INSTRUMENTOS DEL AVION.

ELEMENTOS Y MECANISMOS DE LOS INSTRUMENTOS.

ELEMENTOS.

El instrumento se compone de los cuatro elementos principales siguientes: el elemento detector, que detecta los cambios de valor de la cantidad física o la condición presentada a el; el elemento medidor , que mide realmente el valor de la cantidad física o la condición mediante pequeños desplazamientos traslacionales o angulares; el elemento acoplador, mediante el cual se aumentan o transmiten los desplazamientos; el elemento indicador, que muestra el elemento de la cantidad medida transmitido por el elemento acoplador.

MECANISMOS.

El termino mecanismo, en lo que se refiere a los cuatro elementos, es una unidad compuesta y contenida dentro de la caja de un instrumento. Sin embargo puesto que la forma en la que se efectúan e integran las funciones de los elementos se regula por los principios de operación del instrumento pertinente. En la mayoría de las aplicaciones a los aviones, se requiere una separación de algunos de los elementos de modo que tres o solo dos elementos, formen el mecanismo.

El funcionamiento de una serie de macanismos basados en los principios de palancas y varillas, estos se utilizan como elementos acopladores que siguen leyes definidas y que pueden introducir cualquier relacion entrada/salida requerida. Estos se limitan principalmente a manometros de lectura directa e instrumentos de vuelo pitot-estatica.

MECANISMOS DE PALANCA.

Concideremos en primer lugar el manometro de tubo Bourdon simple mostrado en a) en la sig fig. El tubo Bourdon forma el elemento detector y el medidor; una articulacion simple, una palanca, un cuadrante y un piñon forman el elemento acoplador; el elemento indicador esta compuesto por aguja y escala.|

Este mecanismo corresponde al tipo basico de palanca, siendo en este caso la palanca el elemento acoplador completo. Cuando se aplica presion al tubo, este se desplaza y tal desplazamiento da lugar a movimientos de entrada y salida de los elementos acoplador e indicador.

Con los mecanismos de este tipo, se usan dos terminos que estan relacionados con el movimiento y calibracion del elemento indicador; son, la longitud de palanca, que es la distancia d, y el angulo de palanca que es l angulo .

Para comprender que efectos tienen estos sobre la relacion de entrada/salinda consultaremos a la fig. anterior. El movimiento del elemento indicador es proporcional a la longitud de palanca; por lo tanto, si la palanca pivota en su centro, este movimiento sera igual al movimiento de entrada.

El efecto del angulo de palanca sobre la relacion entrada/salida es cambiar el grado de aumnto, puesto que el mismo angulo de palanca varia en respuesta al desplazamiento del elemento medidor.

Basandonos en lo anteriormente dicho, pareceria que los dos efectos se neutralizan y que se producirian indicaciones erraticas. Sin embargo, en todos los instrumentos que emplean mecanismos de palanca, se facilitan medios para el ajuste de longitudes y angulos de palanca, de forma que el elemento indicador siga la ley de calibracion requerida dentro de los limites permisibles.

MECANISMOS DE VARILLAS.

Los mecanismos de varillas prescinden de varillajes unidos por pasadores o tornillos para la interconexion de componentes y dependen de varillas en contacto entre si, que se deslizan con relacion unas a otras para la generacion de la relacion entrada/salida.

El contacto entre las varillas se mantiene en todas las condiciones mediante el empleo de un muelle capilar que tensa todo el mecanismo.

Estos mecanismos, encuentran su mayor aplicación en los instrumentos de vuelo y pueden dividirce en tres clases principales denominadas en funcion de las relaciones trigonometricas que regulan su operación. Son : el mecanismo sinusoidal, el mecanismo tangente y el mecanismo tangente doble.

El sinusoidal se emplea en ciertos tipos de anemometros como la primera etapa del elemento acoplador y comprende dos varillas A y B en contacto deslizante y un eje balancin C al cual va fijada la varilla B.

