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Instrumentos y Aviónica Trabajo Práctico N° 1 Relevamiento del instrumental de una aeronave convencional Año 2021 Relevamiento del panel de Instrumentos de una aeronave convencional Leonardo Alberto Desimone* 28 de agosto de 2021 Resumen En el presente trabajo práctico de laboratorio para la asignatura de especialización de Instrumentos y Aviónica se realizó el relevamiento de un panel de instrumentos de una aeronave de tipo convencional, se identificaron los seis básicos, los instrumentos de navegación, etc. Se eligió para llevar a cabo el informe la aeronave bimotora Cessna 310. En una primera instancia del informe se detalló brevemente la aeronave en cuanto a su configuración y performances, se adjuntaron todos los datos provistos por el fabricante en el manual del usuario (Cessna, 1975). A la hora finalmente de llevar a cabo el relevamiento se emplearon fotografı́as reales de la cabina como también imágenes obtenidas de un modelo diseñado y programado para ser usado en el simulador de vuelo Microsoft Flight Simulator X (FSX). Palabras clave: panel de instrumentos, seis básicos, Cessna 310, Microsoft Flight Simulator X. Abstract In the present practical laboratory work for the specialization subject of Instruments and Avionics, a survey of an instrument panel of an aircraft of the conventional type was carried out, there were the six basic ones; The Cessna 310 twin-engine aircraft was chosen to carry out the report. In the first instance of the report, the aircraft was briefly detailed in terms of its configuration and performances, and all the data provided by the manufacturer in the user manual was attached (Cessna, 1975). At the time of finally carrying out the survey, real photographs of the cockpit were used as well as images obtained from a model designed and programmed to be used in the Microsoft Flight Simulator X (FSX). Keywords: instrument panel, six basic, Cessna 310, Microsoft Flight Simulator X. *leonardo.desimone@mi.unc.edu.ar Leonardo Alberto Desimone Página 1 de 13 Instrumentos y Aviónica Trabajo Práctico N° 1 Relevamiento del instrumental de una aeronave convencional Año 2021 Lista de abreviaturas, sı́mbolos y unidades ASI Air speed indicator [kn] AI Attitude indicator TC Turn coordinator HI Heading indicator [DEG] VSI Vertical speed indicator [ f t/min] ADF Automatic Direction Finder VOR Very High Frequency Omnidirectional Range OAT Outside air temperature [◦C] y [◦F] EGT Exhaust gas temperature [◦C] y [◦F] FSX Flight Simulator X 1. Introducción Los instrumentos de vuelo con los que cuenta una aeronave son fundamentales para llevar a cabo un vuelo seguro y controlado, estos permiten el monitoreo de las distintas variables o parámetros durante el mismo como la velocidad, la altitud, la orientación de la aeronave respecto al horizonte, etcétera. Los mismos deben contar con un diseño ergonómico de forma que el personal responsable a cargo de la aeronave no tenga grandes dificultades a la hora de interpretar su información y la toma de decisiones por la tripulación siempre sea lo mas rápida, eficaz y eficiente posible en especial cuando se presentan situaciones crı́ticas (emergencias); una lectura errónea o un error en la interpretación de estos puede ocasionar que se tomen decisiones erróneas y corra riesgo el personal abordo, el pasaje, la carga y hasta la misma aeronave. 