Vuelo de prueba
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Los vuelos de prueba, (en inglés: Flight test) también conocido como prueba de vuelo o ensayo de vuelo,[1] son vuelos que se realizan con el propósito de investigación, desarrollo, validación y mantenimiento de la aviónica o conceptos de una aeronave fabricada para su uso comercial. También pueden ser experiencias introductorias para el público general que desean probar el pilotaje de un avión bajo la supervisión de un instructor cualificado. Estos vuelos pueden clasificarse en dos tipos principales:
- Los que involucran a profesionales de la aviación para evaluar el diseño de un nuevo avión o verificar sus sistemas tras un mantenimiento.
- Los "vuelos de prueba" para el público, que son una primera toma de contacto con el mundo de la aviación.
Pruebas
Aeronaves civiles
Generalmente, existen dos categorías de programas de pruebas de vuelo: comerciales y militares. Las pruebas de vuelo comerciales se realizan para certificar que la aeronave cumple con todos los requisitos de seguridad aérea y rendimiento aplicables del organismo gubernamental que lo certifica. En Estados Unidos, este organismo es la Administración Federal de Aviación (FAA); en Canadá, Transport Canadá (TC); en el Reino Unido, la Autoridad de Aviación Civil (CAA); y en la Unión Europea, la Agencia Europea de Seguridad Aérea (EASA). Dado que el desarrollo de aeronaves comerciales suele financiarse por el fabricante y/o inversores privados, el organismo certificador no tiene interés en el éxito comercial de la aeronave. Estos organismos civiles se preocupan más por la seguridad de la aeronave y por que el manual de vuelo del piloto refleje con precisión su rendimiento. El mercado comercial determinará la idoneidad de la aeronave para los operadores. Normalmente, el organismo de certificación civil no interviene en las pruebas de vuelo hasta que el fabricante haya detectado y corregido cualquier problema de desarrollo y esté listo para solicitar la certificación.
Aeronaves militares
Los programas militares se diferencian de los comerciales en que el gobierno contrata al fabricante de aeronaves para diseñar y construir una aeronave que cumpla con capacidades específicas para la misión. Estos requisitos de rendimiento se documentan para el fabricante en las especificaciones de la aeronave, y los detalles del programa de pruebas de vuelo (entre muchos otros requisitos del programa) se especifican en la declaración de trabajo. En este caso, el gobierno es el cliente y tiene un interés directo en la capacidad de la aeronave para cumplir la misión. Dado que el gobierno financia el programa, participa más en el diseño y las pruebas de la aeronave desde el principio. A menudo, pilotos de prueba e ingenieros militares se integran al equipo de pruebas de vuelo del fabricante, incluso antes del primer vuelo. La fase final de las pruebas de vuelo de la aeronave militar es la Prueba Operacional (PO). La PO la lleva a cabo un equipo de pruebas exclusivamente gubernamental con el objetivo de certificar que la aeronave es adecuada y eficaz para realizar la misión prevista.
Las pruebas de vuelo de aeronaves militares suelen realizarse en instalaciones militares de prueba. La Armada de los Estados Unidos prueba sus aeronaves en la Estación Aeronaval de Patuxent River y la Fuerza Aérea de los Estados Unidos en la Base Aérea Edwards. La Escuela de Pilotos de Prueba de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos y la Escuela de Pilotos de Prueba de la Armada de los Estados Unidos son los programas diseñados para la formación del personal de pruebas militares. En el Reino Unido, la mayoría de las pruebas de vuelo militares las realizan tres organizaciones: la Real Fuerza Aérea (RAF), BAE Systems y QinetiQ. Para mejoras menores, las pruebas pueden ser realizadas por una de estas tres organizaciones de forma independiente, pero los programas importantes suelen ser llevados a cabo por un Equipo Conjunto de Pruebas (JTT), en el que las tres organizaciones colaboran bajo la coordinación de un equipo de proyecto integrado (IPT).
Procesos
Las pruebas de vuelo —generalmente consideradas como un tipo de vuelo sin fines comerciales, aunque la compañía SpaceX también ha realizado extensas pruebas de vuelo en la fase posterior a la misión de un cohete propulsor de regreso en lanzamientos comerciales— pueden estar sujetas al mayor riesgo de accidentes o incidentes graves, estadísticamente demostrado, propio de estos últimos. Esto se debe principalmente a las incógnitas sobre las características de control de una nueva aeronave o vehículo de lanzamiento y a la falta de procedimientos operativos establecidos, situación que puede agravarse si los pilotos carecen de la formación o experiencia necesarias para pilotar o volar la aeronave.[2] Por este motivo, las pruebas de vuelo se planifican cuidadosamente en tres fases:
- Preparación
- Ejecución
- Análisis e informe.
