Por el internacionalmente aclamado Tycho Brahe

A principios de los años 80’s, debido a la crisis del petróleo, el monstruo de la escalada de precios del combustible se hizo presente para las compañías aéreas, lógicamente estas mostraban su preocupación por mantener unas flotas de aviones que no tacañeaban a la hora de consumir combustible.

Por entonces (y por ahora) el turboprop era el motor de aviación más eficiente, pero presentaba dos problemas: el primero era que no permitía alcanzar grandes velocidades de crucero, y el segundo era que las palas de las hélices presentaban problemas al alcanzar velocidades supersónicas en las puntas al girar a velocidades subsónicas en el eje. Entonces General Electric en alianza con la NASA desarrollaron un nuevo concepto de motor el GE-36 en base al turbofan militar GE-404, este nuevo motor llamado propfan consistía en un turbofan con dos hélices contrarrotativas impulsadas por turbinas de baja presión montadas en la parte trasera.

A diferencia de un turbohélice convencional, el propfan no dedicaba toda la potencia del reactor a impulsar las hélices, ya que la mayor parte de esta se usaba para generar empuje.

Se equipó a un MD-80 y a un Boeing 727 con un propfan de prueba (no deja de ser curioso ver al 727 con sonido de turbohélice)

Ultra High Bypass Jet Engine Green Technology Airline Flight Test – Youtube

Pratt & Whitney en alianza con Allison también fabricó un prototipo de propfan que a diferencia del de GE y la NASA las hélices contrarrotativas giraban solidarias con el árbol principal, a pesar de que llevaban un tren de engranajes reductor.

Estos motores llegaron a marcar unos consumos de hasta unos 30% inferiores a los motores más populares de la época, sin embargo su excesivo ruido acompañado de fuertes vibraciones, que  provocaban grandes fatigas al fuselaje, además del peligro que los álabes se desprendiesen y cortasen el fuselaje, marcaron cómo hemos dicho antes, el final de una generación.

A finales de los 80’s  con una consiguiente bajada de precios del combustible, McDonnell Douglas dio carpetazo al propfan equipando a los MD-90 con turbofans.

A pesar del fracaso americano, los rusos quiénes sino construyeron el Kuzneztov NK 93 que ha sido catalogado como el motor de aviación más eficiente del mundo, en las siguientes imágenes, podemos verlo montado cómo motor de pruebas de un Ilyushin 76.

A pesar de que no se puede comparar con otros motores actuales, este motor es considerablemente más ligero que un GE 90 montado en el B777, presenta una relación de bypass de 16,6:1 frente al 9:1 del GE y casi 20 KN de empuje “extra”. De hecho,  fabricantes rusos cómo Ilyushin y Tupolev, están pensando de hacer versiones mejoradas de sus modelos 96-400 y 330 respectivamente, equipándolos con el NK-93.

Volviendo al ámbito general, en la actualidad, los fabricantes de aeronaves están barajando equipar de nuevo a los aviones con propfans, General Electric está trabajando con Cessna para equipar al Citation con motor propfan, incluso existe interés por probar prototipos posteriores al B787 y de A350XWB equipados con propfans.

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Por Víctor De Los Santos

Comparaciones entre navegación tradicional y navegación B-RNAV y P-RNAV: STAR de LEVC.

A continuación se comparará una STAR dónde hay salidas tradicionales como salidas RNAV.

Arriba tenemos un detalle de la STAR de la pista 30 de Valencia. Las llegadas STAR tradicionales son las que están retratadas como una única línea, y no tienen en el título ningún indicativo de R-NAV. Comparemos por ejemplo las llegadas que van por el punto CENTA.

La llegada CENTA1C es una llegada que se realiza por navegación tradicional. Vuela desde CENTA al VOR CALLES por el radial 301. Después continúa por el radial 152, hasta realizar el arco 15 DME VLC, y acaban el IAF MULAT.

