ES2327012T3 - Procedimiento para el control del frenado de una aeronave mediante la prevision de su desplazamiento sobre la plataforma aeroportuaria. - Google Patents
Procedimiento para el control del frenado de una aeronave mediante la prevision de su desplazamiento sobre la plataforma aeroportuaria. Download PDFInfo
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Abstract
Procedimiento para el control del frenado de una aeronave (1) en sus desplazamientos sobre una plataforma aeroportuaria, comportando la etapa de, a partir de características inerciales, por ejemplo, posición, velocidad, aceleración, de un movimiento de la aeronave a lo largo de, por lo menos, una trayectoria (3, 4) a seguir por dicha aeronave sobre la plataforma aeroportuaria, deducir informaciones de frenado (F1), (F2...) a efectuar de manera que la aeronave se desplace efectivamente según dicho movimiento a lo largo de dicha trayectoria.
Description
Procedimiento para el control del frenado de una
aeronave mediante la previsión de su desplazamiento sobre la
plataforma aeroportuaria.
La presente invención se refiere a un
procedimiento del control del frenado de una aeronave mediante la
previsión de su desplazamiento sobre la plataforma
aeroportuaria.
De modo general, el frenado de una aeronave se
efectúa como respuesta a una instrucción de frenado del piloto, sea
por el presionado por parte de éste de los pedales de freno, o bien
por la selección de una modalidad de frenado automático (función
llamada "autobrake" (autofrenado)).
Recientemente han aparecido medios para seguir,
de manera precisa, la trayectoria de la aeronave sobre una
plataforma aeroportuaria, por ejemplo, en el documento USA
20040230353. Estos medios son utilizados especialmente para impedir
riesgos de colisión, por ejemplo, entre una aeronave y otra aeronave
o con cualquier otro obstáculo fijo o móvil.
El seguimiento de las trayectorias permite
conocer, de manera precisa, los desplazamientos de las aeronaves
sobre la plataforma aeroportuaria, y especialmente el movimiento de
las aeronaves (posición, velocidad, aceleración en función del
tiempo) a lo largo de dichas trayectorias.
La presente invención esta destinada a
aprovechar las nuevas posibilidades de seguimiento de la trayectoria
sobre la plataforma aeroportuaria para mejorar el control del
frenado de la aeronave.
Para la realización de este objetivo, se ha
propuesto un procedimiento del control del frenado de una aeronave
cuando tiene lugar sus desplazamientos sobre una plataforma
aeroportuaria, que presenta la etapa, a partir de características
de movimiento de la aeronave a lo largo de una trayectoria
determinada a seguir por la misma sobre la plataforma
aeroportuaria, de deducir informaciones del frenado a efectuar, de
manera que la aeronave se desplace de manera efectiva según dicho
movimiento a lo largo de dicha trayectoria.
De este modo, preveyendo la trayectoria a
realizar por la aeronave y el movimiento de la misma a lo largo de
esta trayectoria, se deducen las características de inercia del
movimiento (posición, velocidad, aceleración) que permiten
determinar informaciones referentes a las acciones de frenado que se
deberán realizar y, por lo tanto, prever la forma en la que se
efectuarán estas acciones de frenado.
La determinación de las informaciones referentes
a las acciones de frenado según la invención abre nuevas
posibilidades.
Las informaciones referentes a las acciones de
frenado permiten, por ejemplo, prever, con ayuda de un modelo
térmico, cual será la evolución de la temperatura de los elementos
de rozamiento, lo que permite determinar mejor los modelos
numéricos de comportamientos de los frenos, o también prever las
duraciones necesarias para permitir que los frenos se puedan
refrigerar cuando la aeronave está parada en el aeropuerto o en el
limite de la pista.
Esta previsión permite también la comparación de
diversas trayectorias posibles entre sí desde el punto de vista de
la utilización de los frenos y permite, por ejemplo, seleccionar la
trayectoria que requerirá menor esfuerzo para los frenos, o también
optimizar la aplicación de las acciones de frenado a lo largo de una
trayectoria determinada. Esta previsión permite también comparar
entre sí diversos movimientos para una misma trayectoria sobre
criterios basados en la utilización de los frenos.