Preparación
Tanto para aeronaves comerciales como militares, así como para vehículos de lanzamiento, la preparación para las pruebas de vuelo comienza mucho antes de que el vehículo de prueba esté listo para volar. Inicialmente, se debe definir qué se necesita probar, a partir de lo cual los ingenieros de pruebas de vuelo preparan el plan de pruebas, que consiste esencialmente en ciertas maniobras que se deben realizar (o sistemas que se deben poner a prueba). Cada prueba individual se conoce como Punto de Prueba. Un programa completo de pruebas de vuelo para la certificación/calificación de una nueva aeronave requerirá pruebas para muchos sistemas de la aeronave y regímenes de vuelo; cada uno se documenta generalmente en un plan de pruebas separado. En total, un programa de pruebas de vuelo para la certificación constará de aproximadamente 10 000 Puntos de Prueba.
El documento utilizado para preparar un vuelo de prueba para una aeronave se conoce como Tarjeta de Pruebas. Esta tarjeta incluye una descripción de los Puntos de Prueba que se realizarán. El ingeniero de pruebas de vuelo procurará, en la medida de lo posible, realizar vuelos con puntos de prueba similares de todos los planes de prueba. Esto permite obtener los datos necesarios en el menor número de horas de vuelo. El software utilizado para controlar el proceso de pruebas de vuelo se denomina Software de Gestión de Pruebas de Vuelo y ayuda al ingeniero de pruebas de vuelo a planificar los puntos de prueba y a generar la documentación necesaria.
Una vez establecidos los requisitos de datos para la prueba de vuelo, la aeronave o el vehículo de lanzamiento se equipa con un sistema de adquisición de datos (DAS) o una unidad de adquisición de datos (DAU) y sensores para registrar dichos datos para su análisis. Los parámetros típicos de instrumentación registrados durante una prueba de vuelo para una aeronave de gran tamaño son:
- Presión y temperatura atmosféricas (estáticas).
- Presión y temperatura dinámicas ("totales"), medidas en varias posiciones alrededor del fuselaje.
- Cargas estructurales en las alas y el fuselaje, incluidos los niveles de vibración.
- Actitud de la aeronave, ángulo de ataque y ángulo de deslizamiento lateral.
- Aceleraciones en los seis grados de libertad, medidas con acelerómetros en diferentes posiciones de la aeronave.
- Niveles de ruido (interior y exterior).
- Temperatura interior (en la cabina de vuelo y los compartimentos de carga).
- Deflexión de los controles de la aeronave (|palanca/columna de control, pedal del timón de profundidad y posición del acelerador).
- Parámetros de rendimiento del motor (presión y temperatura en diversas etapas, empuje, tasa de consumo de combustible).
Se pueden llevar a bordo instrumentos de calibración específicos, cuyo comportamiento se ha determinado a partir de pruebas anteriores, para complementar las sondas incorporadas a la aeronave.
Durante el vuelo, estos parámetros se utilizan para calcular parámetros relevantes del rendimiento de la aeronave, como la velocidad aerodinámica, la altitud, el peso y la posición del centro de gravedad.
Durante determinadas fases de las pruebas de vuelo, especialmente durante las primeras etapas del desarrollo de una nueva aeronave, se transmiten numerosos parámetros a tierra durante el vuelo, donde son monitorizados por los ingenieros de pruebas y de apoyo, o bien se almacenan para su posterior análisis. Esto permite la monitorización de la seguridad y facilita el análisis, tanto en tiempo real como mediante simulación completa, de los datos recopilados.
Ejecución
Una vez que una aeronave o vehículo de lanzamiento está completamente ensamblado e instrumentado, se realizan numerosas horas de pruebas en tierra. Esto permite explorar múltiples aspectos: el funcionamiento básico de la aeronave, los controles de vuelo, el rendimiento del motor, la evaluación de la estabilidad de los sistemas dinámicos y proporciona una primera aproximación a las cargas estructurales. Posteriormente, el vehículo puede realizar su vuelo inaugural, un hito fundamental en cualquier programa de desarrollo de aeronaves o vehículos de lanzamiento.
Un programa de pruebas de vuelo tiene varios aspectos, entre los que se incluyen:
- Cualidades de manejo, que evalúan la controlabilidad de la aeronave y su respuesta a las acciones del piloto en todo el rango de vuelo.
- Las pruebas de rendimiento evalúan las aeronaves en relación con sus capacidades proyectadas, tales como velocidad, alcance, potencia disponible, resistencia aerodinámica, características del flujo de aire, etc.