La llegada CENTA2E es una llegada B-RNAV. Cuando alcanza el punto CENTA, vuela directo rumbo 133 hasta el punto URIAS (punto que también cruza la STAR CENTA1C). Luego vira rumbo 057 hasta el IAF MULAT. Es evidente que es mucho más rápido realizar la CENTA2E que la CENTA1C, ya que no tiene que alcanzar el VOR CALLES, y luego realizar ningún arco, más o menos complicados de realizar.

Si nos fijamos, vemos que en todas las llegadas por un punto, la versión con B-RNAV es mucho más rápida que la homóloga sin RNAV.

Conclusión

Es evidente que la navegación aérea, desde que se implementó la navegación R-NAV, se ha visto enormemente beneficiada. Tras estar en un momento de saturación máximo, el R-NAV mejora el tráfico aéreo, puede incluso reducir el trabajo de los ATC y además de ser más segura, distribuye mejor el tráfico y permite la incorporación de más tráfico.

Aunque todavía falta mucho por implementar, ya que ahora mismo lo más extendido es B-RNAV, poco a poco se va mejorando la situación de la navegación aérea, aprovechando las nuevas tecnologías que aparecen (GPS, Galileo). Incluso sabiendo que todavía se está empezando a implementar el P-RNAV (en España solo se encuentra en los TMAs de Madrid y Barcelona, aunque con expectativas de extenderlo por todo el territorio), hay muchas esperanzas puestas en los nuevos tipos de RNAV 3D y 4D, con los que el propio tráfico se autorregulará más fácilmente. Finalmente se conseguirá una navegación aérea mucho más segura y mucho más eficaz.

Aprovecho estas líneas para felicitar a Victor, que hoy ha pasado al club de los ingenieros técnicos aeronáuticos, esp Aeronavegación, dónde Andreu también entró el pasado viernes (como ya sabrán los que nos siguen por facebook). Desde SurcandoLosCielos os aseguro que nos aprovecharemos de sus conocimientos muahahahaha

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Por Victor De Los Santos

Concepto de RNP

Se sobreentiende que los sistemas descritos en el post anterior, aunque eficaces, no son 100% efectivos. Aparece pues la necesidad de crear un sistema que clasifique los sistemas en función de su precisión, llamado RNP, precisión de navegación requerida. Creado por la OACI (Organización de Aviación Civil Internacional), se define como una declaración de las prestaciones necesarias para operar dentro de un espacio aéreo determinado. Asociado al concepto RNP, se define una región de confinamiento alrededor de cada trayectoria y cada fase de vuelo.

A la hora de definir los requisitos que deben cumplir los sistemas a bordo del avión, es necesario saber el grado de seguridad que se requiera, ya que a más seguridad, más estricto se tendrá que ser a la hora de marcar unos requisitos. En general, cada RNP define un TSE (error total del sistema de navegación), que viene a indicar el error que se permite en el eje lateral, longitudinal, y a veces vertical.

El TSE se obtiene a partir de los errores del sistema de navegación, del sistema de cálculo, del display donde aparecen los datos y los errores en la técnica de vuelo, y su valor no debe exceder el de los límites asignados durante el 95% del tiempo de vuelo. Además, se tienen en cuenta:

• La exactitud, definida por la diferencia entre la posición real de la aeronave y la que indica el sistema de navegación. Se ve rápidamente cuando se define un RNP, ya que lo indica el número que aparece en el tipo de RNP que se requiere. Si el sistema es RNP-5, significa que la diferencia entre las posiciones real y estimada del avión es menor o igual a 5 millas náuticas durante el 95% del vuelo.
• El sistema debe ser integro, debe poder apagarse automáticamente o proporcionar al usuario advertencias cuando no se deba utilizar el sistema para la navegación aérea. Es una forma de marcar la confianza que se pone en la validez de la información. Por tanto, es necesario tener un subsistema encargado de controlar que todo funcione correctamente y que sea el que avise cuando el sistema de navegación no sea apto para su uso. Aparece pues el parámetro tiempo de alerta que  se define como el período máximo de tiempo transcurrido entre la ocurrencia del fallo y la notificación del fallo al piloto.
• Otro parámetro es la disponibilidad, definido como la habilidad de un sistema para realizar su función al inicio de una operación dada. Está expresado como un porcentaje de tiempo en que el sistema se encuentra operativo y cumpliendo con los requisitos fijados.
• Por último, la continuidad del sistema es la capacidad del sistema para realizar su función sin sufrir interrupciones imprevistas. Se expresa como el tiempo medio entre interrupciones no programadas de disponibilidad.