La invención se comprenderá mejor mediante la
descripción siguiente que hace referencia a las figuras de los
dibujos adjuntos en las cuales:
- la figura 1 es una vista simplificada de una
plataforma aeroportuaria mostrando dos trayectorias posibles de una
aeronave sobre dicha plataforma aeroportuaria;
- la figura 2 es un gráfico en función del
tiempo que muestra las acciones de frenado y la temperatura media
de los frenos de la aeronave si ésta sigue la primera
trayectoria;
- la figura 3 es una gráfico similar al de la
figura 2 para la segunda trayectoria;
- la figura 4 es un gráfico similar al gráfico
de la figura 2 para una variante de movimiento a lo largo de la
segunda trayectoria.
Haciendo referencia a la figura 1, una aeronave
(1) que se sitúa sobre una plataforma aeroportuaria (2) es
susceptible de desplazarse sobre dicha plataforma aeroportuaria
según varias trayectorias.
En la figura se ha trazado una primera
trayectoria (3) en líneas de trazos finos que parten del límite de
la pista y que terminan en el terminal hacia el que el control de la
plataforma aeroportuaria prevé enviar la aeronave.
El ordenador de frenado de la aeronave (1) está
programado para estimar, a partir del conocimiento de esta
trayectoria, que, por ejemplo, ha sido propuesta por la torre de
control de la plataforma aeroportuaria, estimando un movimiento de
la aeronave a lo largo de esta trayectoria, es decir, la evolución
en el tiempo de la posición y de la velocidad de la aeronave
necesarias para seguir la trayectoria. El movimiento se establece
respetando diversos criterios, tales como, velocidad de maniobra
máxima sobre la plataforma aeroportuaria, puntos de paro
obligatorios o también un tiempo máximo de rotación entre el
instante de aterrizaje y el instante de llegada a la terminal, y
diversos parámetros propios del aparato, tales como masa de la
aeronave, velocidad de aterrizaje, etc.
Así, por ejemplo, según la primera trayectoria
(3) que se ha mostrado, el movimiento estimado se compone de la
manera siguiente. La aeronave (1) se encuentra inicialmente sobre la
pista de aterrizaje (10) sobre la que se ha efectuado un frenado de
intensidad media y de larga duración de modo que se reduce la
velocidad de la aeronave desde una velocidad de aterrizaje hasta
una velocidad de maniobra en el suelo. A continuación, la aeronave
(1) sale de la pista por el ramal de enlace oblicuo (11).
A continuación, la aeronave llega a la pista de
desplazamiento o "taxiway" (12) paralela a la pista (10). Al
final de la pista (12), el piloto frena la aeronave (1) y efectúa un
viraje lento a la derecha de 90 grados por medio del control de
orientación de la aeronave. La aeronave se dirige finalmente a poca
velocidad hacia la terminal (14) en cuya proximidad el piloto
inmovilizará la aeronave.
Se aprecia en la figura 2 la secuencia de las
acciones de frenado (F1) a (F5) que corresponden al movimiento
determinado de este modo a lo largo de esta primera parte de la
trayectoria (3), estando representada la secuencia por rectángulos
sobre el eje de los tiempos. La altura de los rectángulos
corresponde a la intensidad de cada una de las acciones de frenado,
mientras que la longitud de los rectángulos corresponde a la
duración de los mismos. La energía disipada por cada una de las
acciones de frenado corresponde al área de cada uno de los
rectángulos, siendo la energía total disipada igual a la suma de las
áreas de todos los rectángulos.
A continuación, después de un cierto tiempo
(\DeltaT) durante el cual los frenos se enfrían, la aeronave se
vuelve a poner en movimiento según la segunda parte de la primera
trayectoria (3) que le permite volver al límite de la pista. Tal
como se ha explicado anteriormente, la aeronave (1) debe efectuar un
cierto número de acciones de frenado para respetar las posiciones y
velocidades del movimiento a lo largo de esta segunda parte de la
trayectoria.
Se aprecia en la figura 2 la frecuencia de las
acciones de frenado (F6) a (F10) que corresponden a la segunda
parte de la trayectoria (3).
La estimación de la secuencia de frenado en la
totalidad de la trayectoria (3), incluye la determinación de los
siguientes datos:
- número de acciones de frenado a efectuar;
- duraciones de las acciones de frenado;
- energía a disipar para cada uno de las
acciones de frenado;
- separación entre dos acciones de frenado
consecutivas.
Preferentemente, esta estimación tiene en cuenta
la topología de la plataforma aeroportuaria, y en especial las
subidas y descensos, así como igualmente todas las limitaciones de
circulación de la aeronave sobre la plataforma aeroportuaria, tales
como tiempos, paros o velocidades impuestas.
