el altímetro y la altimetría

 EL ALTÍMETRO Y LA ALTIMETRÍA Por ESA_Jazz Introducción. Los nuevos modelos de DCS están incorporando una nueva variable en los altímetros que permiten emplear nuevos procedimientos altimétricos y que debido a su complejidad pueden acarrear alguna peligrosa confusión. En este documento vamos a despejar todas las dudas de su funcionamiento, los conceptos básicos de altimetría, las nomenclaturas de AGL, QFE , QNH etc. Y los procedimientos altimétricos usados por la aviación rusa y la aviación occidental. Algunas definiciones para empezar. Altitud Real: Distancia entre un punto y el nivel medio del mar. Altitud indicada: Altitud indicada por el altímetro sujeta a errores de instrumento. Altura: Distancia entre un punto y el suelo. Altitud de Presión: Distancia entre un punto y el nivel de presión de 1013mb / 760mmHg. MSL: Mean Sea Level (nivel medio del mar). AGL: Above Groung Level (sobre el terreno) . Area de Instrucción w ww .CruzdeSanAndrés.com
El altímetro y la altímetría El instrumento. Tanto si vamos a volar en FC 2.0 como en los módulos de DCS podemos comprobar que se han modelado varios modelos de altímetro. Lo más notable son las diferencias entre los occidentales y los orientales, básicamente por que estos últimos utilizan el sistema métrico internacional y los primeros el sistema anglosajón de pies y pulgadas. Daremos primero un vistazo al instrumento del bloque soviético con el que ya estamos familiarizados para aprender las diferencias con el modelo occidental. Modelo VM-­‐15 del Mig29A y S Existen otros modelos como los del SU25 o el Ka50 que tienen en la misma escala los miles de metros con los cientos de metros. Pero básicamente vienen todos a indicar lo mismo. Veamos ahora el modelo occidental. Modelo Honeywell AAU-­‐34/A montado en Modelos de la USAF, F16, F15 y A10C Area de Instrucción w ww .CruzdeSanAndrés.com
El altímetro y la altímetría Este es el modelo que vamos a encontrar en el A10C. El funcionamiento es básicamente el mismo pero esta vez en pies. Recordad que 1ft aproximadamente son 30 cm y ahora la percepción de alto-­‐
bajo va a cambiar. Este efecto lo notamos en su tiempo aquellos que aprendimos a volar en aviones occidentales e interiorizamos las distancias en millas náuticas y las altitudes en pies y, nos encontramos en un entorno donde se vuela con metros. En un descenso normalizado de ESA los cálculos de descenso cambiarán con la llegada del DCS A10C. La presión atmosférica – el principio del altímetro. El funcionamiento de este instrumento se basa en las leyes físicas de la presión atmosférica. Antes de nada es necesario hablar de la atmósfera y sus particularidades. La atmósfera ese define como la capa de gases que envuelve a un cuerpo celeste. Por este medio que es un fluido viscoso y compresible vamos a desarrollar nuetras operaciones aéreas y es por ello que debemos tener unos conocimientos básicos de sus características. Sin embargo las características reales de presión temperatura y densidad son cambiantes en el tiempo en un mismo punto cosa que complica demasiado su estudio. Es por ello que se creó un modelo que responde a la media ponderada de todos los valores anuales terrestres que se conoce como “Atmósfera Estandar Internacional” (ISA). Es un modelo ideal, no real. Pero gracias a este modelo tenemos un punto de referencia para saber cuando la presión es alta o baja o la atmósfera es cálida o fría. La atmósfera estándar internacional (ISA). Posée los siguientes valores: Composición: 78% de Nitrógeno, 21% de Oxígeno, 1% de otros gases. Presión atmosférica a nivel del mar: 760 mmHg; 1013,2mb; 29,92 pulgadas de Hg. Temperatura en superficie: 15ºC. Variación vertical de temperatura: 6,5ºC/1000m o 2º/1000 pies hasta la estratosfera 11000m (36000 pies) donde se mantiene constante a -­‐56ºC. Densidad a nivel del mar: 1,225 Kg/m3 Menos presión mayor altitud. Sabemos con certeza que el aire pesa. Esto lo demostró Torricelli allá por el año 1643 con un experimento en el que usó un tubo de ensayo sumergido en una basija de mercurio y seguidamente lo puso en vertical sin dejar que el aire entrase en el tubo de la siguiente forma: La presión ejercida por el peso del mercurio en el tubo de ensayo “Pa” es igual a la presión por el peso del aire “Pb” Area de Instrucción w ww .CruzdeSanAndrés.com
