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Aviónica James Harold "Jimmy" Doolittle (Alameda, California 14 de diciembre de 1896 Pebble Beach, California,27 de septiembre 1993) fue un pionero de la aviación estadounidense. Doolittle sirvió como oficial de las Fuerzas Aéreas del ejercito de los Estados Unidos durante la segunda Guerra Mundial. Obtuvo la Medalla de Honor por su valentía y liderazgo como comandante de la incursión Doolittle cuando era un teniente coronel. Durante la década de 1920 se labra su fama como aviador batiendo el récord de vuelo trans-continental en septiembre de 1922, y ganando los rallies aéreos «Schneider», «Bendix» y «Thompson». Además, durante esta década obtiene el título de Ingeniería Aeronáutica en el MIT («Massachusetts Institute of Technology»), el doctorado y un máster en esta especialidad. "In the early '20s, there was not complete support between the flyers and the engineers. The pilots thought the engineers were a group of people who zipped slide rules back and forth, came out with erroneous results and bad aircraft; and the engineers thought the pilots were crazy – otherwise they wouldn't be pilots. So some of us who had previous engineering training were sent to the engineering school at old McCook Field. ... After a year's training there in practical aeronautical engineering, some of us were sent on to MIT where we took advanced degrees in aeronautical engineering. I believe that the purpose was served, that there was thereafter a better understanding between pilots and engineers." J. Doolittle The oldest residence hall on Embry-Riddle Aeronautical University's campus, Doolittle Hall (1968), was named after General James Harold “Jimmy” Doolittle. Doolittle's most important contribution to aeronautical technology was the development of instrument flying. He was the first to recognize that true operational freedom in the air could not be achieved unless pilots developed the ability to control and navigate aircraft in flight, from takeoff run to landing rollout, regardless of the range of vision from the cockpit. Doolittle was the first to envision that a pilot could be trained to use instruments to fly through fog, clouds, precipitation of all forms, darkness, or any other impediment to visibility; and in spite of the pilot's own possibly convoluted motion sense inputs. Even at this early stage, the ability to control aircraft was getting beyond the motion sense capability of the pilot. That is, as aircraft became faster and more maneuverable, pilots could become seriously disoriented without visual cues from outside the cockpit, because aircraft could move in ways that pilots' senses could not accurately decipher. Doolittle was also the first to recognize these psycho-physiological limitations of the human senses (particularly the motion sense inputs, i.e., up, down, left, right). He initiated the study of the subtle interrelationships between the psychological effects of visual cues and motion senses. His research resulted in programs that trained pilots to read and understand navigational instruments. A pilot learned to "trust his instruments," not his senses, as visual cues and his motion sense inputs (what he sensed and "felt") could be incorrect or unreliable. In 1929, he became the first pilot to take off, fly and land an airplane using instrument alone, without a view outside the cockpit. Having returned to Mitchel Field that September, he assisted in the development of fog flying equipment. He helped develop, and was then the first to test, the now universally used artificial horizon and directional Gyroscope. He attracted wide newspaper attention with this feat of ¨blind flying¨ and later received the Harmon Trophy for conducting the experiments. These accomplishments made all-weather airline operations practical. 1- Requerimientos de Visibilidad cero Forma de alinear la aeronave con el horizonte Método confiable de medir la altitud Un método de navegación que no requiera contacto ni con el punto de partida (departure) ni con el punto de destino (arrival). El teniente Lieutenant James H. Doolittle despegó el primer vuelo con instrumentos y aterrizaje el 24 de septiembre de 1929. Vuelo efectuado en CONSOLIDATED NY-2 avión militar de entrenamiento.   