Según una forma específica de explotación de
estos datos, se estima la temperatura que se alcanzaría en cada uno
de los frenos de la aeronave si ésta sigue de manera efectiva la
primera trayectoria (3) según el movimiento explicado.
La evolución de la temperatura se obtiene por la
puesta en práctica de un modelo térmico implantado en el ordenador
de frenado de la aeronave que tiene en cuenta las diferentes
acciones de frenado estimadas anteriormente. Cada una de las
acciones de frenado da lugar a una disipación de energía que
contribuye a calentar los elementos de rozamiento de los frenos. La
temperatura de los frenos es, por lo tanto, susceptible de
evolucionar en razón de este calentamiento, e igualmente por el
enfriamiento natural por convección.
El modelo térmico permite efectuar la predicción
de la evolución de la temperatura de cada uno de los frenos,
teniendo en cuenta especialmente el estado de desgaste de los
elementos de rozamiento de cada uno de los frenos y, por lo tanto,
el grosor de dichos elementos de rozamiento.
En el caso de la primera trayectoria (3), las
acciones de frenado que se han mostrado en la figura 2 en forma de
rectángulos permiten trazar la evolución previsible de la
temperatura de los frenos (solamente se ha mostrado a efectos de
mayor claridad la temperatura T de uno de los frenos). En este
ejemplo, se comprueba que la temperatura T del freno de referencia
queda por debajo de la temperatura límite Tmax.
La temperatura Tmax es, por ejemplo, una
temperatura límite más allá de la cual la aeronave no es autorizada
a despegar. En este caso, al no haber alcanzado la temperatura Tmax,
la aeronave puede despegar inmediatamente después de su llegada al
límite de la pista.
Por lo tanto, se verifica por adelantado,
gracias al procedimiento de la invención, que el tiempo de rotación
de la aeronave sobre la plataforma aeroportuaria no será alargado
por limitaciones de enfriamiento de los frenos si la aeronave sigue
la primera trayectoria (3).
La temperatura Tmax puede representar igualmente
un umbral (T1) más allá del cual los elementos de rozamiento sufren
un desgaste rápido, de manera que es preferible, a efectos de
preservar los elementos de rozamiento, evitar alcanzar la
temperatura límite Tmax.
De este modo, se verifica por adelantado,
gracias al procedimiento de la invención, que los elementos de
rozamiento permanecerán en temperaturas que generan solamente un
desgaste moderado, lo que contribuye a aumentar la duración de vida
de los elementos de rozamiento.
De acuerdo con una segunda trayectoria (4), que
se ha mostrado en la figura 1, que sale del mismo límite de pista
que la primera trayectoria (3) y que termina en el mismo terminal,
el ordenador de frenado de la aeronave estima un movimiento de la
misma y deduce la secuencia de acciones de frenado que se han
mostrado en la figura 3. De acuerdo con la segunda trayectoria (4),
la aeronave frena más intensamente en la pista (10) que en el caso
de la primera trayectoria (3), lo que le permite salir más
rápidamente de la pista por un ramal de enlace oblicuo (15) situado
más arriba del ramal de enlace oblicuo (11).
Una vez se ha determinado la secuencia de
acciones de frenado (F1'...F11'), el ordenador de frenado deduce la
evolución de las temperaturas de los frenos (se ha trazado una
temperatura única T'). Se comprueba que en este caso la temperatura
T' del freno involucrado supera la temperatura Tmax en dos
casos.
La segunda superación de la temperatura impone
al aparato un retraso de espera (\DeltaT') suficiente para que la
temperatura del freno involucrado vuelva a descender por debajo de
la temperatura límite, antes que la aeronave sea autorizada a
despegar, lo que aumenta el tiempo de rotación de la aeronave sobre
la plataforma aeroportuaria.
En cuanto a la primera superación de la
temperatura, si bien no genera por sí misma un retraso de espera,
hace funcionar los elementos de rozamiento de los frenos en un rango
de temperaturas en el cual son susceptibles de desgastarse
rápidamente, lo que no es deseable.
Si tiene posibilidad de elección, el piloto
puede escoger desde aquel momento la primera trayectoria (3) en vez
de la segunda trayectoria (4), lo que permite simultáneamente
asegurar un tiempo de rotación mínimo sobre la plataforma
aeroportuaria y preservar los elementos de rozamiento de los
frenos.
