jueves, 20 de diciembre de 2007

FLY-BY-WIRE


A estas alturas, chorlitos, probablemente me hayáis visto mencionar el fly-by-wire más de una vez. Puede que hasta os hayáis preguntado si estaba hablando de un grupo musical, un nuevo modelo de avión, o un deporte de riesgo de esos que les gustan a los humanos (la primera vez que yo lo vi me pareció un palabrejo muy raro). Pero, como quizá hayáis comprobado, es un término que se usa mucho en aeronáutica, puesto que supuso un avance tecnológico bastante importante en su día, allá por los años 50, cuando se utilizó por primera vez en el Avro Vulcan. Aunque, como suele ocurrir con este tipo de cosas, hasta los años 80 no se introdujo en la aviación comercial (quitando el Concorde, que es un caso aparte). Primero en los aviones de Airbus, y más tarde en el Boeing 777 (tradicionalmente los de Boeing siempre han sido más reacios a introducir innovaciones tecnológicas, aunque parece que esa tendencia está cambiando).


Avro Vulcan

Pero vayamos al grano: ¿qué es el fly-by-wire? Literalmente, “volar por cable”; una expresión que en realidad no se aleja mucho del significado aeronáutico. Es un sistema electrónico de control de vuelo.


Los controles de vuelo (como casi todo) han evolucionado mucho desde los primeros aviones que se construyeron. Al principio, el piloto tiraba de una palanca que tiraba de un cable que tiraba de la superficie de control (los alerones, el timón de cola, etc). Luego los aviones se fueron haciendo más grandes y más robustos… al contrario que los humanos, claro, que ni crecieron ni se hicieron más fuertes (menos mal), y que en consecuencia ya no podían mover los controles sin ayuda. Así que tuvieron que poner un sistema hidráulico entre los mandos y las superficies de control que hiciera el trabajo por ellos.


Controles de vuelo

Sin embargo, tanto el sistema mecánico como el hidráulico tienen importantes desventajas. Suponen llenar el avión de pesados y complejos entramados de cables, poleas, palancas y/o circuitos hidráulicos, muchas veces por duplicado por cuestiones de fiabilidad. Y, además, no ayudan al piloto a compensar las inestabilidades en vuelo causadas por las variaciones en las condiciones aerodinámicas (más adelante explicaré lo que he querido decir con esto, no os preocupéis), pudiendo ocasionar, por ejemplo, que el avión oscile en su trayectoria o que entre en pérdida (algo que no suele gustar a los humanos que van dentro).


Control de vuelo hidro-mecánico del F-15

Los humanos inventaron el fly-by-wire para lograr superar su debilidad y su patente falta de reflejos. Sustituyendo los sistemas mecánicos e hidráulicos por cables eléctricos consiguieron ahorrar una fracción de peso considerable (ya sabéis que los aviones están permanentemente a dieta), además de hacer las conexiones más fiables. Y, sobre todo, consiguieron hacer que hasta cosas como el F-117 volaran sin (demasiados) problemas.


F-117 Nighthawk

Un avión bien diseñado debería tender siempre a volar de forma estable. Esto quiere decir que, en caso de que hubiera alguna variación momentánea en las condiciones de vuelo (una maniobra del piloto, una ráfaga de viento, turbulencias, etc.), el avión debería recuperar de nuevo el equilibrio una vez que dicha variación desapareciera. Sin embargo, hay aviones que, por circunstancias particulares, tienen formas que hacen que sean inherentemente inestables: el F-117 del que hablábamos antes, o los aviones de ala invertida como el X-29, los delta-canard como el Eurofighter, los de diedro negativo como el Harrier… Muchas veces, el diseño incluso persigue la inestabilidad como objetivo, en lugar de sufrirla como efecto secundario. Un avión inestable tiene facilidad para salir del equilibrio de una condición de vuelo determinada y adoptar otra con mucha rapidez (por ejemplo, salir de una condición de vuelo rectilíneo horizontal para entrar en un viraje pronunciado). En resumen, la inestabilidad lo hace altamente maniobrable.