Turn, Twist, Time, Throttle, Talk Es un hecho conocido, incluso en los primeros días de la aviación que si una referencia del horizonte un piloto aviador no podrá mantener erecta una aeronave. En tierra es simple pararse con los ojos cerrados, alineando el cuerpo a las fuerzas de la gravedad. Es evidente que la mayoría de las personas pueden cerrar los ojos y no tropezarse. Sin embargo, cuando entran fuerzas de aceleración en juego al efectuar un viraje fuerzas adicionales entran en juego, como la fuerza centrífuga. Estas fuerzas adicionales entran en contexto. No hay forma de separar estas fuerzas con la de la fuerza de la gravedad cuando no hay forma de saber que otras fuerzas están interactuando. Cuando no hay nada de visibilidad (zero visibility), un piloto aviador intentará alinear su cuerpo al centro de la aeronave, no teniendo conocimiento si estas fuerzas son debido a la gravedad o debido a una virada acelerada. Lo podría el piloto percibir como una aeronave erecta puede resultar en realidad a una virada sin fin cada vez más cerrada. (TURN, TIEMPO y THROTTLE) Una posición fija puede ser obtenida reconociendo un hito o punto de referencia o un grupo de características del terreno (cañón de Colorado) que se puedan ver posiblemente usando infra rojo sensor e imagen, o generado por un mapa del radar.

Tiempos estimados en ruta y de llegada ETE: Estimated Time En-route es el intervalo de tiempo estimado que tardara la aeronave en su ruta desde el punto de origen hasta el punto de destino. ETA: Estimated Time of Arrival es la hora estimada en que la aeronave llegar´a a su punto de destino propuesto. La navegación puede definirse como el conjunto de t´ecnicas utilizadas para desplazarse entre un par de puntos conocidos, llamados origen y destino, siguiendo una trayectoria también conocida.

Ayudas visuales Utilizadas casi desde los inicios mismos de la aviación, por lo general están asociadas a la operación de aterrizaje: De punto fijo: permiten identificar fácilmente desde lo lejos un punto de referencia importante. El faro aeronáutico es el ejemplo típico. De dirección: proporcionan a la piloto información valiosa sobre la dirección de, por ejemplo, el viento (manga de viento) o el eje de la pista (luces de eje de pista). De elevación: en este caso se indica al piloto el ángulo vertical con el que se aproxima a la pista. Entran en esta categoría los sistemas de luces PAPI, VASI, etc.

La necesidad de navegación precisa y confiable se puede resumir en lo siguiente: 1- Navegación precisa y confiable es escencial para la operación efectiva de caulquier aeronave. Perderse puede ser catastrofico. La navegación de aeronaves debe ser automatica debido a la rapidez de esta. Por ejemplo, una aeronave viajando a la velocidad de 500 nudos recorre dos millas nauticas en 15 segundos. Es por ello que es evidente que determinar la posicion de una aeronave en el menor tiempo posible es necesario.

VASI (Visual Approach Slope Indicator) PAPI (Precision approach path indicator)

2- La densidad del tráfico aéreo en las aerovías de mayor uso requieren que la aeronave vuele en un corredor espécifico o “tubo en el cielo”. Estas aerovías son definidas por las autoridades de control de trafico aereo (Traffic Control authorities). Es decir, no solo la aeronave debe seguir la trayectoria por el “tubo en el cielo” predefinido como un plano 3-D que debe de ser preciso. Además existe una cuarta dimesión, la del tiempo, dado que la llegada de la aeronave (ETA) debe corresponder a un espacio de tiempo definido. El tener disponible un sistema de navegaci´on que permita mantener sincronizadas las operaciones de las aeronaves facilita el introducir más aeronaves en el mismo espacio aéreo sin comprometer la seguridad. ´ Esta es la navegación 4D, y está siendo desarrollada actualmente. 3- Para operaciones militares: sistemas de navegación sumamente precisos son esenciales para habilitar el vuelo razante de la aeronave y tomar ventaja del mapeo del terreno por parte del radar enemigo, para evitar puntos de defensa conocidos y en particular para poder alcanzar el objetivo a tiempo. La aeronave vuela rápido y muy bajo de tal forma que el piloto no puede ver el objetivo hasta que la aeronave esta bien cerca de ella. La ventana de tiempo p puede ser 6 a 10 segundos para: enfocar al objetivo, apuntar y desplegar el arma. Es por ello que es escencial conocer la posición de la aeronave cerca del objetivo en un radio de al menos 0.5 km o menos. Caso contrario el piloto puede estar viendo un area distinta y fallar en enfocar el objetivo a tiempo para cumplir un ataque exitoso. Habiendo alertado al enemigo, hacer una segunda maniobra de ataque es muy riesgoso. El uso de armas de mediano alcance que son desplegadas algunos kilometros lejos del objetivo también requieren de un conocimiento preciso de la posicion de la aeronave, para poder iniciar con el sistema inercial de navegación del misil. (La fase terminal de arribo se logra con sistema acorde ya sea infrarojo o radar de persecución microondas)