Según un aspecto particular de la invención, el
modelo térmico utilizado por el ordenador de frenado está ideado,
preferentemente, de manera que en el caso de trayectorias, tales
como la segunda trayectoria (4), en la que se ha detectado una
superación probable de la temperatura límite Tmax, simular el efecto
de una refrigeración forzada de los frenos. La refrigeración
forzada es conseguida por activación de los ventiladores de
refrigeración que están dispuestos de manera conocida en los frenos
de la aeronave, estando controlada la activación por el piloto o
directamente por el ordenador de frenado.
El efecto de la refrigeración forzada sobre la
temperatura de los frenos se ha mostrado en la figura 3 mediante la
curva de trazos gruesos. Se comprueba que la refrigeración forzada
permite llevar nuevamente la curva de temperatura por debajo de la
temperatura límite Tmax, de manera que el piloto se encuentra con la
posibilidad de seguir la segunda trayectoria (4) sin sufrir un
desgaste importante de los elementos de rozamiento de los frenos o
un retraso de espera impuesto.
Según otro aspecto particular de la invención,
el ordenador de frenado está programada para que, en el caso de
trayectorias, tales como la segunda trayectoria (4), en las que se
ha detectado una superación probable de la temperatura límite Tmax,
se pueda generar un nuevo movimiento a lo largo de la trayectoria
considerada, induciendo una nueva secuencia de acciones de frenado.
Tal como se ha mostrado en la figura 4, el nuevo movimiento
conserva el frenado inicial permitiendo que la aeronave pueda salir
rápidamente de la pista (10), pero permite una velocidad de
maniobra más importante de la aeronave, de manera que los frenos
intermedios son menos potentes. Solamente el frenado final antes
del paro (sea en la terminal, o bien en el limite de la pista) es un
poco más potente. Se comprueba que este nuevo reparto de las
acciones de frenado permite mantener la temperatura T'' de los
frenos por debajo de la temperatura límite Tmax.
Según otro aspecto de la invención, el ordenador
de frenado está programado para simular, en el caso de trayectorias,
tales como la segunda trayectoria (4), en la que se ha detectado
una superación probable de la temperatura límite Tmax, varios
repartos de frenado entre los frenos de la aeronave y conservar lo
que permitirá que las temperaturas de todos los frenos permanezcan
por debajo de la temperatura máxima Tmax, respetando, de manera
segura, el movimiento previsto a lo largo de a trayectoria.
De este modo, gracias a la previsión de las
acciones de frenado según la invención, el ordenador de frenado
puede poner en práctica varias estrategias para seleccionar una
trayectoria o bien, para una trayectoria determinada, seleccionar
un movimiento particular a lo largo de esta trayectoria,
permitiéndole dicha selección evitar esperar temperaturas que
provocan un desgaste rápido de los elementos de rozamiento de los
frenos, o bien evitar un retraso de espera en el limite de la pista
antes de despegue.
Con respecto a las trayectorias, éstas pueden
ser determinadas por adelantado e integradas en una base de datos.
La determinación de las trayectorias se hace o bien numerando todas
las trayectorias posibles de un punto a otro de la plataforma
aeroportuaria, o bien establecidas estadísticamente con ayuda de
registros de los desplazamientos de las aeronaves sobre la
plataforma aeroportuaria, obteniéndose los registros gracias a los
medios de seguimiento que se han indicado en la parte inicial.
En este caso, el movimiento a lo largo de cada
una de las trayectorias puede ser igualmente predeterminado, por
ejemplo, de manera estadística, de manera que la previsión de las
acciones de frenado y de la evolución de las temperaturas de los
elementos de rozamiento se llevan a cabo fácilmente conociendo la
masa de la aeronave y el estado de desgaste de los frenos.
Las trayectorias pueden ser establecidas también
en tiempo real en función del tráfico sobre la plataforma
aeroportuaria. El ordenador de frenado está adaptado entonces para
poner al día las previsiones de frenado en función de las
modificaciones de la trayectoria o del movimiento a lo largo de la
misma. El control de la plataforma aeroportuaria puede imponer, por
ejemplo, un paro no previsto, lo que supone un frenado suplementario
a tener en cuenta.
La invención no está limitada a lo que se ha
descrito, sino por el contrario, reúne todas las variantes que
entran en el marco definido por las reivindicaciones.