¿Por qué el uso del RNAV?

El sistema RNAV busca la optimización del uso de la red de ATS (Air Traffic Service)para que el espacio aéreo tenga una mayor capacidad y sea más eficiente en las operaciones. Esto se logra debido a la separación lateral entre las trayectorias de las aeronaves, además de la utilización de nuevas rutas que no están atadas al sobrevuelo de determinadas radioayudas.  Los beneficios que se obtienen de este sistema son muy importantes:

• Flexibilidad a la hora de diseñar la estructura de rutas ATS.
• Rutas mucho más directas, sin pasar por encima de radioayudas y alargando el tiempo de vuelo.
• Procedimientos SID y STAR optimizados, y perfiles de descenso mejorados.
• Optimización de las maniobras de espera.
• Menor carga de trabajo para pilotos y para controladores.
• Menor impacto ambiental gracias al ahorro de combustible y reducción de ruido por los procedimientos óptimos.

Lógicamente, para implementar este tipo de navegación y que se elimine la radionavegación convencional, hay ciertos requisitos. Es necesario que los sistemas de navegación de a bordo de las aeronaves estén preparados para este tipo de navegación (siguiendo los criterios RNP requeridos para el tipo de RNAV, de los cuales se hablará más adelante). Además, los pilotos deben estar entrenados y hablitados en las técnicas RNAV. Tiene que haber una cobertura adecuada proporcionada por la infraestructura de navegación. Algo muy importante también es que el sistema de referencia geodético WGS-84, y por tanto los datos de navegación deben estar adaptado a éste, cumpliendo así con los requerimientos de exactitud e integridad establecidos por la OACI. Por último, deben estar diseñados y publicados los procedimientos y rutas compatibles con los sistemas RNAV a bordo de las aeronaves.

Tipos de RNAV

Es imposible implementar de golpe un sistema completo y complejo de RNAV. De ahí que siga un proceso de evolución a lo largo del tiempo, dividiendo la implantación en diferentes fases.

B-RNAV

La primera fase, llamada B-RNAV o RNAV básica, también se conoce como RNAV 2D, pues solo necesita que se cumplan los requisitos de exactitud en un plano horizontal. Éste pide unas prestaciones del tipo RNP-5. Por tanto, el error máximo debe de ser de 5 millas náuticas.  El error debe ser así tanto en los sistemas de a bordo como en las radioayudas de tierra y del espacio. Deben cumplirse por tanto estas condiciones:

• VOR: dentro de un rango de 62 millas náuticas.
• INS: No más de 2 horas transcurridas después de la última actualización del sistema, como ya se ha explicado en el apartado del sistema INS.
• LORAN-C: si existe cobertura adecuada en la zona.
• GPS: Solo cuando la cobertura existe por un número adecuado de satélites o de sistemas de aumento de la exactitud.

Se calcula que dentro del espacio aéreo europeo los sistemas VOR/DME, DME/DME y GPS serán las fuentes primarias de información de navegación, siendo además la cobertura de los VORs y DMEs suficiente para las operaciones en ruta.

P-RNAV

La navegación RNAV de precisión (P-RNAV) es el siguiente paso tras el B-RNAV. Es bastante más estricto que el B-RNAV pues requiere RNP-1, es decir 1 milla náutica de error. Se interpreta como la aplicación de RNAV al área terminal (TMA).