Navegación por satélite Los últimos avances en la tecnología espacial están generando una revolución en la manera como se realiza la navegación. De hecho, se estima que antes del 2020 los sistemas basados en navegación por satélite sustituirán a casi todos los demas sistemas utilizados actualmente. Estos sistemas reciben el nombre genérico de GNSS (Global Navigation Satellite Systems) porque su cobertura es mundial. Los representantes más importantes son: *GPS: sistema estadounidense de origen militar, es actualmente el más conocido y desarrollado. Empezó a operar a principios de la década de 1980 y se están ejecutando planes para su modernización. *GLONASS: la respuesta soviética al GPS, con las dificultades económicas de la exURSS cayó a niveles de inoperatividad. Sin embargo, hay planes de reactivarlo gracias a la ayuda de la Unión Europea. *GALILEO: es el futuro sistema GNSS, totalmente civil, actualmente en desarrollo por parte de la Unión Europea. Poseerá características que lo harán mucho más avanzado que el GPS. GLONASS (Sistema Orbital Mundial de Navegación por Satélite), operado por Rusia BNTS (Beidou / Compass Navigation Test Sytem), operado por China QZSS (Quasi Zenith Satellite System), operado por Japon IRNSS (Indian Regional Navigation Satellite System), operado por India GALILEO operado por la Unión Europea El NAVSTAR-GPS (NAVigation System and Ranging – Global Position System) conocido simplemente como GPS, operado por Estados Unidos.

Navegación a Estima Dead Reckoning     

Métodos para determinar la posición: Método Theta - Theta Método Rho- Theta Método Rho-Rho Método Hiperbólico

Métodos de AIRNAV  Navegación Visual (VFR)  Navegación a Estima (dead reckoning)  Navegación Autónoma (INS) o Navegación Inercial  Navegación en base a Ayudas (IFR) o VOR,DME,NDB,ADF,ILS  Navegación por satelite Navegación visual En este tipo de navegación, el piloto debe identificar visualmente varios puntos de referencia a lo largo de su ruta. De esa manera podrá determinar su posición correcta y hacer las correcciones necesarias en caso de existir desviaciones. Navegación a estima Llamada en inglés dead reckoning, representa el proceso mediante el cual, a partir de una posición previa bien conocida (llamada fix), y estimando el vector velocidad de la aeronave y el tiempo transcurrido, se obtiene (por integración en función del tiempo) la posición actual de la aeronave.

Navegación Convencional Radio ayudas que soportan la navegación Instrumentos del Avión Fases de vuelo y definiciones Equipos requeridos para operaciones ILS Operaciones de aproximación por instrumentos La navegación convencional es conjunto de técnicas y procedimientos utilizadas para desplazarse entre un par de puntos conocidos, llamados origen y destino, siguiendo una trayectoria conocida por medio de radio ayudas emplazadas en tierra.     