En particular, si bien se ha indicado que el
procedimiento de la invención es puesto en práctica por el ordenador
de frenado de la aeronave, el procedimiento de la invención podrá
ser puesto en práctica mediante un ordenador de control de tráfico
aeroportuario dispuesto, por ejemplo, en la torre de control de la
plataforma aeroportuaria. El procedimiento de la invención puede
ser puesto en práctica entonces simultáneamente para todas las
aeronaves presentes en la plataforma aeroportuaria, lo que permite
operar una optimización de las condiciones de frenado
simultáneamente para todas las naves presentes en la plataforma
aeroportuaria. Como variante, las trayectorias y los movimientos a
lo largo de estas trayectorias pueden ser determinadas por el
ordenador de control del tráfico aeroportuario, mientras que el
ordenador de frenado de la aeronave procede únicamente a la
previsión de las frenadas, estando impuesta la trayectoria y el
movimiento por el ordenador de control del tráfico. En este caso,
el ordenador de frenado está adaptado ventajosamente para repartir
un esfuerzo de frenado a los diferentes frenos de la aeronave para
hacer de modo que las temperaturas de los elementos de rozamiento
de los frenos continúen durante el mayor tiempo posible fuera de un
rango de temperatura en el que los elementos de rozamiento se
desgastan de forma acelerada.
Por lo demás, si bien se ha indicado que las
informaciones relativas al frenado son utilizadas para optimizar
criterios, tales como desgaste de los elementos de rozamiento de los
frenos o el tiempo de rotación de la aeronave sobre la plataforma
aeroportuaria, se podrán utilizar estas informaciones para optimizar
otros criterios, tales como, por ejemplo, limitar el número de
accionamientos de los frenos para mejorar la comodidad de los
pasajeros o para limitar las solicitaciones de fatiga de los trenes
de aterrizaje y de la estructura de la aeronave.
Claims (9)
1. Procedimiento para el control del frenado de
una aeronave (1) en sus desplazamientos sobre una plataforma
aeroportuaria, comportando la etapa de, a partir de características
inerciales, por ejemplo, posición, velocidad, aceleración, de un
movimiento de la aeronave a lo largo de, por lo menos, una
trayectoria (3, 4) a seguir por dicha aeronave sobre la plataforma
aeroportuaria, deducir informaciones de frenado (F1), (F2...) a
efectuar de manera que la aeronave se desplace efectivamente según
dicho movimiento a lo largo de dicha trayectoria.
2. Procedimiento, según la reivindicación 1, en
el que entre las informaciones de frenado deducidas de las
características del movimiento se encuentra, como mínimo, una de las
informaciones siguientes:
- número de acciones de frenado a efectuar;
- duración de las acciones de frenado;
- energía a disipar para cada una de las
acciones de frenado;
- separación entre dos acciones de frenado
consecutivas.
3. Procedimiento, según la reivindicación 1, en
el que la trayectoria (3, 4) a seguir es escogida dentro de una
lista de trayectorias predeterminadas.
4. Procedimiento, según la reivindicación 3, en
el que las características del movimiento para una trayectoria
determinada son deducidas de datos estadísticos que se refieren a
desplazamientos de aeronaves sobre la plataforma aeroportuaria.
5. Procedimiento, según la reivindicación 1, en
el que la trayectoria a seguir o el movimiento a efectuar a lo
largo de dicha trayectoria son modificados en tiempo real en función
de informaciones de tráfico sobre la plataforma aeroportuaria.
6. Procedimiento, según la reivindicación 1, en
el que se utiliza las informaciones de frenado para optimizar un
criterio de funcionamiento de la aeronave.
7. Procedimiento, según la reivindicación 6, en
el que el criterio de funcionamiento es el desgaste de elementos de
rozamiento de los frenos, consistiendo la optimización en escoger un
movimiento a lo largo de la trayectoria que haga mínimo el desgaste
previsible teniendo en cuenta las acciones de frenado a efectuar
para seguir dicho movimiento.
8. Procedimiento, según la reivindicación 6, en
el que dicho criterio de funcionamiento es una temperatura
alcanzada por elementos de rozamiento de los frenos, consistiendo la
optimización en escoger un movimiento a lo largo de la trayectoria
que mantiene dicha temperatura por debajo de una temperatura
máxima.
9. Procedimiento, según la reivindicación 6, en
el que el criterio de funcionamiento es una temperatura alcanzada
por elementos de rozamiento de los frenos, consistiendo la
optimización en determinar un reparto de frenada entre los frenos
para el cual la temperatura permanece por debajo de una temperatura
máxima a lo largo de la trayectoria.
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