El altímetro y la altímetría El mercurio curiosamente no cayó por la gravedad depositándose totalmente en el recipiente si no que bajó unos centímetros quedándose la mayor parte del mercurio en dicho tubo. Esto indica que el propio peso de la atmósfera empujaba hacia abajo al mercurio que quedaba en la vasija e impedía que el mercurio descendiera por el tubo de ensayo. Además si se repetía el experimento, el líquido siempre caía hasta la misma distancia proporcionalmente. Para un tubo de 1 metro el mercurio caía unos 240 mm. Es decir, nos quedaban 760 mm de mercurio (Hg). O lo que es lo mismo, el peso de la atmósfera equivalía al peso de 760 mmHg por cm2. Quedaros con esta cifra porque veremos que es importante. Como se puede deducir en la punta del tubo de ensayo donde no había Hg se creaba un vacío. Con este experimento Torricelli demostró que el aire que tenemos encima de nuestras cabezas tiene un peso. Teniendo en cuenta la unidad de superfície ese peso equivale a 760mmHg por cm2. Y como la presión es una fuerza por una superficie diremos que esa será la presión atmosférica. 760mmHg equivalen a los famosos 1013,2 Milibares y a las 29,92 pulgadas de mercurio. Resulta obvio pensar que si la presión atmosférica es el peso de la columna de aire que tengo encima; si estoy volando alto, el peso dicha columna de aire será más pequeño que si estuviera en tierra y por tanto la presión atmosférica también. Y así es. A mayor altitud la presión siempre es menor. Sin embargo el descenso de presión por la altitud no es lineal. Resulta que sigue más una curva logarítmica. A niveles bajos la presión varía mucho más deprisa que a niveles altos. Tanto es así que a 5500 metros (18000 pies) ya tenemos la mitad de presión que en superficie. Esto es porque la mayor parte de partículas del gas atmosférico se acumulan cerca de la superficie. Algo parecido a lo de la siguiente ilustración. PRESIÓN EN MILIBARES . Sabiendo que la presión disminuye con la altura siguiendo una curva logarítmica, pordríamos usar un barómetro para saber a qué altitud estamos. Pero el que tenga un barómetro de mercurio en casa observará que no siempre la presión en superficie es de 760mmHg. Esta varía de un día para otro. Hay anticiclones, borrascas etc. Así que el invento del altímetro estaría bien si le pudieramos decir Area de Instrucción w ww .CruzdeSanAndrés.com
El altímetro y la altímetría que presión hay a nivel del mar para que calcule la altitud. O sea, el instrumento necesita un “cero de referencia”. Altímetro del DCS Ka50 Esto es un altímetro del Akula. Fijaros en esa pequeña escala que tenemos en la parte inferior del instrumento. Se la conoce como “Ventanilla de Kollsman” y sirve para darle ese “cero de referencia”. Y este es básicamente el principio. El altímetro conoce la presión, y dándole una presión de referencia inicial (occidentales presión a nivel del mar, rusos presión del campo) nos dice la altitud respectco al nivel del mar o respecto al nivel de la pista. Claro que en aviación no podemos usar mercurio para conocer la altitud. Imaginaros una rotura o una fuga. Y sobretodo en un avión de combate. Es por ello que el mecanismo que se emplea es diferente, más mecánico. Veamos como funciona: El mecanismo es bien sencillo. Se parte de una cápsula de goma que tiene forma de acordeón donde han hecho el vacío y con un muelle en su interior para evitar que quede aplastado. A esta cápsula donde se hace el vacío se llama “cápsula aneroide”. Dependiendo de donde esté situada esta cápsula, nivel del mar o a gran altitud, estará más comprimida o expandida respectivamente. Se coloca en una carcasa metálica con una entrada de aire estático del exterior. Al variar su espesor por la variación de presión mueve un conjunto de engranajes que a su vez mueven las agujas como las agujas de un reloj. La ventanilla de Kollsman simplemente reposiciona las agujas de acuerdo con el “cero” de referencia que le damos. Area de Instrucción w ww .CruzdeSanAndrés.com