Radio Ayudas que soportan la navegación convencional El VOR trabajará en la banda 111,975 a 117,975 MHz, pero se podrán usar frecuencias en la banda 108 a 111,975 MHz Navegación autónoma Se habla de navegación autónoma cuando esta se realiza sin necesidad de utilizar señales emitidas por transmisores de referencia en la tierra o en el espacio. Al principio se requiere partir de una posición conocida y en la práctica es necesario cotejar los resultados cada cierto tiempo usando otro tipo de navegación. La más común de estas es la Navegación inercial, donde se utiliza un Sistema de Navegación Inercial (INS por sus siglas en inglés) que consiste en una plataforma estabilizada con giróscopos que sirve como marco de referencia. Dentro de dicha plataforma unos acelerómetros y giróscopos permiten medir los cambios de velocidad (tanto traslacional como rotacional) y, mediante integración sucesiva de los datos, obtener la posición de la aeronave y su actitud. Navegación basada en ayudas En este caso se cuenta con la asistencia de dispositivos instalados en tierra que asisten como puntos de referencia en la navegación. Pueden funcionar por radio o ser de naturaleza visual. Ayudas de radio (Radio ayudas) Las radio ayudas se pueden clasificar según el tipo de información que proporcionan:

VOR: El equipo VOR en la aeronave (Omni Bearing Selector) recibe la señal VOR DME: Al sintonizar el piloto la frecuencia de algún VOR en particular, automáticamente también se sintonizará la frecuencia de su DME asociado, y ambos compartirán la misma identificación en código Morse. Los DME: aunque mayormente están instalados en la misma caseta que el VOR y comparten una misma instalación de antena (la del DME puesta directamente encima de la del VOR), son equipos completamente independientes del sistema VOR (a excepción de la señal de identificación, que se intercala en la del VOR). NDB: Como implica su nombre, la señal transmitida no incluye información direccional inherente, en contraste con otras ayudas de navegación como VOR. Las radiofrecuencias asignadas a los NDB se seleccionarán de entre las que estén disponibles en la parte del espectro comprendida entre 190 y 1 750 kHz. NAVEGACIÓN A ESTIMA Dead Recknoning (DR) La posición presente (t) es derivada mediante la estimación de la distancia desplazada desde una posición conocida, la dirección de movimiento del vehículo y la rapidez de este. Los principales tipos de sistemas de navegación a estima utilizados son: (a) Sistemas de navegación inercial: Estos son los sistemas más precisos y usados ampliamente. (b) Sistemas de referencia rumbo/Doppler (Doppler/Heading): Usados ampliamente en helicópteros. (c)Sistemas de referencia Air data/heading. Estos sistemas son usados mayoritariamente como sistemas de revisión (revisionary navigation system). Siendo de menor precision que (a) y (b)

La posición presente de coordenadas Latitud y longitud se computan integrando los ratios de cambio en latitud y longitud con respecto al tiempo. Partiendo de la longitud y latitud inicial.

Una característica de todos los sistemas navegación a estima es que el error posición crece con el tiempo. Es por ello por lo que es necesario corregir la posición a estima (DR) y actualizar la posición desde un sistema de puntos fijos. Por ejemplo, un INS de excelente calidad tiene una precisión de 1NM/hora de tal forma la posición de una aeronave después de 5 horas el error es de 5NM. Por ende, un sistema de fijación de posición es necesario para restringir el error incremental de un sistema de navegación a estima y corregir los errores de posición del DR. Air Data      

ASIR IAS RAS/CAS EAS TAS Groundspeed

Discusión: Cuando físicamente puede volar una aeronave Cuando una aeronave esta en condiciones aeronavegables .

MEL/CDL MINIMUM EQUIPMENT LIST / CONFIGURATION DEVIATION LIST

Performance Based Navigation A finales del año 2006 se logro elaborar una nueva definición bajo el concepto PBN (Navegación Basada en Desempeño o Rendimiento). CNS

Sensores de velocidad via Radar Doppler Esta fuente autonoma y precisa en la aeronave para medir la Vg y drift angle tienen tanto merito e importancia que tenemos que conocer el sensor de velocidad vía Radar Doppler. C.J. Doppler Consideremos una aeronave volando sobre la tierra con un transmisor en la aeronave (RA) emitiendo frecuencias en la banda del radar desde una antena apuntando hacia la tierra.