Pero, claro, esto también implica que se mantendrá con dificultad en una determinada condición de vuelo, y que necesitará continuamente pequeñas correcciones por parte del piloto para no salirse de ella. El piloto tiene que ser muy hábil y rápido, y conocer muy bien la forma de responder de cada avión, para conseguir mantener un vuelo controlado. Y, muchas veces, el avión es básicamente una cabra loca imposible de controlar por ningún humano, ni aunque dicho humano tuviera los reflejos de un pájaro.


Esquema de un sistema de control electrónico por fly-by-wire

El fly-by-wire es la solución al problema de la inestabilidad. Traduce la acción del piloto sobre el mando, convirtiéndola en una señal eléctrica, que a su vez es traducida de nuevo cuando llega a los servos que mueven las superficies de control. Y lo bueno que tienen las señales eléctricas es que los ordenadores las entienden. Normalmente el fly-by-wire forma parte de un sistema de control computerizado. El avión dispone de sensores que le dicen en todo momento cuál es su condición de vuelo y cómo se comporta el aire a su alrededor, de manera que el ordenador de a bordo, al recibir la señal del piloto, puede calcular y efectuar sobre la marcha las correcciones necesarias para que el avión haga exactamente lo que el piloto le está pidiendo.


Perfil de vuelo con oscilación inducida por el piloto (PIO)

Por ejemplo, si un piloto quiere descender con una inclinación de diez grados y mueve el timón de profundidad en consecuencia, pero el aire ya llega al avión con un ángulo de, pongamos, tres grados; la inclinación real que los controles están viendo es de trece grados, y el comportamiento será distinto del que habría si el aire sólo tuviera componente horizontal. Sin el sistema de control electrónico el piloto se vería obligado a corregir sobre la marcha y a ojo, mirando los instrumentos de cabina, y adoptar la actitud de vuelo correcta sería algo que dependería únicamente de su pericia (ejem).


Qué hacer en caso de oscilaciones inducidas por el piloto

Con el fly-by-wire, si el piloto mueve el timón de profundidad para inclinarse diez grados, el ordenador calculará cuál es la deflexión real que tiene que dar a dicho timón para que el avión haga exactamente eso. Dicha deflexión dependerá de las condiciones del aire alrededor del avión, pero pase lo que pase la trayectoria será la que quiera el piloto.


Cabina analógica de un Boeing 747 de los antiguos

Y esto es algo de lo que hasta un mastodóntico y estabilísimo avión comercial puede beneficiarse, claro...


Cabina de última generación del Airbus A380

…siempre y cuando no metan Windows® en el ordenador de a bordo.


23 piopíos:

El Otro dijo...

First Comment! (Es algo que hacen mucho los americanos, les hace mucha ilusión).

Es curioso la manera que tiene el hombre de superar sus limitaciones, o de ponerse problemas y superarlos.

Está claro Fly-by-wire resulta imprescindible hoy en día por la comodidad que supone pero fijaos que es una tecnología que no se aplica a otros medios de transporte. Será porque aunque un coche o moto va más despacio que un avión la precisión de sus movimientos tiene que ser mucho mayor. Eso significa que Fly-by-wire tiene aún mucho que mejorar para que pase del mundo 'comercial' a la tecnolgía del 'día a día'.

El Otro

Anónimo dijo...

Jeje, muy bien explicado.

Y, por cierto, Ya no dejan poner windows en ningún sistema/subsitema/ordnador de un avión(los de Mircrosoft dixit), debido a problemas legales....

aunque con lo de las pantallas azules de la muete... casi que mejor, no?

salu2

Miki dijo...

Quería poner un comentario, que siempre hacen ilusión.

Me suscribí al blog hace tiempo (creo que lo conocí a través de Microsiervos), pero hasta hace poco no me había puesto a leer.

Me está gustando mucho. Sigue con ello, que para los que nos gustan los aviones pero tenemos muy poca idea está muy bien.

Saludos.

Nordic dijo...

Me encantó la entrada, como siempre. Creo haber leido que uno de los primeros aviones de combate en introducirlo en serie fue el F-16, que lo fabricaron inestable específicamente para conseguir alta maniobrabilidad, y sin el fly-by-wire no hay cristo que lo vuele. Tendría que revisar mis fuentes para asegurarme.