2. Marco teórico Los instrumentos de vuelo pueden definirse como el conjunto de mecanismos y dispositivos que forman parte de una aeronave y que posibilitan que un vuelo se lleve a cabo en condiciones seguras. Dichos dispositivos deben permitir (Garcı́a, Galeasso, y Giraudo, 2021): Permitir volar en condiciones de climáticas desfavorables, con escasa visibilidad y durante la noche. Asegurar una operación segura y confiable. Dar avisos tempranos sobre cualquier falla en los sistemas de la aeronave o partes de la misma, de forma que los pilotos puedan tomar una acción inmediata. Estos dispositivos tienen un rol vital en el circuito de control ya que son el medio de comunicar datos entre los sistemas y el controlador. Por lo tanto, para que un responsable del control pueda obtener el máximo de calidad de control y, también para minimizar el esfuerzo mental en la interpretación de los datos, es necesario prestar la máxima atención al contenido y la forma de visualización de los datos. Leonardo Alberto Desimone Página 2 de 13 Instrumentos y Aviónica Trabajo Práctico N° 1 Relevamiento del instrumental de una aeronave convencional Año 2021 Las formas mas comunes de visualización de datos aplicadas a los instrumentos de aeronaves son los siguientes (Garcı́a y cols., 2021): Cuantitativas, en las que la cantidad variable que se mide se presenta en términos de un valor numérico y por la posición relativa de un puntero o ı́ndice. Cualitativas, en en el que la información se presenta en forma simbólica o pictórica. 2.1. Clasificación de los instrumentos Dentro de las distintas formas entre las cuales se podrı́an clasificar los instrumentos de abordo, esto es por principio de funcionamiento, lectura directa, derivadores, integradores, a distancia, etc.; por lo anterior se puede clasificarlos según las magnitudes que miden. Según este criterio se los puede clasificar como (Garcı́a y cols., 2021): De Navegación: que permiten determinar la posición y el movimiento relativo de la aeronave con respecto a la Tierra. De Actidud: para conocer los ángulos relativos que los ejes de la aeronave que pasan por su bari- centro forman con la Tierra. De Control: entre los que se cuentan respecto al equipo propulsor y otros de equipos y sistemas varios de la aeronave. Equipos Especiales: tales como avisos de alarma, sistemas de seguridad, etc. Controles Automáticos: que reemplazan a los pilotos manteniendo cierta condición de vuelo pro- gramada. 2.2. Instrumentos basic six Los seis instrumentos básicos (basic six pack ) son aquellos que le proporcionan a la tripulación a cargo de la aeronave la información relacionada con la velocidad, altitud, ascenso / descenso, actitud, rumbo y giro / inclinación de la aeronave (MidContinent, 2019). Entre ellos se encuentran los siguientes: Velocı́metro, Air Speed Indicator (ASI). Indicador de Actitud, Attitude Indicator (AI), también conocido como Horizonte Artificial. Altı́metro Indicador de Velocidad Vertical, Vertical Speed Indicator (VSI). Indicador de Rumbo, Heading Indicator (HI). Indicador de Giro y Viraje, Turn Coordinator (TC). Estos serán identificados en la aeronave seleccionada en las secciones siguientes. Leonardo Alberto Desimone Página 3 de 13 Instrumentos y Aviónica Trabajo Práctico N° 1 Relevamiento del instrumental de una aeronave convencional Año 2021 2.3. Aeronave seleccionada La aeronave convencional seleccionada para llevar a cabo el relevamiento del panel de instrumentos de cabina será el Cessna 310, se muestra en la Figura 1 una vista de la aeronave en vuelo y en la Figura 2 se aprecia a la aeronave en tierra. Se incluirán algunos detalles de la aeronave en las secciones siguientes. El Cessna 310 es una aeronave bimotora convencional fabricada por la empresa estadounidense Cess- na Aircraft Company, fue el primer avión bimotor fabricado por la compañı́a y voló por primera vez el 3 de enero de 1953. Se fabricaron 6321 ejemplares de este modelo y la producción estuvo activa desde 1954 hasta 1980 (Wikipedia, 2021). 