2010, el año de los ensayos en vuelo

 

Un prototipo del X-29 durante un vuelo de ensayo en 1990. La imagen muestra parte del FTI: las "lanas" pegadas a la superficie de la aeronave para visualizar el flujo de aire, el mástil con sensores anemométricos para la calibración de los instrumentos de a bordo, y un dispositivo de recuperación de pérdida de sustenta- ción instalado en la cola de la aeronave (Fuente: NASA).

 

El equipo de ensayos en vuelo del A400M en el hangar frente al primer prototipo al comienzo de la campaña, en noviembre del pasado año (Fuente: Airbus Military).

 

Representación típica de la envolvente de vuelo en un Diagrama V-n (Fuente: aergenium.es).

 

El avión prototipo y el Equipo de Ensayos en Vuelo (Fuente: aergenium.es)

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Aeronáutica Andaluza nº14
Enero - Marzo 2010
Jan 1, 2010

Si 2009 fue un año de despegues, 2010 es sin duda el año de los ensayos en vuelo. En España progresa la campaña de ensayos en vuelo para la certificación del A330 MRTT y acaba de comenzar la del avión de transporte militar A400M.

En el resto del mundo, están en marcha las del jet canadiense Bombardier CRJ100, el Sukhoi Superjet100 ruso, el COMAC ARJ21 chino, los Boeing 787 y 747-8 estadounidenses, o el transporte militar japonés Kawasaki XC-2, por mencionar algunos. Estos ensayos tienen un coste muy elevado y en ocasiones pueden llegar a ser muy arriesgados. Las tripulaciones para esta tarea de extraordinaria responsabilidad son una élite salida de apenas cinco escuelas en todo el mundo. Pero, ¿para que se hacen y en que consisten los ensayos en vuelo? El objetivo es recoger datos durante el vuelo de la aeronave para evaluar su comportamiento y validar su diseño. Con ello se pretende, por una parte depurar cualquier posible problema de diseño, y por otra documentar las capacidades de la aeronave, para su posterior certificación por las autoridades o su aceptación por el cliente.

El Avión Prototipo y el Equipo de Ensayos en Vuelo Para conseguir estos objetivos el avión prototipo incorpora gran cantidad de instrumentación de ensayos en vuelo (Flight Test Instrumentation o FTI): miles de sensores diversos conectados con armarios electrónicos, monitores, y sistemas de grabación para procesar, analizar y grabar los datos a bordo, ya que la tecnología actual no permite transmitir por telemetría todo el volumen de información que se registra. La organización del equipo de ensayos puede variar, pero típicamente responde a la representada en la figura.

En cabina, el piloto de ensayos y el ingeniero de vuelo de ensayos (Test Flight Engineer o TFE) se encargan de ejecutar las maniobras. El copiloto es responsable de las comunicaciones y la navegación para mantener la aeronave dentro del área autorizada para el ensayo. Finalmente, el líder del equipo es el ingeniero de ensayos en vuelo (Flight Test Engineer o FTE, que no debe confundirse con el TFE). El FTE conduce el vuelo desde la estación de FTI, donde monitoriza el ensayo, y gestiona la grabación y la transmisión de datos a la estación de tierra. En la sala de telemetría, un equipo de especialistas recibe los datos en tiempo real y supervisa el estado de los sistemas bajo la coordinación del conductor del ensayo, el único autorizado a comunicarse con la tripulación durante el vuelo. Una vez en tierra, el FTE es responsable del plan de ensayos y coordina el análisis de los resultados por parte de los especialistas.

Por su parte, el TFE se encarga de coordinar el mantenimiento y la resolución de problemas en la aeronave por parte del equipo de soporte en tierra, y de garantizar la trazabilidad de todas las intervenciones en el libro técnico del avión.

Vuelos de Ensayos

En función de su objeto, podemos distinguir cuatro tipos básicos de vuelos de ensayos: apertura de dominio, cualidades de vuelo, actuaciones, y pruebas de sistemas y equipos.

En cada caso existirá una instrucción técnica, que especifica el objeto y el criterio de éxito del ensayo, las condiciones iniciales (por ejemplo la configuración de flaps o de motor), el procedimiento de ejecución y de recogida de datos, y las consignas de seguridad en caso de que algo salga mal.

Apertura del Dominio de Vuelo

El dominio de vuelo define la capacidad de maniobra de una aeronave. Se suele representar en un diagrama V-n como el de la figura, que muestra el rango aceptable de factor de carga en función de la velocidad. El factor de carga mide el nivel de esfuerzos al que se ven sometidos la estructura y la tripulación durante una maniobra, y se suele medir en múltiplos de la aceleración de la gravedad (“1 g”, “2 g”, “1 g negativa”, etc.).

Los límites del dominio de vuelo los establecen por un lado el fenómeno aerodinámico de entrada en pérdida a bajas velocidades, y por otro los niveles máximos de factor de carga y de velocidad, que se definen por diseño para no comprometer la integridad estructural de la aeronave.