Por cierto, ¿el Vulcan del principio? ¿Hicieron pruebas con él y fly-by-wire?

pipistrellum dijo...

Muy buen articulo, Lyd.

El este sistema también facilita las maniobras en aviones estables.

Por ejemplo para girar sobre su eje longitudinal 90º para dejar el avion de canto. El piloto deberia iniciar la maniobra y cuando este casi en la posicion mover los ¿timones de giñada? hacia el lado contrario para parar la inercia del avion girando.
Con FBWire, el piloto solo tendria que poner los timones planos y el propio ordenador interpretaria las intenciones y haria los necesario para ejecutar la accion.

En el video se ve que se para en el giro muy bien. Hacerlo a mano y bien requiere bastante habilidad.

En los aviones comerciales creo que el ordenador controla la inclinacion del avion y la fuerza centrifuga, para que los pasajeros no sientan que se van hacia afuera o que los vasos con zumo no se caigan.

Los vehiculos terrestres no son demasiado grandes para que supongan una dificultad para mover los mandos. Y si no con una direccion asistida vale.

Otro problema que tienen son los obstaculos. Un avion no los tiene, por lo menos cerca.

Imagino que habra buques con algun FBWire.

De todos modos estan sacando cosas con cierto parecido en coches.
Frenos que se activan por radar cuando se preveer un alcance o el ABS mismo.
Tu frenas a tope y el sistema evita que se bloqueen las ruedas.
Bien es verdad que no actua todo el rato como en los aviones.

Un sistema que actua todo el rato es la direccion trasera del Antiguo prelude. Creo que ahora no tiene.

A baja velocidad la ruedas traseras giran en un angulo opuesto al de las delanteras para reducir el radio de giro. Y a altas en el mismo que las delanteras para facilitar el cambio de carril.
En la prueba que hicieron en Automecanica (93 o por ahi) decia que daba una sensacion un poco rara por el cambio de comportamiento segun la velocidad.

Es una pena que no quitase el contacto con las ruedas giradas. Asi se podia ver si se centraban solas.

La direccion trasera va con un motor electrico, pero lleva un muelle muy fuerte que centra las ruedas si hay algun problema.

PD:No se ha habido un problema con la publicacion de mi post. MEnos mal que lo he recuperado

Lyd dijo...

Gracias por los comentarios, como siempre! ^^

el otro: Siento tener que discrepar contigo... en realidad sí que se aplica a otros medios de transporte. En los coches, lo primero de lo que oí hablar fue el ABS, y más tarde llegó el ESC, que por lo que he leído está basado en el mismo concepto que el FBW de un avión: ayuda a mantener el control con pequeñas correcciones en función del comportamiento del vehículo y las intenciones del conductor. No es quizá tan sofisticado como el FBW, pero no debemos olvidar que los aviones se mueven libremente en el espacio, no sobre un plano, y que la forma en que el aire actúa sobre las superficies de mando no tiene nada que ver con la interacción entre el coche y la carretera; hay mucha mayor tendencia a la inestabilidad.
Y la precisión del movimiento en un avión es totalmente crucial; los vehículos de superficie no son tan exigentes en ese sentido. Por ejemplo, un grado de más en el ángulo de ataque del ala puede hacer que el avión caiga como una piedra. Las motos no entran en pérdida ;)

Anónimo: Gracias! Pero dejaron poner windows en los aviones en algún momento?? o_O Qué huevos... espero no haberme subido nunca en ninguno.

Miki: Claro que me hace ilusión cada vez que alguien escribe un comentario! :D Me alegro mucho de que te esté gustando el blog ;)

Nordic: La mayoría de los aviones de combate actuales son intencionadamente inestables, porque con el FBW ya no supone un problema, y como se queden sin eso van listos, porque no hay quien los controle. Menos mal que el ordenador de a bordo va como mínimo por duplicado.
Por lo que he leído por ahí el Vulcan llevaba un fly-by-wire analógico, pero no he sido capaz de encontrar más información al respecto.