Subsistemas de Colibrí Óptica Aviónica

LOS PRINCIPALES TIPOS DE SISTEMAS DE NAVEGACION A ESTIMA EN LAS AERONAVES Estos se categorizan basados en los medios que utilizan para derivar los componentes de velocidad de la aeronave. En orden de menor a mayor precisión estos son: 1).AIR DATA BASED DR NAVIGATION: :La información básica esta compuesta del true airspeed (viniendo de la air data computer) con dirección e intensidad del viento (pronosticada o estimada) y del rumbo de la aeronave (desde el AHRS) 2).DOPPLER/HEADING REFERENCE SYSTEMS: Usan un radar Doppler con un sistema de sensor de velocidad para medir la velocidad en tierra Vg y el drft angle.El heading de la aeronave es provisto por el AHRS. 3).INERTIAL NAVIGATION SYSTEMS: Estos sistemas derivan los componentes de velocidad de las aeronaves integrando las salidas de los acelerómetros. 4).DOPPLER/INERTIAL NAVIGATION SYSTEMS.: Estos combinan las salidas (señales) Doppler e INS generalmente por medio de un filtro Kalman,para obtener mayor precisión de navegación a estima. Sistema vs Método de NAV Acelerómetro

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Navegación a Estima Dead Reckoning Métodos para determinar la posición : Método Theta - Theta

Tener el conocimiento del la dirección e intensidad del viento permite a la tripulación maniobrar la aeronave hacia el viento de tal forma que el viento desplaza a la aeronave en el curso deseado. Para propósitos de navegación a estima (DR) podemos resolver en terminos de vectores. A pesar de que el calculo es simple, la presición de la navegación a estima dependerá del conocimiento instantaneo de la intensidad y dirección del viento. De tal forma que necesitamos mediciones presisas de la dirección e intensidad del viento. Dependiendo de la presición en la medición de estos parametros, el error de posición incrementa con el tiempo al navegar a estima.

Método Rho- Theta Método Rho-Rho Método Hiperbólico

Métodos para determinar la posición : Método Theta - Theta Este método se utiliza cuando se tienen disponibles varias radioayudas de tipo azimutal, o en general, cuando el sistema de navegaci ́on obtiene angulos entre ejes de referencia, puntos de referencia y la posición actual. Para explicar los fundamentos del método, imagine primero que el sistema de navegaci ́on de la aeronave obtiene el ángulo θ1 entre la posición de la aeronave, el punto de referencia P1 y un eje de referencia, tal y como ilustra la Figura. Si el punto de referencia es, por ejemplo, una estación o ́ n VOR, el eje de referencia apunta al norte magnético. Método Rho- Theta. En ocasiones, junto con el VOR puede existir una estación DME colocalizada en el punto P1. En este caso, además de un ángulo θ1 se tiene una distancia o rango ρ1, como indica la Figura.

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Rotación Concepto del Air Speed Indicator Uso del Pitot y Static Port

1.STABLE ELEMENT 2.INNER ROLL GIMBAL 3.PITCH GIMBAL 4.OUTER ROLL GIMBAL

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Stable Platform System Se requieren de 4 gimbals para poder entregar completa capacidad de maniobra Particularmente en maniobras verticales o cercanas a vertical pitch attitude y maniobras de loop El cuarto gimbal previene lo que se conoce como condición “gimbal lock”, esto ocurre cuando el eje de roll de la aeronave se aproxima y coincide con la plataforma del eje de azimuth. Sin el cuarto gimbal cualquier movimiento de yaw podría causar que la plataforma entre en condición ‘topple’ ya que no tendra ningun eje de libertad

Funciones experimentales ajenas a Colibrí Programación de cámara fotográfica y registro de fotografías abordo Programación de sensor de temperatura para toma de datos medioambientales (data no relevante para la navegación) y registro de temperaturas abordo

Aviónica Airborne

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Tener la posición de la aeronave con respecto al plano horizontal en términos de los ángulos pitch y bank y su rumbo , esa es la dirección en la cual esta apuntando en el plano horizontal con respecto al Norte, es esencial. Esta información es vital para que el piloto vuela la aeronave de forma segura bajo cualquier condición climática. Incluyendo en aquellos momentos donde las condiciones visuales no son las normales, pueden ser estas bajas o cero, que no permitan identificar el horizonte o hitos (landmarks), por ejemplo en granizo o en neblina densa, volando dentro de una nube o de noche

Manejo de Datos y Comandos  o

Diferencia entre un sistema de NAV y un método de NAV.