El altímetro y la altímetría Así es como funcionan los altímetros de los aviones ligeros y de los de “Stand By” de aeronaves más serias como en el Akula. Los altimetros de aviones más sofisticados, en lugar de transmitir la expansión de la cápsula aneroide directamente por engranajes, transforman esa señal en impúlsos eléctricos a través de un transductor y esos impulsos eléctricos van a parar a un ordenador llamado “CADC” o Central Air Data Computer. Este ordenador procesa la información y la envia a un altímetro que tiene la misma forma que los de STBY pero que son eléctricos y que son mucho más precisos por impedir errores como el de error de posición o el error de histéresis1. QNH, QFE, QNE; Nuestra “Referencia Cero”. Llegados a este punto vamos a hablar de la presión de referencia que se introduce en la ventanilla de Kollsman. Hemos visto que necesitamos una presión de referencia para nuestro altímetro. Normalmente la presión volando el A10C viene dada en pulgadas de mercurio. En el Akula y el resto de aviones rusos en milímetros de mercurio. Por defecto, cuando iniciemos una sesión de simulador nos aparecerá la presión estandar en la ventanilla de kollsman: 29.92 pulgadas de mercurio para el A10 y 760mmHg para los rusos. Obviamente no serán nuestra referencia, sobretodo si la misión tiene editada la presión que hay a nivel del mar. QNH: Presión atmosférica a nivel del mar Cuando calamos esto en el altímetro nos da una "altitud". En tierra nos daría la elevación de allí donde estemos. Y esta medida SI que es compatible con el franqueamiento de obstáculos del terreno circundante del campo de vuelo. Si sabes la elevación del obstáculo, sabes cuanto marcará el altímetro cuando te estrelles contra él. Es el sistema usado por occidente y viene dado en milibares o en pulgadas de mercurio. QFE: Presión atmosférica a "nivel del campo" de vuelo. Es decir. Que si calas esto en el altímetro la lectura cuando estas en tierra da: 0. Cero patatero. Lo malo? Pues que solo te da la altura respecto a la elevación de la pista. No altura sobre el terreno que tienes debajo. Podrías pegarte contra un monte cercano a la pista y el altímetro marcar 50 metros en ese momento por ejemplo. Ese valor del altímetro SOLO ES VALIDO PARA LA PISTA DEL AEROPUERTO al cual tienes la referencia de "ese" QFE. El terreno de alrededor puede tener obstáculos, montes, etc. que estarán por encima de esos 0 metros. O al revés. Podemos llegar a -­‐4 metros no darnos con nada porque justo al lado del campo alguien ha hecho un hoyo. Además como el QFE dependerá de la elevación de donde se obtenga, cada aeropuerto tendrá un QFE distinto. Todos tienen elevaciones diferentes y por tanto la presión atmosférica (columna de aire) sobre ellos será diferente. En resumidas, le damos al altímetro la referencia de la pista de aterrizaje. Y nos da alturas respecto a ella. No sirve para separarnos del terreno circundante. Si alguien quiere hacer esto con el Akula para hacer un vuelo NOE, véase el capítulo del radioaltímetro. Y diréis, pues vaya gracia... ¿Quién quiere un QFE?? ¡Con lo bien que se vuela con el QNH!! 1
La histéresis es el defecto de la cápsula aneroide de hacer que el altímetro se mueva a “saltos” debido a que su goma no se hincha homogeneamente. Los altímetros STBY suelen llevar un vibrador que estimula el movimiento de las agujas e impide que el altímetro vaya a saltos y produce ese sonido de vibración que hay en las cockpits de aviones grandes. Area de Instrucción w ww .CruzdeSanAndrés.com
El altímetro y la altímetría Respuesta: Los rusos. Los rusos en la vida real (y también los chinos) vuelan con referencias QFE. Después veremos porqué. Esto es como lo de los ingleses circulando por la izquierda. Es una concepción diferente de la separación vertical en vuelo. Las veces que he volado en la realidad a Rusia el controlador te da efectivamente el QFE, y nosotros le tenemos que pedir por favor que nos de el QNH ya que los equipos de nuestro avión no se diseñaron para volar con QFE. Recordad que el QNH nos lo darán en pulgadas de mercurio (aviones occidentales) y el QFE en milímetros de mercurio (aviones rusos). Insisto: ojito con volar con referencias del QFE para librar los obstáculos de las cartas. Las fichas de aproximación del campo si que tienen en cuenta los márgenes volando con QFE en sus altitudes mínimas. Comparación de indicaciones obtenidas con QNH, QFE, QNE QNE: Altitud de presión obtenida al calar 29,92 pulgadas o 760mmHg. Es la distancia que hay entre la aeronave y el nivel de presión de 29,92 pulgadas o 760 mmHg. Ojo aquí ya no digo ni altitud. De hecho no lo es. Es simplemente lo que se conoce como un nivel de vuelo. Así que si editamos la presión a nivel del mar en la misión para ser más realistas, al entrar en cabina veremos que los altímetros están calados a esto. 29,92 o 760. No nos están dando altitudes reales. Solo un nivel de vuelo. ¿Y para