Los ensayos de apertura de dominio implican llevar la aeronave al límite de sus capacidades, por lo que entrañan un riesgo elevado. Es necesario vigilar la aparición de fenómenos de inestabilidad como el flutter, una vibración de origen aeroelástico que puede provocar un fallo catastrófico. En esta categoría se incluyen también los vuelos de calibración anemométrica, para calibrar las indicaciones de los instrumentos de a bordo que miden la velocidad, la altitud o el ángulo de ataque de la aeronave.

Cualidades de Vuelo

Cuando se habla de las cualidades de vuelo de una aeronave nos referimos al estudio de sus características de estabilidad y control. El objetivo es alcanzar un equilibrio entre la estabilidad frente a perturbaciones y la facilidad de manejo, que debe mantenerse al variar el peso, el centrado, la velocidad o la altitud. El avión prototipo utiliza un sistema de lastre con depósitos de transferencia de agua para modificar en vuelo la posición del centro de masas y comprobar la estabilidad y el control en régimen estático y dinámico.

También se estudian las características de entrada en pérdida, y la posterior recuperación del control de la aeronave. Se pretende demostrar que la pérdida de sustentación es progresiva y simétrica, para evitar que la aeronave pueda entrar en posiciones anormales que provoquen una situación de riesgo como una entrada en barrena, o una pérdida profunda. En estas pruebas, a veces es necesario utilizar sistemas de paracaídas o cohetes para estabilizar la aeronave y recuperar el control. Otra prueba espectacular y arriesgada es la de determinación de la velocidad VMU. Se intenta despegar a la mínima velocidad posible y con el máximo ángulo de rotación posible, arrastrando la cola del avión por la pista.

Actuaciones

Los ensayos de actuaciones tienen como objetivo validar parámetros como la autonomía, el alcance, o la longitud de despegue y aterrizaje, que definen la operación de la aeronave en las diferentes fases del vuelo: despegue, subida, crucero, descenso y aterrizaje. Estos parámetros son muy importantes para el cliente.

Es necesario demostrar que se alcanzan los valores previstos por diseño en todo el rango de utilización de la aeronave, por lo que la campaña incluye también ensayos en condiciones extremas de frío, calor, o altitud.

Pruebas de Sistemas y Equipos

Este tipo de vuelos prueban el funcionamiento de determinados sistemas (eléctrico, hidráulico, planta de potencia, etc.) o equipos del avión (comunicaciones, navegación, radar, etc).

En el caso de las aeronaves militares se incluyen también campañas específicas según el tipo de misión, por ejemplo lanzamiento de cargas a baja cota, reabastecimiento en vuelo, aterrizaje en pistas no preparadas, etc. Finalmente, existen vuelos denominados mixtos, en los que se ensayan determinados equipos o sistemas secundarios concebidos precisamente para mejorar las cualidades de vuelo o las actuaciones del avión. Un ejemplo serían las pruebas de un sistema que modifique el rango de movimiento del timón direccional para facilitar el pilotaje si se produce un fallo de motor.

Vuelos de Certificación

Al final de la campaña de ensayos en vuelo se realizan una serie de vuelos de certificación, normalmente con la autoridad certificadora a bordo. Su cometido es dar fe de que el avión, o un sistema determinado cumplen con los requisitos exigidos por dicho organismo.

 

Los Ensayos en Vuelo del A400M

El programa de ensayos en vuelo del A400M es particularmente complejo porque comprende todos los requisitos de certificación civil que estipula la Agencia Europea de Seguridad Aérea (EASA), y además toda una serie de pruebas adicionales para cumplir los requisitos militares definidos por las fuerzas aéreas de los países clientes.

La campaña contará con cinco prototipos, tres de ellos con base en Toulouse (MSN001, MSN003 y MSN006), y los otros dos (MSN002 y MSN004) basados en un nuevo Centro de Ensayos en Vuelo creado a tal efecto en Sevilla. En el reparto de trabajo, Sevilla ha hecho valer su experiencia y saber hacer en el desarrollo de transportes militares.

De esta manera se recupera para la ciudad, gracias al A400M, una actividad de alto valor añadido en la que Sevilla posee una extensa tradición, pero que con el devenir del tiempo se había trasladado progresivamente a la factoría de Getafe.

 

Por:
Manuel Heredia Ortiz, Industrial Manager A400M Flight Test Centre Sevilla, Airbus Military.
Rubén Carvajal Vázquez, Coordinador del Grupo de Automatización en el Departamento de Ingeniería de Utillaje y Medios Industriales de Airbus Military.

Los autores de este artículo editan la web aergenium, que desde 2008 es el primer portal dedicado a la industria aeronáutica en Andalucía.
Nuestro  agradecimiento  especial  a  Jose  Antonio  Ojeda  Rubio,  Chief  Test Flight Engineer, Flight Operations, Airbus Military.