo Boeing 787 y Airbus A350 )
• Bus digital estándar comercial
• IEEE 1394b : Aeronaves militares
• MIL-STD-1553 : Aeronaves militares
• MIL-STD-1760 : Aviones militares
• TTP – Protocolo activado por tiempo: Boeing 787 , Airbus A380 , plataformas de actuación Fly-By-Wire de Parker Aerospace

• Astrionics , similar, para naves espaciales
• ACARS  – Sistema de comunicación de mensajes digitales para aeronaves
• Siglas y abreviaturas en aviónica
• ARINC  – Radio Aeronáutica, Incorporated (1929–2018)
• Software de aviónica
• DO-178C  – Estándar internacional de software aeronáutico
• Baliza localizadora de emergencia
• Estación de radiobaliza de localización de emergencia
• Grabadora de vuelo  : dispositivo de grabación electrónica de aeronaves
• Aviónica modular integrada

• Aviónica: desarrollo e implementación, de Cary R. Spitzer (Tapa dura, 15 de diciembre de 2006)
• Principios de aviónica , 4.ª edición, de Albert Helfrick, Len Buckwalter y Avionics Communications Inc. (libro de bolsillo, 1 de julio de 2007)
• Capacitación en aviónica: sistemas, instalación y resolución de problemas, por Len Buckwalter (libro de bolsillo, 30 de junio de 2005)
• Aviónica simplificada , por Mouhamed Abdulla, Ph.D.; Jaroslav V. Svoboda, Ph.D. y Luis Rodrigues, Ph.D. (Paquete de cursos – diciembre de 2005 – ISBN 978-0-88947-908-1 ). 

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• Aviónica en aeronaves comerciales
• Asociación de Electrónica Aeronáutica (AEA)
• Guía del piloto sobre aviónica
• Comité de Normalización de Sistemas Aviónicos
• Aviónica del transbordador espacial
• Revista Avionics de la aviación actual
• Página de inicio de RAES Avionics