Pipistrellum: La maniobra que dices se llama balanceo y se hace con los alerones. La guiñada es el giro en el plano de las alas, y se hace con el timón vertical de cola.
Los aviones comerciales tienen cierto límite de g's que no pueden superar, por comodidad de los pasajeros (en mis apuntes de cálculo de aviones dice que es 1,2 como mucho). Aunque puede conseguirse que el zumo no se caiga incluso poniendo el avión del revés, si el piloto es muy bueno (el que sale en este vídeo que me envió un amigo chorlito no necesita el FBW para nada... fijaos en cómo se sirve el té!!).
Sí que hay sistemas parecidos al FBW en otros vehículos, como bien dices. El ABS que mencionas puede serlo, aunque lo que más se parece es el ESC, como le decía a El Otro.
No conocía el sistema del prelude, es muy curioso; nunca había visto un coche con control de dirección en las ruedas traseras.

Carlos dijo...

Como siempre Lyd te superas cada vez.

Juro por mi padre que yo he montado en un coche nuevo en el que giraban las ruedas traseras, era la caña. El modelo era VW Phaeton, tipo A-8 pero en VW, un tanque enorrrrrrme.

No te extrañe que en el Vulcan hubiera válvulas de vacío y esas cosas tan anteriores al microchip.

Este verano vi un Vulcan en un museo aeronáutico cerca de Edinburgo y en la ficha del avión no ponía nada del fly-by-wire, sí que ponía que fue el primer avión inglés con capacidad nuclear :-(

Yorx dijo...

Bueno, este es el primer comentario que hago en este blog, que sigo desde hace tiempo gracias a microsiervos, asi que espero sea minimamente util.

Yo de aviones no entiendo mucho. De hecho, mucho menos de lo que me gustaria, pero de coches entiendo un poquito mas y en este caso si que puedo aportar.

Resulta que el fly-by-wire no existe como tal en automocion (comercialmente al menos) pero si existen intentos de ajustar y preparar el "Drive-by-wire" (imagino que este nombre tan original surge de alguna mente preclara inspirada en la aeronautica..).

El principal interesado/impulsor/investigador de esta tecnologia es GM con el prototipo AUTOnomy primero y con el hi-wire despues, este ultimo ya con mas aspecto de vehiculo automovil que el primero.

La diferencia entre un sistema y el otro, es que el de GM no esta integrado 100% en el vehiculo automovil, sino en una especie de chasis autoportante al que se acopla una carroceria que se conecta al chasis para transmitir las instrucciones electronicamente (bueno, vale, el primer AUTOnomy se conectaba por USB, seguramente funcionaba con windows XP y requeria del SP2 para diferenciar entre derecha e izquierda.. xD). La ventaja de utilizar este sistema es la posibilidad de cambiar de carroceria o configuracion del vehiculo segun las necesidades de cada momento.

Obviamente, este chasis no tiene tantos sensores como son necesarios en un avion, pero es lo mas parecido que existe al fly-by-wire, si no lo mismo, aplicado a la automocion.

Juan F. dijo...

Aceptamos barco... Parcialmente.
En el caso de los coches la precisión siempre se mide en centimetros, porque se circula en vias con carrilles 'estrechos' en comparación por lo que en general la precisión en mayor, no obstante el aterrizaje automático existe hace tiempo pero hay quien mataría por un aparcador autmático. En el caso del ABS y el DSC yo los consuideraría sistemas de control no flt-by-wire porque tu le pides al coche que frene pero no le dices en que distancia, solo se controla el bloqueo de las ruedas. Acepto en control de velocidad en el que le dices la velocidad y el control se encarga de mantnerla. En el caso de las motos no entran en perdida como tal pero tomar una curva demasiado tumbado o a velocidad inadecuada seguro que te hace perder algo... O encontrate un suelo qu hay pero que no te esperas jeje
El Otro

Yorx dijo...

El aparcador automatico lo puedes pedir en el VW touran.. y ademas él solito te mide el hueco para decirte si es capaz o no de aparcar solo.

Agus dijo...

Me ha gustado mucho Lyd!!! Muy bien explicado como siempre. Feliz Navidad para la Chorlita Jefe!!

Gizmo dijo...

Mooooooola!!! Gracias Lyd!!