2.3.1. Dimensiones y caracterı́sticas principales A continuación se listan las dimensiones, performances y caracterı́sticas principales informadas en el manual del fabricante. Se muestra además en la Figura 3 las tres vistas fundamentales de la aeronave seleccionada tomada del manual del fabricante(Cessna, 1975). Envergadura: 10,67 [m] Longitud: 8,23 [m] Peso vacı́o: 1293 [kg] Peso máximo de despegue: 2087 [kg] Velocidad crucero: 178[kn] a 7500 [ f t]. Velocidad de nunca exceder: 191 [kn] Techo de servicio: 20000 [ f t].Motor: Continental 6-Cylinder I0-520-M 285 [hp]. Hélice: Paso variable de 76.5 pulgadas de diámetro. Capacidad: 1 piloto y 4 pasajeros. 2.3.2. Configuración aerodinámica Configuración alar: Ala baja. Tipo de empenaje: Convencional. Perfil alar raı́z: NACA 23018 Perfil alar puntera: NACA 23015 Tren de aterrizaje: Retráctil Ubicación de la planta motriz: En las alas. Leonardo Alberto Desimone Página 4 de 13 Instrumentos y Aviónica Trabajo Práctico N° 1 Relevamiento del instrumental de una aeronave convencional Año 2021 Figura 1: Vista del Cessna 310 en vuelo Figura 2: Vista del Cessna 310 en tierra. Leonardo Alberto Desimone Página 5 de 13 Instrumentos y Aviónica Trabajo Práctico N° 1 Relevamiento del instrumental de una aeronave convencional Año 2021 Figura 3: Vistas fundamentales de la aeronave. Leonardo Alberto Desimone Página 6 de 13 Instrumentos y Aviónica Trabajo Práctico N° 1 Relevamiento del instrumental de una aeronave convencional Año 2021 3. Relevamiento del panel de instrumentos 3.1. Posición de los instrumentos en el panel Se procederá con el reconocimiento de los distintos instrumentos presentes en la cabina del Cessna 310, se ofrecen en las Figuras 4, 5 y 6 unas vistas de la cabina de la aeronave en la realidad y en el simu- lador de vuelo Microsoft Flight Simulator X . Se tomaron las imágenes del modelo diseñado y programado para FSX del addon de pago de la empresa Alabeo (Para mas información Alabeo Cessna 310). Figura 4: Vista de la cabina del Cessna 310. Leonardo Alberto Desimone Página 7 de 13 https://store.steampowered.com/app/314160/Microsoft_Flight_Simulator_X_Steam_Edition/ https://www.alabeo.com/sitealabeo/product/c310r-fsx-p3d/ Instrumentos y Aviónica Trabajo Práctico N° 1 Relevamiento del instrumental de una aeronave convencional Año 2021 Figura 5: Vista de la cabina del Cessna 310 en Flight Simulator X. Figura 6: Vista nocturna con luces encendidas de la cabina del Cessna 310 en Flight Simulator X. Leonardo Alberto Desimone Página 8 de 13 Instrumentos y Aviónica Trabajo Práctico N° 1 Relevamiento del instrumental de una aeronave convencional Año 2021 En la Figura 7 se muestra la identificación de 8 instrumentos. En los cuales se identificaron en amarillo los seis básicos y en rojo los instrumentos de navegación. El detalle de cada uno de ellos se muestra en la Tabla 1. (Se muestra un buen detalle de la cabina de la aeronave en el siguiente video). Figura 7: Relevamiento de instrumentos del Cessna 310 Tabla 1: Detalle del panel de instrumentos izquierdo Nro Detalle 1 Velocı́metro, Air Speed Indicator (ASI) (Instrumento conectado al sistema Pitot - Estática) 2 Indicador de Actitud, Attitude Indicator (AI), también conocido como Horizonte Artificial (Giroscópico) 3 Altı́metro (Instrumento conectado al sistema Pitot - Estática) 4 Indicador de Giro y Viraje, Turn Coordinator (TC) (Giroscópico) 5 Indicador de Rumbo, Heading Indicator (HI) (Giroscópico) 6 Indicador de Velocidad Vertical, Vertical Speed Indicator (VSI) (Sistema Pitot - Estática) 7 Instrumento de navegación ADF 8 Instrumento de navegación VOR El ASI en este caso es analógico y es circular con una escala graduada (presenta información de carácter cuantitativo), en él se lee el valor de IAS y en una segunda escala mas pequeña el valor de TAS. El indicador de actitud ofrece la información de manera analógica en carácter cualitativa mediante la simbologı́a de tierra/aire con los colores en este caso blanco (para