ATTITUDE/HEADING REFERENCE SYSTEMS Una aeronave sobrevolando un punto definido con rumbo de 90⁰ a una velocidad de 300knts despues de un minuto estará 5 millas al este de este punto definido. Este calculo simple es valido, si la aeronave vuela bajo condiciones de cero viento. En la práctica y con mucha certeza la aeronave va a estar expuesta al viento en algun punto de su vuelo. Con nuestra aeronave con rumbo 90⁰ y rapidez de 300knots, asumamos que la dirección del viento es sur con intensidad de 10knots.

Aviónica de Apoyo Terrestre Comunicaciones/ telemetría o Lograr mantener transmisión RF hasta 5,000 pies de altura o Registro y grabación terrestre de datos Apoyo en crear simuladores terrestres para probar equipo de ángulo de ataque, servo actuadores, acelerómetro y referencia inercial

Método Theta - Theta Este método se utiliza cuando se tienen disponibles varias radioayudas de tipo azimutal, o en general, cuando el sistema de navegaci ́on obtiene angulos entre ejes de referencia, puntos de referencia y la posición actual. Para explicar los fundamentos del método, imagine primero que el sistema de navegaci ́on de la aeronave obtiene el ángulo θ1 entre la posición de la aeronave, el punto de referencia P1 y un eje de referencia, tal y como ilustra la Figura. Si el punto de referencia es, por ejemplo, una estación o ́ n VOR, el eje de referencia apunta al norte magnético. Operaciones de aproximación por instrumentos Hay dos métodos para la ejecución de operaciones de aproximación por instrumentos: a) Una operación de aproximación por instrumentos bidimensional (2D), en la que se utiliza guía de navegación lateral únicamente; y b) Una operación de aproximación por instrumentos tridimensional (3D), en la que se utiliza guía de navegación tanto lateral como vertical.

Navegación Basada en Rendimiento  Requisitos PBN  Elementos PBN

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Subsistema de Poder Eléctrico o Inventario en Watts de todos los sistemas electrónicos de Colibrí o Inventario de especificaciones de componentes electrónicos, especialmente rango de operación de temperatura o Diseño de planta DC para alimentar los sistemas eléctricos. o Tentativamente en múltiplos de 2VDC Diseño de Hardware para todos los sistemas electrónicos o Trabajar de cerca con ing. mecánicos para lograr que los equipos electrónicos, soporten las fuerzas G, vibración y temperaturas de Colibrí Diseño de un bus común DC con protecciones (fusibiles) para suplir potencia a la aviónica. o Trabajar en el avionics bay para que este tenga una temperatura interna entre 17C y 35C Este equipo dará aval técnico a toda la electrónica dentro de Colibrí Navegación o Diseño de código para piloto automático, capaz de decidir sobre el curso a seguir en descenso dado waypoints grabados en el ascenso. o Tomará datos e tres o cuatro periféricos  Angulo de Ataque (AOA)  Referencia Inercial  GPS  Acelerometro Control o Manejo de las superficies de Vuelo vía servo actuadores  Los Ing. Aeroespaciales daran datos sobre Pitch, Yaw y Roll para controlar Colibrí  Generan drivers para controlar los servo actuadores, los comandos los dara el procesador central donde estará el código del piloto automático o Generación de drivers para interactuar con procesador principal del piloto automático, que sean capaces de enviar en código las variables generadas por:  GPS  AOA  Referencia Inercial  Acelerómetro