La rotacion del eje de balancin viene dada por la relacion trigonometrica:

El mecanismo tangente es parecido al sinusoidal, pero el punto de contacto entre las dos varillas permanece en una distancia d perpendicular constante del centro del eje del balancin. La rotacion de este eje viene dada por la relacion:

El mecanismo tangente oblicuo es una variente del de tangente doble. En este, los ejes del balancin son ortogonales, pero los planos de las varillas A y B no se intersectan en angulo recto.

ENGRANAJES

Los elementos e acoplamineto e indicacion de muchos intrumentos de avion emplean engranajes de una u otra forma, para la conversión directa de movimiento en linea recta o en forma de arco en giratorio total, y para aumentar o disminuir el movimiento.

Los otro engranajes que aparecen en la fig. estan diseñados para proporcionar una relacion concreta de aumento entre sus agujas respectivamente y la aguja accionada por el sector dentado y el piñon.

Al emplear engranajes en los instrumentos y en los sistemas de control, se ha tenido que hacer frente al problema de que un engranaje puede girar siempre un poco antes de arrastrar al que engrana con el. Esta perdida de movimiento es inevitable, puesto que las dimensiones de los dientes de los engranajes deben dejar siempre algo de juego para evitar que estos se agarroten. Por conciguiente, hay que buscar otros metodos que reduscan al minimo los efectos inestables que pueda crear este juego entre dientes.

El metodo mas comunmente usado en los mecanismos dentados consiste en el uso de un muelle en espiral.

Otro metodo que se usa en siertos sistemas de instrumentos que implican la transmicion de datos, es el engranaje antijuego entre dientes. Consta de una sola rueda dentada dividida. Ante de que el engranaje engrane con su compañero, una de las mitades se gira uno o dos dientes, estirando, de este modo los muelles.

MUELLE EN ESPIRAL

Son dispocitivos fabricados con precision que sirven tambien como dispocitivos controladores contra los cuales se equilibran las fuerzas deflectoras para establecer las leyes de calibracion requeridas.

La mayoria son del tipo de bobina plana con el extremo inferior fijo a un engaste, lo que hace que se le pueda instalar a presion en su eje correspondiente.

En los instrumentos electricos de medida, debe facilitarce un medio para ajuste exterior de la aguja en la pocicion cero de la escala.

Los muelles en espiral suelen ser de bronce fosforoso y cobre berilio, y su fabricacion exije un control y graduacion presisos del grosor, diametro y carga de torsion.

COMPENSACION DE TEMPERATURA

DE LOS MECANISMOS DE LOS INSTRUMENTOS.

En los mecanismos de los instrumentos se utilizanvarios metales y aleaciones, e inevitablemente , puedenproducirce combios en sus caracteristicas fisicas con las variaciones de temperatura en sus proximidades.

En algunos casos se pueden aprovechar, por ejemplo, los cambios en una resistencia electrica de metal forman la base de la medicion de temperatura.Estos no son siempre deseables y, se hacen necesario tomar medidas para neutralizarlos.

Para compensacion e temperatura, como se denomina, varian según el tipo de instrumento al que se aplican. El metodo mas antiguo de compensacion es el que se utiliza el tipo e tira bimetalica.

PRESENTACIONES CUANTITATIVAS.

Existen tres metodos principales mediante los cuales puede presentarse la informacion: la escala circular, la escala tipo "reloj", la escala recta y la digital, o contador.

Escala circular

Puede considerarse como el método clásico de presentar información en forma cuantitativa.

La base e escala, o circulo de graduación, es la línea, que puede ser real o presunta, que va de un extremo a otro de la escala y por la cual se determinan las marcas de la escala y la línea de recorrió de la aguja.

Las marcas de la escala, son las marcas que constituyen la escala del instrumento. En las presentaciones cuantitativas es de suma importancia que él numero de graduaciones se escoja cuidadosamente con el fin de obtener interpretaciones rapadas y exactas de las lecturas. De lo contrario puede producirse errores de lectura. La velocidad de lectura disminuye cuando aumentan las graduaciones.

Los fabricantes siguen un regla sensilla que consta en dividir las escalas de modo que las graduaciones representen unidades de 1, 2 o 5, o multilos decimales de estas.