el cielo) y negro (para la tierra), cabe destacar que también se usan los colores de celeste/marrón además también ofrece algo de información Leonardo Alberto Desimone Página 9 de 13 https://youtu.be/fnfbp22LJTo Instrumentos y Aviónica Trabajo Práctico N° 1 Relevamiento del instrumental de una aeronave convencional Año 2021 de carácter cuantitativo dado que tiene graduaciones angulares para la actitud y para el giro. El altı́metro también de carácter analógico es circular y ofrece la información de las altitudes mediante una escala graduada con 3 manecillas o agujas, la aguja larga y gruesa marca los cientos de pies, la corta y gruesa los miles de pies y la larga fina con un triángulo invertido en su extremo indica diez miles de pies. El TC es analógico y ofrece su información en forma cualitativa mediante una bolita y la figura de una aeronave asociada al movimiento de esta, da al piloto una idea del giro de su calidad y su velocidad. El HI instrumento analógico que presenta su información en forma cuantitativa mediante una escala graduada da una idea del rumbo que sigue la aeronave instante a instante. El VSI es analógico y ofrece su información de manera cuantitativa mediante una graduación de escala y con el es posible conocer el régimen de ascenso o de descenso que tiene la aeronave en [ f t/min]. Finalmente los instrumentos 7 y 8 corresponden al ADF y VOR de la aeronave respectivamente, ambos instrumentos de navegación con radioayudas, son analógicos y presentan su información en forma cuantitativa por medio de escalas circulares graduadas con los radiales. Finalmente a la izquierda del TC hay un cronómetro digital. Para el resto del panel se seguirá la imagen de la Figura 8. En la Tabla 2 aparece el detalle de los mismos. En la Figura 9 se ofrece una vista en detalle del lado derecho. Figura 8: Lado derecho del panel de instrumentos del Cessna 310. Del lado derecho del panel tenemos la presencia de una tradicional brújula analógica, la cual se utili- Leonardo Alberto Desimone Página 10 de 13 Instrumentos y Aviónica Trabajo Práctico N° 1 Relevamiento del instrumental de una aeronave convencional Año 2021 Tabla 2: Detalle de instrumentos del lado derecho Nro Detalle 1 Brújula magnética 2 GPS 3 Grupo de radios 4 Indicador de presión absoluta de admisión de los motores 5 Indicadores de presión de aceite y temperaturas de los motores 6 Tacómetro 7 Indicador de las cantidades de combustible 8 Suction gauge core 9 Indicador del flujo de combustible y nivel de combustible (Digital) 10 Indicador de la temperatura de gases de escape de los motores, exhaust gas temperature (EGT) 11 Indicador del flujo de combustible a los motores, fuel flow indicator 12 Indicador de temperatura de aire exterior, Outside Air Temperature (OAT) za principalmente cuando se desea calibrar el indicador de rumbo HI, presenta su información de forma cuantitativa mediante una escala graduada. El instrumento 2 es un GPS, instrumento de tipo digital, su información es propocionada de forma cuantitativa y cualitativa. El 3 es el grupo de radios de la aeronave, el cual posibilita las comunicaciones con tierra y el empleo de las radioayudas para la navegación. Los instrumentos 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 y 11 forman parte del grupo de instrumentos correspondiente a informar a la tripulación el funcionamiento de la planta propulsora, todos los instrumentos de este grupo excepto el 9 son analógicos y presentan su información de carácter cuantitativa mediante escalas graduadas, se ven de una mejor forma en la Figura 9; el número 4 corresponde al indicador de presión absoluta de la admisión de los motores; el 5 son dos indicadores (uno por cada motor) los cuales indican a la tripulación las presiones del aceite y temperatura de los motores; el 