Bien explicado y todo sin meter matrices ni ecuaciones diferenciales ni cosas de control!!

Voy a empezar a recopilarlos todos todos todos (cada vez que alguien me pregunta sobre aviacion ya les mando pa tu web :-p)

Giz dijo...

Por cierto, echando una mano a Lyd:

si, los coches ya incorporan en cierto modo el FBW. No porque uses el volante y en vez de ir su movimiento a una transmision mecánica vaya a un ordenador que interprete etc etc etc, si no porque utiliza un sistema de estabilidad y control, un sistema de 'lazo cerrado'. El sistema de estabilidad recibe una señal de la actitud del coche, corrije con frenada o similares, el sistema es retroalimentado... que es lo que hace el ordenador del fbw

UnAngel dijo...

Hola
Yo soy de los que siempre te leo, pero nunca comento.
Pues hoy cambia el cuento. Hoy comento, para decirte que me encanta este blog, me encanta cómo lo explicas, y me encanta aprender de ti.
Y me encanta también que saques el tiempo necesario para explicarnos estas cosas a los profanos.
Que en el 2008 sigas siendo tan estupenda.

Lyd dijo...

Bueno, ya estoy de vuelta! Feliz Navidad, chorlitos! Hay que ver la de trabajo que se me ha acumulado en una semana ^^

carlos: En cuanto a lo del FBW del Vulcan, lo leí en la Wikipedia (y ya se sabe que hay que tener cuidado con lo que se lee en la Wikipedia). En concreto dice que lo que se puso en el Vulcan fue un FBW analógico y muy simple. No he conseguido encontrar otra fuente de información que lo corrobore, sin embargo :(

yorx: Muchas gracias por la contribución! Yo la verdad es que de coches sé lo justo. Me refería al ESC pensando en el sistema de estabilidad y control, que en los aviones va integrado en lo que se denomina comunmente como FBW, y que también incluye el ordenador de a bordo. Pero si nos ceñimos al significado estricto de FBW, esto es, a sustituir los sistemas hidráulicos o mecánicos por sistemas electrónicos para mover las superficies de control o equivalente, entonces lo más parecido sería el EPS, aunque por lo que he entendido este sistema sólo ayuda a girar las ruedas, y sigue habiendo una conexión mecánica directa entre el volante y la dirección del coche, por lo que no sería un "drive-by-wire" puro, no?
No había oído hablar del sistema que comentas, el del AUTOnomy. Si dices que no hay ningún vehículo comercial con "drive-by-wire", te creo, aunque en mi opinión los hay que se acercan bastante, con todas las ayudas electrónicas que llevan ya los coches...

juan f.: Vale, está bien, mantener la estabilidad en una moto tiene su intríngulis, no diré que no :P Pero yo no estoy hablando de que el sistema de estabilidad y control conduzca o pilote por ti, sino de que facilite el manejo del vehículo y lo haga más seguro con ayudas electrónicas. Y, en general, el sistema es mucho más crucial en un avión que en un vehículo de superficie; por algo se desarrolló primero en los aviones. Hay muchos, sobre todo cazas, que sin el FBW volarían menos que una patata ;)

En cuanto al aparcador automático... Oye, yorx, hay cosas de esas en venta para un peugeot 106 del año 92?? :D

agus: Muchas gracias! Me ha gustado mucho lo de Chorlita Jefe! xD

Giz: Gracias! Ya sabes que tengo como política del blog no meter ecuaciones, que si no perdería toda la gracia. Por cierto, muchas gracias también por tu comentario/explicación, creo que ayuda a que se entienda un poco mejor de qué estamos hablando ;)

unangel: Pues a mí me encanta que tú te hayas decidido a comentar!^^ Espero seguir teniendo el tiempo para contaros estas cosas (y si no lo tengo, lo sacaré de donde haga falta).

Muchísimas gracias a todos por estar ahí, y por hacer que escribir en este blog sea mil veces más interesante! Feliz año, chorlitos! :D

Cosas mias y otros cuentos dijo...