- La estabilidad aeroelástica/de aleteo evalúa la respuesta dinámica de los controles y la estructura de la aeronave a las cargas aerodinámicas (es decir, inducidas por el viento).
- Las pruebas de aviónica/sistemas verifican que todos los sistemas electrónicos (navegación, comunicaciones, radares, sensores, etc.) funcionen según lo previsto.
- Las cargas estructurales miden las tensiones en la estructura del avión, los componentes dinámicos y los controles para verificar la integridad estructural en todos los regímenes de vuelo.
Las pruebas específicas para aeronaves militares incluyen:
- Lanzamiento de armamento, que analiza la capacidad del piloto para adquirir el objetivo utilizando los sistemas a bordo y lanzar con precisión el proyectil sobre el objetivo.
- Una evaluación de la separación de la munición al salir de la aeronave para garantizar que no haya problemas de seguridad.
- Reabastecimiento en vuelo.
- Medición de la firma radar/infrarroja.
- Operaciones con portaaviones.
Las situaciones de emergencia se evalúan como parte integral de todo programa de pruebas de vuelo. Algunos ejemplos son: fallas de motor durante las distintas fases del vuelo (despegue, crucero y aterrizaje), fallos de sistemas y degradación de los controles. Durante las pruebas de vuelo se establece y verifica el rango operativo completo (pesos brutos admisibles, centros de gravedad, altitud, velocidades máximas y mínimas, maniobras, etc.). Se demuestra siempre la seguridad de la aeronave incluso más allá de los límites permitidos para las operaciones normales en el Manual de Vuelo.
Dado que el objetivo principal de un programa de pruebas de vuelo es recopilar datos de ingeniería precisos, a menudo sobre un diseño que no está completamente probado, pilotar una aeronave de prueba requiere un alto grado de formación y habilidad. Por ello, estos programas suelen ser llevados a cabo por un piloto de pruebas especialmente entrenado, los datos son recopilados por un ingeniero de pruebas de vuelo y, con frecuencia, se muestran visualmente al piloto de pruebas o al ingeniero mediante instrumentación de vuelo.
Análisis e informes
El vuelo de prueba incluye el análisis de un vuelo para su certificación. Analiza tanto el interior como el exterior de la aeronave, revisando cada detalle. El informe incluye los resultados del análisis de datos.
Introducción. El rendimiento de las aeronaves abarca diversas misiones como despegue, ascenso, crucero aceleración, desaceleración, descenso, aterrizaje y otras maniobras básicas de combate, etc.
Después de las pruebas de vuelo, la aeronave debe ser certificada de acuerdo con sus regulaciones, como las Regulaciones Federales de Aviación (FAR) de la Agencia Europea de Seguridad Aérea (FAA), las Especificaciones de Certificación (CS) de la Agencia Europea de Seguridad Aérea (EASA) y los Requisitos y Cumplimiento del Personal Aéreo de la India.
1. Evaluación y documentación del rendimiento del vuelo
- El procesamiento de datos de vuelo incluye filtrado, corrección de sesgo y resolución a lo largo de la trayectoria de vuelo (Trayectoria).
- Análisis de segmentos de la misión a partir de los datos de las pruebas de vuelo.
- Estimación del empuje utilizando el Performance Cycle Deck (PCD).
- Cálculo del empuje en vuelo utilizando la plataforma de empuje en vuelo (IFTD).
- Documentación del rendimiento del vuelo según los procedimientos estándar.
- Validación y actualización del modelo de rendimiento de la aeronave.
2. Reducción del rendimiento de vuelo a condiciones estándar
- Estimación del modelo del rendimiento de la aeronave en condiciones atmosféricas estándar internacionales (ISA).
- Las condiciones no estándar (probadas) se estudian incorporando individualmente la masa, la altitud, la velocidad y la configuración del acelerador estándar.
- Los efectos individuales se suman a las condiciones probadas (no estándar) para obtener el rendimiento en condiciones de atmósfera estándar internacional para la certificación.
- Para el despegue y el aterrizaje, también se considera el efecto del viento.