6 corresponde a un tacómetro el cual indica para cada motor con una doble aguja las RPM a la cual esta trabajando instante a instante; el 7 nos da las cantidades de combustible remanentes con los que cuenta la aeronave en todos sus tanques nos ofrece la información en galones y en libras; el número 8 corresponde al Suction Gauge Core es usado para leer el vacı́o que posi- bilita el uso de los instrumentos giroscópicos ya que las velocidades de giro de los giroscopos deben estar en un cierto rango para que estos instrumentos giroscópicos trabajen en óptimas condiciones (Notebook, 2021); 9 y 11 dan información acerca del flujo de combustiblea los motores de la aeronave; 10 es un EGT y proporciona información sobre la temperatura de gases de escape de los motores y finalmente 12 es un indicador de temperatura del aire exterior OAT. Como es apreciable en la Figura 9 se logra ver en detalle que debajo del OAT está presente un indicador de horas de vuelo de la aeronave. Leonardo Alberto Desimone Página 11 de 13 Instrumentos y Aviónica Trabajo Práctico N° 1 Relevamiento del instrumental de una aeronave convencional Año 2021 Figura 9: Vista en detalle del lado derecho del panel. Leonardo Alberto Desimone Página 12 de 13 Instrumentos y Aviónica Trabajo Práctico N° 1 Relevamiento del instrumental de una aeronave convencional Año 2021 4. Conclusiones En esta primera entrega de trabajos prácticos para la asignatura de Instrumentos y Aviónica se relevó el panel de instrumentos de la aeronave convencional a elección, el Cessna 310, se identificaron los ins- trumentos pertenecientes al grupo de los six basic, los correspondientes a las funciones de navegación enteramente y finalmente los relacionados con la planta propulsora y funcionamiento de la aeronave desde un punto de vista de su desempeño mecánico, se aprecia que dado que la aeronave es tipo bi-motora estos últimos poseen ya sea doble indicador o doble manecilla para entregar las lecturas correspondientes al motor número 1 y 2 (motor izquierdo y derecho desde la perspectiva del piloto). Referencias Cessna. (1975). Cessna model 310: Manual. Autor. Descargado de https://www.manualslib.com/ manual/1273373/Cessna-310-1975.html Garcı́a, J. O., Galeasso, A., y Giraudo, P. (2021). Instrumentos y aviónica: Apuntes de la cátedra. Publicación Independiente. Descargado de https://drive.google.com/file/d/1VvTNvedRmz1jS8 dz70w4SgXVJN8gzG /view MidContinent. (2019, jul). The six pack: Aircraft instruments explained. Descargado de https://www.mcico .com/resources/flight-instruments/six-pack-aircraft-instruments-explained Notebook, C. (2021, aug). Vacuum system. Descargado de https://www.cfinotebook.net/notebook/ operation-of-aircraft-systems/vacuum-systems Wikipedia. (2021, aug). Cessna 310. Descargado de https://en.wikipedia.org/wiki/Cessna 310 Leonardo Alberto Desimone Página 13 de 13 https://www.manualslib.com/manual/1273373/Cessna-310-1975.html https://www.manualslib.com/manual/1273373/Cessna-310-1975.html https://drive.google.com/file/d/1VvTNvedRmz1jS8_dz70w4SgXVJN8gzG_/view https://drive.google.com/file/d/1VvTNvedRmz1jS8_dz70w4SgXVJN8gzG_/view https://www.mcico.com/resources/flight-instruments/six-pack-aircraft-instruments-explained https://www.mcico.com/resources/flight-instruments/six-pack-aircraft-instruments-explained https://www.cfinotebook.net/notebook/operation-of-aircraft-systems/vacuum-systems https://www.cfinotebook.net/notebook/operation-of-aircraft-systems/vacuum-systems https://en.wikipedia.org/wiki/Cessna_310 Introducción Marco teórico Clasificación de los instrumentos Instrumentos basic six Aeronave seleccionada Dimensiones y características principales Configuración aerodinámica Relevamiento del panel de instrumentos Posición de los instrumentos en el panel Conclusiones Referencias