Ays!!! Cada vez que leo tus entradas y me doy cuenta de cuantísimo me cuesta entender los conceptos a pesar de estar explicados de manera sencilla, te admiro un poquito más... Que orgullosa estoy de conocerte!!!
Besos, guapa y felices fiestas del solsticio de invierno!!!
Y Feliz año!!!!
Feliz año a todos!!!

YoN dijo...

Hola Lyd! Aquí un pilotín que disfruta leyendo tus artículos.

Para aclarar un poquitín conceptos deciros que el ABS lo compararía al sistema Anti-Skid de los aviones comerciales. El sistema de ABS fue un desarrollo del mismo, que evita que las ruedas derrapen (o se bloqueen) al comparar velocidades por medio de una centralita.

En cuanto al Fly-by-wire añadir que en aviones comerciales como el tipo Airbus ofrece, además de la dieta de peso que mencionas, protecciones en toda la envolvente de vuelo que evita que los chorlitos de los pilotos no la lien en ningún momento (el mismo avión se protege contra maniobras peligrosas). De todos modos he de decir, para salvar el honor de los pilotos, que hasta que los ingenieros de Airbus lograron "ajustar" el sistema de protección hubo algunos accidentes como el de la famosa exhibición aérea en la que un airbus se estrelló contra un bosque...

Si esque el ser humano aprende y avanza a base de errores y aciertos...

Ánimo y enhorabuena!!!

Carlos dijo...

Muy interesante como siempre, Lyd.

Respecto a los sistemas "drive-by-wire" os habéis dejado uno que tienen casi todos los coches hoy en día: el acelerador. En los coches con inyección electrónica (casi todos ahora mismo) el pedal del acelerador es un potenciómetro que representa una entrada más en la centralita que gestiona la inyección, junto con muchos otros parámetros (la sonda que mide la cantidad de oxígeno en el escape, las condiciones de marcha, la velocidad etc).

pipistrellum dijo...

No sé los vehiculos que se fabrican a partir de ahora, pero estoy casi seguro que la mayoria de los coches con inyeccion electronica que circulan por ahi tienen el ancestral cable que va del acelerador hasta la mariposa que regula la cantidad de aire :)

En los coches de gasolina la proporcion de gasolina y aire es mas o menos siempre la misma.
Si se quiere que consuma menos combustible, tambien hay que reducir la cantidad de aire, estrangulando la entrada con la mariposa que he comentado.

La centralita mide la masa de aire con uno o varios sensores y en funcion de ella inyecta mas o menos gasolina.

Existen coches con el sistema de potenciometro, pero no se si de los que se venden ahora son mayoria, pero podria ser :)

En el mio (ZX 16 inyeccion monopunto del '92 creo), se le ve el cable que va a la mariposa. Se puede mover y si el motor esta en marcha acelera igual que si pisases el acelerador.

Si usa potenciometro, seguramente se podria acelerar el motor, inyectando unos comando en el CANBUS que comunica ABS, Informacion del motor, etc.

De hecho, hay un mp3 del F1 de alonso, "cantando" "We are the Champions".

giz... el de Sandglass :-p dijo...

Como se notan los exámenes y el curso por las tardes. Me pasaba solo a dejarte un saludo y muchos ánimos. A por todas Lyd, que no te queda ná

Lyd dijo...

Bueno, chorlitos, ante todo mis disculpas por haber desaparecido durante todo este tiempo. He estado totalmente absorbida por el anteproyecto, intentando entregar dentro del plazo (al final no lo he conseguido, pero habrá más oportunidades, menos mal). Os doy las gracias por vuestros comentarios, con todas esas aportaciones tan buenas que hacéis, y por vuestro apoyo, y aprovecho para informaros de que en breve Juan de la Cuerva volverá a la acción, espero que con cosas interesantes. Un saludo a todos!

pakun dijo...

que tal buen dia, tengo un proyecto de la universidad y necesito información acerca del fly by wire, me podrías recomendar donde puedo sacar una información mas extensa....
gracias
esta muy interesante tu blog

pakun dijo...

buen dia, me interesa la información del fly by wire para un proyecto de la universidad, y me gustaria tener una informacion mas extensa acerca de este...
gracias
buen dia



Template Designed by Douglas Bowman - Updated to Beta by: Blogger Team
Modified for 3-Column Layout by Hoctro