qué? Bueno imaginemos el siguiente escenario. Una formación de Su25 sale de Gudauta y le dan un QFE. Se tiene que reunir con otra formación de SU25T que sale de Sochi a la que le han dado otro QFE. Ambos tienen indicaciones distintas en sus altímetros para una misma altitud real. Los Su25 llevarán una altura “X” respecto a la pista de Gudauta. Los Su25T llevará otra altura “Y” respecto a la pista de Sochi. ¿Como hacen para llevar los dos la misma referencia en el altímetro y que puedan acordar reunirse en piso 4? Para eso se inventó el QNE más conocido como STD, 29,92 o 760. A partir de cierta altitud TODOS los aviones calan en el altímetro 29,92 o 760 y así TODOS usan la misma referencia. Como no sabremos de manera alguna a qué distancia estaremos del terreno, este cambio normalmente se hace cuando se está bien alto y se han librado áreas montañosas de alrededor. Cada aeropuerto tiene esa altitud de cambio. Por ejemplo en los aeropuertos de España Area de Instrucción w ww .CruzdeSanAndrés.com
El altímetro y la altímetría tenemos 6000 pies para todos excepto en Madrid (13000’) y en Granada (7000’); en Sochi tenemos 600m, en el desierto de Nevada tendremos 18000 pies. ¿18000 los Yankees?? Pues sí. Tenemos las Montañas Rocosas no muy lejos del escenario de Nevada con picos de 15000 pies y por eso los americanos hacen ese cambio tan alto. A esta altitud de cambio se la conoce como Altitud de Transición o, Altura de transición para los rusos. Altitud / Altura de Transición: Aquella donde se cambia el calaje del altímetro en ascenso a 760 o 29,92. ¿Y en descenso? En descenso tenemos el nivel de transición. Nivel de Transición: Como estaremos volamos en niveles de vuelo y no tenemos altitudes, al pasar bajando por este “nivel” calaremos el QNH o el QFE que nos de la torre en nuestro altímetro y a partir de aquí nos guiamos con referencia a altitudes o a alturas para aproximarnos al aeropuerto. Ahora la separación con el terreno estará asegurada si seguimos las altitudes mínimas de las fichas de aproximación. ¿Y con el resto de tráficos? Pues los que estén cerca nuestro porque van al mismo aeropuerto llevarán la misma referencia en el altímetro. Capa de Transición: Es el espacio que hay entre la altitud /altura de transición y el nivel de vuelo. Normalmente habrá un margen mínimo de al menos 1000 pies / 300m. Esto es para darnos un margen. Como una imagen vale más que mil palabras, esto quedaría así. SISTEMA ALTIMÉTRICO RUSO Los rusos despegan usando QFE (alturas al campo). Cada aeropuerto tiene su altura de transición. Supongamos que salimos de Sochi. En ascenso pasan a QNE (760) a 600 de metros de altura. Ahora ascienden, vuelan y combaten usando niveles de vuelo. En caso de quedarse por debajo de la altura Area de Instrucción w ww .CruzdeSanAndrés.com
El altímetro y la altímetría de transición como habitualmente pueden hacer los helicópteros o el SU25 en vuelo NOE, se guían por alturas de radioaltímetro. En caso de quedarse haciendo tomas y despegues en Sochi, mantienen el QFE. El descenso es todo lo contrario. Al contactar con torre toman nota del QFE y lo calan al pasar el nivel de transición que para Sochi es de 1200m. Vuelan con alturas respecto a la pista. SISTEMA ALTIMÉTRICO OCCIDENTAL Los aviones occidentales, y por tanto el A10 despegan usando el QNH que les ha dado torre. Y por tanto vuelan con altitudes. En el caso de un A10C despegando de Nellis AFB, al llegar a la altitud de transición de 18000’ el piloto cambiara el calaje de su altímetro a 29,92 para tener la misma referencia de todo el mundo y el controlador radar lo pueda separar del tráfico civil y coordinar con el tráfico militar del área de maniobras. A la vuelta, antes de pasar por el nivel de transición impuesto por ATC, el controlador le dará el QNH de Nellis para que lo introduzca en su altímetro. Vuelve a tener referencia a altitudes para la aproximación. ¿Y si vuela en una misión por debajo de 18000? Pues seguirá volando con referencia a altitudes. Hay que tener en cuenta que el QNH va cambiando según pasan las horas y según nos alejamos del aeropuerto, con lo que se recomienda obtener QNH actualizados de los aeropuertos cercanos allí donde se pasa. Como referencia, en la realidad la presión apenas varía unos pocos milibares en un área como la simulada. Pero para vuestra mayor tranquilidad, el motor meteorológico de DCS mantiene el mismo QNH para todo el escenario a lo largo de toda la misión. Los circuitos durante las tomas y despegues se vuelan igualmente con referencia a altitudes (QNH) pero el vuelo NOE lo realizan usando el radioaltímetro al igual que los rusos. Area de Instrucción w ww .CruzdeSanAndrés.com