A la hora de diseñarlos, se busca asegurar que su diseño y ejecución son compatibles entre sí. De esta forma se obtiene un gran beneficio, ya que se tiene mayor seguridad en la ejecución y se realiza de forma uniforme en los diferentes estados europeos. EUROCONTROL estima que las redes P-RNAV pueden llegar a tener entre el 5% y el 25% más de capacidad que una red B-RNAV.

carta de aproximación final y frustrada a Innsbruck con RNP-0.3

El P-RNAV es un método tan preciso que se puede utilizar en todas las fases de vuelo, aunque en España no se utiliza en la fase final de aproximación y la aproximación frustrada. Hay otros aeropuertos dónde se utiliza una RNP-0.3 (0.3 millas de precision en su eje horizontal) para las aproximaciones y las frustradas, dónde uno de lo más conocidos es el aeropuerto austríaco de Innsbruck (LOWI/INN). Se llega a ese nivel gracias al uso de VOR/DME, DME/DME y GPS. El INS se podrá utilizar siempre que sean períodos cortos de tiempo, dependiendo de la certificación del modelo de sistema utilizado.

Gracias al P-RNAV, se consiguen adaptar las rutas dentro de la TMA para satisfacer las necesidades del aeropuerto, del ATC y de la tripulación de vuelo. Así aparecen rutas más simples, cortas y directas o rutas que se ajustan mejor a las restricciones ambientales de la zona. A pesar de todo esto, el P-RNAV es también un sistema RNAV-2D.

Por tanto, todavía no hay implementado ningún sistema RNAV-3D, que tiene en cuenta la posición vertical de la aeronave, y mucho menos un sistema RNAV-4D, donde además se tiene en cuenta el factor tiempo.

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Por Victor De Los Santos

Concepto de RNAV

La navegación de área (o RNAV) ha surgido a través de la necesidad de encontrar una forma de navegación aérea capaz de gestionar con un alto grado de seguridad el incremento de la aviación civil que ha surgido en los últimos años. El antiguo modelo se basaba en una serie de rutas fijas diseñada a través de las radioayudas en tierra. Con éste, si querías ir de un punto de salida a otro de llegada, te obligaban a ir pasando por ciertos puntos para alcanzar ese punto de salida. Lógicamente, si en vez de ir por esos puntos se pudiera ir directamente del punto de salida al punto de llegada, el vuelo sería mucho más rápido. El camino más corto entre dos puntos siempre es la línea recta entre esos dos puntos (sin tener en cuenta las posibles limitaciones que pueda tener cada camino obviamente). En el aire pasa exactamente igual. De ahí que en la figura siguiente quede muy claro que la Victor Airway Route es más larga que la Virtual Waypoint RNAV Route, y por tanto será preferible (y más ahora teniendo en cuenta el precio del combustible).

El grave problema de utilizar el antiguo modelo de navegación aérea viene dado a diversos puntos a tener en cuenta:

• Al depender de la posición geográfica de las ayudas de navegación aérea, que son fijas, el sistema se vuelve inflexible.
• Como ya se ha comentado, las aeronaves gastan más combustible debido a que tienen una ruta más larga. Por tanto es costoso.
• Produce retrasos ya que las aeronaves tardan más tiempo en llegar al destino.
• Está obligatoriamente unido a la construcción de nuevas radioayudas para crear nuevas rutas, siendo difícil la creación de nuevas rutas.
• Producen una sobrecarga en los servicios de ATS debido a que suele concentrar tráfico aéreo sobre ciertos nodos importantes en la red de rutas.
• Por último, la evolución tecnológica se desaprovecha, ya que aunque los sistemas de navegación aérea han avanzado muy rápidamente, no se tienen en cuenta a la hora de mejorar las operaciones.

Todo esto produjo una reacción por parte de los organismos competentes (que se tratará más adelante), y de ahí surgió el concepto de Navegación de área.