La separacion tambien tiene gran importancia, no puede haber uniformidad completa esntre todas las presentaciones cuantitativas.Existen dos grupos distintos, lineal y no lineal, en otras palabras, escalas con graduaciones espaciadas uniforme y no uniforme.

La distancia entre los centros de las graduaciones que indican los valores minimos y maximos de la gama de medicion elegida se llama longitud de la escala. En condiciones ideales y basandose en consideraciones puramente teoricas, se ha calculado que la logitud de una escala proyectada para observarla a una distancia de 75cm.

Presentaciones en escalas de gran alcance.

Para medir algunas cantidades, se nesecitan escalas muy largas, puesto que las gamas de medicion son altas. Esto hace que sea dificil presentar tales cantidades en escalas circulares sencilla en cajas de tamaño estandar.

La presenetacion mostrada en a)es quiza la forma mas sencilla de adaptar longitudinalmente una escala; dividiendola en dos escalas concentricas y haciendo que la interior sea la continuacion de la exterior.

En la b) se representa un metodo que se emplea en cierto tipo de anemometros; en su concepto basico es similar al que acabamos de describir.En este diseño, sin embargo, una sola aguja gira en una escala circular y arrastra una segunda escala en vez de una aguja. Esta escala giratoria, que registra cientos de millas por hora cuando la aguja gira revaluciones completas, se ve en una avertura en la esfera principal.

Un tercer metodo c) en el que tres agujas concentricas de diferente tamaño comparten una escala comun.La aguja grande indica centenas, la intermedia millares y la pequeña decenas de millares.

En la d) puede verse un metodo de presentacion relativamente reciente para medir la velocidad con respecto al aire. Se observara que se adopta una escala exterior y otra interior y que tambien parece haber una sola aguja.Sin embargo, hay dos agujas que se mueven juntas y leen en la escala exterior durante su primera vuelta. Cuando se ha terminado esta, la punta de la aguja mas larga queda cubierta por una placa pequeña y no puede moverse mas alla de este punto de la escala. La mas corta sigue moviendose para leer en la escala interior.

Angulo de observacion

Otro factor que tiene una gran importancia en la eleccion de la longitud correcta de escala y el tamaño de la caja es el angulo en el que se observa el instrumento.

Se establecio tambien una norma por la que ninguna parte del instrumento debia estar obscurecida por la caja del instrumento cuando se mirara en angulos de hasta 30° de la posicion normal.

Al observar un instrumento en angulo, es pocible que se produzcan errores; la magnitud de tales errores es regulada principalmente por el ángulo en que se observa y la separación entre la aguja y la placa de la esfera.

Alcance de la escala y gamma de operación.

Un caso que se presenta con mucha frecuencia en relación con las longitudes y las gamas o alcances de la escala es que suelen exceder de lo que se necesita realmente para las gamas de operación del sistema con el que esta asociado el instrumento, dejando, por lo tanto, parte de la escala sin utilizar.

Consideremos un sistema fluido en que la gama de presión de funcionamiento es 0-30 lib./pulgada. No seria ningún problema diseñar una escala para el indicador de presión requerido.

En ciertas condiciones de operación del sistema en cuestión, puede ser fundamental vigilar las presiones que tengan valores tales como 17 o 29 lbf/pulgada; hacer esto con precisión en el menor tiempo posible no e muy fácil.

El resultado mostrado en b) indica claramente cuanto más fácil es interpretar los valores que hemos considerado fundamental vigilar.

Escala recta.

Además de la escala circular, esta la del tipo escala recta (vertical u horizontal).

En los instrumentos de avión se hace una escasa utilización de las presentaciones de escala recta y aguja, ya que no son adecuadas para la vigilancia.

Estas pueden contribuir al ahorro de espacio del panel y mejorar la exactitud de observación. El desarrollo de estas características han dado otra variante de la presentación de escala recta, se la conoce como cinta movil o "termometro"

Presentación Digital.

Un tipo de presentación digital es aquel en que los datos se presentan en formas de letras o numeros -presentación alfanumerica-. Generalmente funciona en convinacion con el tipo de presentación circular. En el altimetro, por ejemplo, hay dos contadores; uno presenta un valor fijo de presión que puede ajustarlo mecanicamente el piloto como y cuando sea necesario, este es el contador estatico, y el otro va engranado al mecanismo del altimetro y presenta automaticamente las variaciones de altitud, y se lo conoce como contador dinamico.