3. Preparación y validación de gráficos de rendimiento para el manual de datos operativos (ODM)
Las tablas de rendimiento permiten al piloto predecir el comportamiento de la aeronave durante el despegue, el ascenso, el crucero y el aterrizaje. Estas tablas, proporcionadas por el fabricante, se incluyen en el Manual de Vuelo de la Aeronave (AFM) y el Manual de Operaciones del Piloto (POH). La información que el fabricante proporciona en estas tablas se ha recopilado a partir de vuelos de prueba realizados en una aeronave nueva, en condiciones normales de operación, con habilidades de pilotaje promedio y con la aeronave y el motor en buen estado de funcionamiento. Los ingenieros registran los datos de vuelo y crean las tablas de rendimiento basándose en el comportamiento de la aeronave durante los vuelos de prueba. Mediante estas tablas, el piloto puede determinar la longitud de pista necesaria para el despegue y el aterrizaje, la cantidad de combustible que se utilizará durante el vuelo y el tiempo necesario para llegar al destino. Los datos de las tablas no serán precisos si la aeronave no está en buen estado de funcionamiento o si opera en condiciones adversas. Siempre considere la necesidad de compensar los valores de rendimiento si la aeronave no está en buen estado de funcionamiento o si las habilidades de pilotaje son inferiores al promedio. Cada aeronave tiene un rendimiento diferente y, por lo tanto, valores de rendimiento distintos. Calcule el rendimiento de la aeronave antes de cada vuelo, ya que cada vuelo es diferente.
Cada carta aeronáutica se basa en ciertas condiciones e incluye notas sobre cómo adaptar la información a las condiciones de vuelo. Es importante leer cada carta y comprender su uso. Lea las instrucciones del fabricante. Para obtener una explicación sobre cómo usar las cartas, consulte el ejemplo proporcionado por el fabricante para esa carta específica.
La información que proporcionan los fabricantes no está estandarizada. Puede presentarse en formato de tabla o en formato de gráfico. A veces, los gráficos combinados incorporan dos o más gráficos en uno solo para compensar diversas condiciones de vuelo. Estos gráficos permiten al piloto predecir el rendimiento de la aeronave ante variaciones en la altitud de densidad, el peso y el viento, todo en un mismo gráfico. Debido a la gran cantidad de información que se puede extraer de este tipo de gráfico, es fundamental interpretarlo con mucha precisión. Un pequeño error al principio puede provocar un gran error al final.
El resto de esta sección abarca información sobre el rendimiento de las aeronaves en general y analiza qué información contienen las cartas aeronáuticas y cómo extraerla mediante lectura directa e interpolación. Cada carta contiene información valiosa que debe utilizarse en la planificación de vuelo. Se analizarán ejemplos de tablas, gráficos y gráficos combinados para todos los aspectos del vuelo.
Interpolación. No toda la información de las cartas de navegación se puede extraer fácilmente. Algunas requieren interpolación para obtener información sobre condiciones de vuelo específicas. Interpolar información significa que, a partir de la información conocida, un piloto puede calcular información intermedia. Sin embargo, a veces los pilotos redondean los valores de las cartas a una cifra más conservadora. Usar valores que reflejen condiciones ligeramente más adversas proporciona una estimación razonable del rendimiento y ofrece un pequeño margen de seguridad. La siguiente ilustración muestra un ejemplo de interpolación de información a partir de una carta de distancia de despegue:
- Estimación de modelos para una amplia gama de condiciones atmosféricas, parámetros de vuelo y de motor.
- Preparación y validación de gráficos y tablas a partir de la estimación del modelo para predecir el rendimiento de la aeronave.
- Esto permitirá al piloto operar de manera efectiva y segura, y realizar comparaciones de rendimiento.
Equipos utilizados
La composición del equipo de los vuelos de pruebas varía según la organización y la complejidad del programa del fabricante, aunque existen algunos miembros clave que suelen formar parte de todas las organizaciones de pruebas de vuelo. El líder del equipo suele ser un ingeniero de pruebas de vuelo (ITV) o, posiblemente, un piloto de pruebas experimentales. Otros ITV o pilotos también pueden participar. Otros miembros del equipo son el ingeniero de instrumentación de pruebas de vuelo, los técnicos de sistemas de instrumentación, el departamento de mantenimiento de aeronaves (mecánicos, electricistas, técnicos de aviónica, etc.), los inspectores de calidad/garantía de producto, el personal del centro de datos/informática en tierra, además del personal de apoyo logístico y administrativo. Ingenieros de otras disciplinas colaboran en las pruebas de sus sistemas específicos y analizan los datos recopilados en su área de especialización.
Dado que muchos programas de desarrollo de aeronaves están patrocinados por las fuerzas armadas gubernamentales, es frecuente que pilotos e ingenieros militares o civiles empleados por el gobierno se integren en el equipo de pruebas de vuelo. Los representantes gubernamentales supervisan el programa, revisan y aprueban los datos. Los pilotos de prueba gubernamentales también pueden participar en los vuelos de prueba, incluso en el primer vuelo.