La navegación de área o RNAV es un método de navegación mediante el cual se permite a la aeronave volar en cualquier dirección deseada, sin la necesidad de pasar sobre puntos predefinidos por la existencia de radioayudas en tierra. Ésta debe realizarse siempre dentro de la cobertura de las ayudas a la navegación, dentro de los límites de las prestaciones de sistemas autónomos, o de una combinación de ambas. Con los equipos RNAV de a bordo se determina la posición de la aeronave gracias a los datos recibidos desde los sensores del avión, y guían así la aeronave de acuerdo con lo requerido previamente por el piloto.

Los datos de entrada del avión con los que se determinará la posición del avión serán única y exclusivamente los siguientes:

DME/DME

Sabiendo la distancia que tiene el avión respecto a dos DME diferentes, se puede localizar la situación del avión. Éste método se conoce también como rho-rho. Aunque puede tener ambigüedades, se utilizan otros sistemas abordo para eliminarlas. Además, se conoce el rumbo que ha seguido el avión y la situación de donde ha despegado, por tanto se puede eliminar aquel resultado que sea incoherente con lo volado hasta el momento.

VOR/DME

Este método llamado también rho-theta, funciona de la siguiente manera. El avión vuela en una determinada dirección. El piloto marcará en el VOR de su avión un determinado radial. Cuando el avión cruce se encuentre sobre ese radial, verá que está también a una cierta distancia del DME. Así, se sabrá fácilmente donde estará el avión con respecto al VOR/DME y por tanto, donde se encuentra geográficamente.

INS

El INS (Inertial Navigation System) es un sistema totalmente independiente de los sistemas de tierra, ya que todo lo que necesita se encuentra en el avión. Consiste en una plataforma estabilizada con giróscopos que sirve como marco de referencia. Dentro de dicha plataforma unos acelerómetros y giróscopos permiten medir la velocidad a partir de la integración de la aceleración, y finalmente, al integrar la velocidad otra vez se obtiene la posición de la aeronave y su actitud. Lógicamente, se pueden producir ciertos errores a la hora de integrar la aceleración y por tanto es necesario ir cotejando los datos con referencias de tierra.

En la circular operativa de la Dirección General de Aviación Civil 01/98 aparece el siguiente apartado:

Un INS que carezca de una función de actualización automática de la posición de la aeronave, sólo se podrá utilizar un máximo de 2 horas a partir de la última actualización de alineamiento/posición efectuada en tierra. Se podrán tener en cuenta las configuraciones específicas del INS cuando los datos del fabricante del equipo o de la aeronave justifiquen su utilización más prolongada a partir de su última actualización de la posición en tierra.

LORAN C

El LORAN C es un sistema de a bordo que funciona de forma parecida a un sistema rho-rho (DME/DME), solo que en vez de utilizar los rangos absolutos, utiliza la diferencia entre ellos. Así, aparecen unas líneas de posición (LOP) que son hipérbolas. De ahí que se conozca al LORAN C como un sistema de método hiperbólico.

GPS

El sistema de posicionamiento global, tan utilizado últimamente por los conductores de coches para llegar a los sitios sin acudir a los engorrosos mapas de carretera, también se utiliza para los aviones, aunque menos de lo que se podría pensar. Aún siendo un sistema muy efectivo, tiene un grave inconveniente: al ser de origen militar, es imposible asegurar que el sistema esté funcionando siempre, y por tanto, no se puede depender únicamente de él. De ahí que se esté creando el sistema GALILEO en Europa, que será civil y no tendrá ese grave inconveniente. De ahí que no se pueda utilizar el GPS como sistema de navegación primario si no se asegura que en caso de fallo de éste habrá otro sistema (ya sean VOR/DME, DME/DME, etc.) que pueda sustituirlo de forma eficaz. Este tema se trato ya hace tiempo en Surcando Los cielos, dónde tratamos el presente y futuro del sistema EGNOS que utilizará Galileo.

Agradecer a Víctor nuevamente por la cesión de sus trabajos durante su tercer año de Ing Aeronáutica

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