Presentación en indicador doble.

Las presentaciones en indicador doble se proyectan principalmente como un medio para ahorrar espacio de panel. Suelen tener dos formas: una, en la que dos indicadores independientes y escalas van ajustados en una caja, y la otra, que tambien tiene dos indicadores en una caja, en que las agujas marcan en una escala en comun.

Presentación en color.

El empleo de color en las presentaciones es un medio para indicar gamas especificas de operación de los sistemas.

El color puede aplicarce a las escalas en forma de sectores y arcos que abarcan en numero de marcas de la escala. Los colores elegidos pueden ser el rojo, el amarillo o el verde.

Los arcos y las lineas radiales se suelen llamar graduaciones especificas, y su finalidad es definir los valores en diversos puntos de la gama de una escala que estan relacionados con las gamas especificas de operación de un avión, sus grupos motopropulsores y sus sistemas. Las definiciones de estas graduaciones son las siguientes:

Linea radial ROJA Limites maximos y minimos.

Arco AMARILLO Gamas de despegue y precaucion.

Arco VERDE Gama normal de operación.

Arco ROJO Gama en la que se prohibe la operación.

Frecuentemente las graduaciones están pintadas directamente en los cristales que tapan los instrumentos. Además, el color puede usarse también para facilitar la identificación de los instrumentos con los sistemas a los que están conectadas.

PRESENTACIONES CUALITATIVAS.

Son en el que la información se presenta en una forma simbólica o gráfica para mostrar el estado de un sistema. En la figura se muestran dos ejemplos típicos.

El sincroscopio en a) se utiliza con un sistema de indicación de rpm, y sus agujas, que representan las hélices, giran únicamente para mostrar las diferencias de velocidades entre los motores.

La b) es un ejemplo de la indicación del movimiento de componentes, ej. Las superficies de control de vuelo. El instrumento contiene diecisiete mecanismos eléctricos independientes, los cuales, al ser accionados, sitúan los elementos de indicación simbólicos o representativos de forma que aparezcan en diversos ángulos detrás de las aberturas en la esfera principal.

PRESENTACIONES DIRECTORAS.

Son las que están asociadas con los datos de navegación y posición del avión y los presentan de forma que indican a un piloto los movimientos que debe hacer para corregir cualquier desviación de una trayectoria de vuelo deseada.

Un ejemplo de una presentación directora es la empleada en un indicador utilizado en conjunción con el sistema de aterrizaje con instrumentos (ILS); éste es un sistema de radionavegación que ayuda a un piloto a mantener la posición correcta de su avión durante la aproximación para aterrizar en una pista. Desde tierra se transmiten dos haces de radioseñales; uno esta en el plano vertical y el ángulo con la pista para establecer el ángulo de planeo; el otro, conocido como el localizador, esta en el plano horizontal; ambos están alineados con la línea central de la pista.

PRESENTACIONES AL MISMO NIVEL QUE

LA LINEA DE VISION DEL PILOTO.

Hemos obtenido alguna idea sobre el problema de presentar datos que han de ser asimilados rápida y exactamente. La sencillez viene dictada por el numero de instrumentos que se trate. En la fase de aproximación critica y aterrizaje, un piloto debe transladar la vista con mucha frecuencia de los instrumentos a referencias en el exterior.

Por consiguiente, se ha desarrollado un método que alivia estos problemas, métodos en el que se presentan datos de vuelo vitales al mismo nivel de la línea de visión del piloto cuando mira a referencias exteriores. El principio del método es presentar los datos en la superficie de un tubo especial de rayos catódicos y proyectarlos ópticamente como una imagen representativa compuesta en una placa refrectora transparente o en el parabrisas. La cantidad de datos requeridos viene regulada por las necesidades de las diversas fases del vuelo. Eso ayuda a reducir las graduaciones improcedentes y el tiempo necesario para leer e interpretar la información presentada .