Introducción a las pruebas de vuelo

Las herramientas de simulación son esenciales para el desarrollo de aeronaves. De cualquier forma, para probar que una aeronave es realmente segura, se requiere seguir un proceso bastante complejo y riguroso. El objetivo es la demostración de las capacidades de la misma dentro de un ambiente real. Algunas de las áreas de interés que se buscan probar o medir en vuelo son la presión y la temperatura en diferentes puntos del fuselaje, las cargas estructurales en las alas y fuselaje (incluyendo la vibración que se produce), la actitud de la aeronave, aceleraciones en 6 grados de libertad en varios puntos de la aeronave, niveles de ruido tanto en el interior como en el exterior, la temperatura dentro de cabina y el espacio para equipaje, el comportamiento de los controles de vuelo y parámetros de rendimiento de los motores. Lo anterior es en resumen lo que se conoce como pruebas de vuelo. 

Para los siguientes casos es necesario realizar pruebas de vuelo:

• Proceso de certificación de aeronaves
• Caracterización aerodinámica o modelo aerodinámico (identificación de sistemas)
  
• Después de realizar una modificación 
• En algunos casos el fabricante pide una prueba de vuelo después de salir de ciertas tareas de mantenimiento

A continuación, una breve explicación de qué tratan estas categorías.

Proceso de certificación de aeronaves

La aeronave se instrumenta con todos los sensores necesarios para medir los parámetros de interés y se realizan tantas horas de vuelo como sean necesarias. Las organizaciones responsables de cada país que es productor de aeronaves tienen sus propias reglamentaciones. Por mencionar un ejemplo, la FAA tiene disponibles en línea algunos documentos que contienen las pautas y directrices para la evaluación de las aeronaves que están en proceso de desarrollo. Se pueden consultar dichos documentos en la página oficial de FAA. Se recomienda revisar la Advisory Circular AC 25-7D.

Caracterización aerodinámica (identificación de sistemas)

Dentro de las principales razones por las que se necesita un modelo aerodinámico de una aeronave se pueden mencionar 

• La verificación e interpretación de las predicciones teóricas y los resultados de las pruebas en túneles de viento
• La obtención de un modelo matemático más preciso de la dinámica de la aeronave para usarse en en el diseño del aumento de la estabilidad y de los controles de vuelo
• En el desarrollo de simuladores de vuelo ya que se requiere información fiel del comportamiento de la aeronave en todos los regímenes
• La expansión  de la envolvente de vuelo de una nueva a aeronave en donde se pueda cuantificar el impacto de las modificaciones en la estabilidad y el control, los cambios en la configuración o en condiciones especiales (situaciones anormales y de emergencia)
• Verificar que la aeronave cumpla con las especificaciones de diseño

En los primeros días de la aviación únicamente se medía lo más básico de en vuelo recto y nivelado. Fue a partir de la década de los 60s y principios de los 70s que la incorporación de computadoras digitales permitió una mejora dramática del modelado matemático de aeronaves durante maniobras complejas. 

En este contexto, se usan técnicas estadísticas de regresión para determinar la relación entre las variables medidas. Por ejemplo, el coeficiente de cabeceo C_m de cierta aeronave puede ser estimado por medio del número de Mach M y el ángulo de ataque α con la siguiente ecuación:

Donde C_m, α y M son un medidos en lo que se denomina como puntos de prueba experimental, por lo que se entiende que el coeficiente de cabeceo depende enteramente del ángulo de ataque y del número de Mach. Por otra parte, C_m0, C_mα, C_mM y C_mαν son constantes a ser determinadas durante los experimentos. Además, se incluye el término ν_m que representa los errores de medición aleatorios que se presenten en la prueba.

Nótese lo siguiente de la ecuación anterior, en caso de que este experimento se lleve a cabo en un tunel de viento, el valor de C_m puede ser obtenido directamente sin adimensionalizar el momento de cabeceo medido a través de una balanza de galga extensiometrica que esté montada entre el sistema de sujeción y el túnel de viento. Sin embargo, en un vuelo de prueba este debe ser estimado a partir de las mediciones del movimiento rotacional y traslacional de la aeronave, en conjunto con la geometría y las propiedades de masa/inercial, sin olvidar las ecuaciones de movimiento. Es decir, el momento de cabeceo es medido indirectamente. Para este caso, se recomienda analizar la siguiente ecuación:

Este tema es bastante extenso por lo que en un futuro se presentará una serie de entradas dedicadas a la identificación de sistemas en aeronaves.

Después de realizar una modificación

Al realizar una modificación al diseño original de la aeronave es necesario comprobar el impacto que tiene sobre el rendimiento de esta, la instalación de un STC es un caso de estos. Un ejemplo específico es la compañia Tamarack la cual se ha encargado del desarrollo de winglets activos, es decir, su comportamiento cambia dependiendo de las condiciones en las que se encuentre la aeronave. Ver el video que se encuentra en la parte inferior.

Después de realizar tareas de mantenimiento

Durante ciertas tareas de mantenimiento pesado las aeronaves deben desensamblarse, esto con el fin de revisar cada sección y en algunos casos, se deben revisar todos y cada uno de los pernos pertenecientes a la sección. Para asegurar que la aeronave ha sido correctamente armada, es común que el fabricante mencione en el manual de mantenimiento que se debe hacer un vuelo de prueba. Previo a esto, deben hacerse todas las pruebas en tierra que solicite el manual para que no haya ningún problema durante el vuelo de prueba. Además, por experiencia propia sé que ciertas aeronaves ejecutivas (Hawker y Learjet) piden que al remover e instalar el borde de ataque de las alas se realice un vuelo de prueba realizando una maniobra de desplome.

Extracto del manual de mantenimiento del Learjet 35/36 donde se menciona acerca del vuelo de prueba

 

 

 

 

AHC