El altímetro y la altímetría Los Niveles de Vuelo. Al volar en 29,92 o 760 sobre la altitud de transición hemos dicho que la lectura que nos de el altímetro no se le puede llamar altura ni altitud. Es solo una distancia la nivel de presión de 29,92 pulgadas o 760 mmHg. El nombre al que se le da en aviación es “Nivel de Vuelo”. El Nivel de Vuelo, el mundo occidental, viene dado en “hectopies” precedido de las siglas “FL” de “Flight Level”. Es decir, se le quitan dos ceros. Por ejemplo 24000 pies serían FL240 (Nivel de vuelo Dos Cuatro Cero). Una autorización ATC sería “ascienda y mantenga nivel de vuelo Dos Cuatro Cero”. Podemos ver que los niveles de vuelo no pueden ser los que nos de la gana. Hay limitaciones para la ruta que queramos llevar. Los impares (FL110, FL130, FL210, etc.) se usarán para volar hacia el “Este” y los pares ( FL100, FL120… etc.) hacia el “Oeste”. Los niveles usados por los rusos son equivalencias a los anteriores en metros y para la fraseología usan Nivel de vuelo X metros. Por ejemplo Nivel de Vuelo 3400 metros. No se complican tanto la vida. Se adjunta una tabla sobre el uso de Niveles de Vuelo en pies y metros según la ruta obtenida del Documento 4444 de OACI. Esto último es ya para nota. Puesto que en el simulador no vamos a tener apenas conflictos con otros tráficos volemos al nivel que volemos. Area de Instrucción w ww .CruzdeSanAndrés.com
El altímetro y la altímetría Errores de altímetro. Finalmente y para acabar hay que hacer una consideración más, los altímetros no siempre nos dicen con precisión la altitud real a la que estamos. Y en LOMAC tampoco. Probad a ver lo que pone en un altímetro sin editar la presión a nivel del mar en un mismo aeropuerto en un día de invierno a un día de verano. Veréis que marca distinto. A parte del error de histéresis del que hablábamos antes, los altímetros no computan una cosa muy importante: la temperatura. En el mecanismo explicado solo hemos tenido en cuenta la variación de la presión por altitud y por condiciones meteorológicas (QNH/QFE) pero resulta que en atmósferas más cálidas hay menos densidad, el aire está mas dilatado y en días muy frios el aire tiene más densidad y está muy comprimido. La variación de las presiones con la altitud cambia considerablemente en días fríos respecto de los días cálidos. Una ilustración de “Airbus” nos explica este fenómeno. Variación de la indicación de la altitud respecto a la real por variación de temperatura. Con temperaturas bajas los niveles de presión están más juntos pero los altímetros no corrigen el efecto de temperatura. Puede darse el caso en temperaturas extremadamente bajas que el altímetro nos diga que estamos a más altitud de la que realmente estamos. Ups… Vaya. Resulta que en el Cáucaso se da mucho este escenario en invierno. Y contra más nos alejemos de nuestra “referencia cero” mayor es el error. Y aquí está la razón por la cual los rusos usan la referencia de la altura respecto a la pista. Minimiza el error. En la escuela de vuelo hay una regla que nos enseñan que dice que el error es de 4 pies por cada 1000 de altitud por cada grado de diferencia con la temperatura estandart a ese nivel. Esto último puede ser demasiado complicado calcularlo en vuelo, de hecho en la realidad se usan unas tablas que hay a bordo (recordad la regla americana del KISS o Keep It Stupidly Simple). Y los occidentales en una aproximación a un sitio con temperaturas extremadamente frías (digamos -­‐20ºC a nivel del mar) hacemos correcciones a nuestro altímetro para cumplir con las altitudes mínimas. Y además a mayores elevaciónes mayor es el error. Con temperarturas frías el altímetro indica de más. Area de Instrucción w ww .CruzdeSanAndrés.com
El altímetro y la altímetría ¡Que estrés! Hay que imaginarse en una noche de invierno en IFR en Insbruck rodeado de montañas con temperaturas muy bajas y la tabla de la que os hablo para entender lo que es añadir estrés a la operación. Tabla de corrección de altitud por error de temperatura Imaginemos un caso de un aeropuerto de 1800 pies de elevación (540m) y una altura de frustrada de ILS de 200 pies AGL (sobre el terreno). Por tanto nuestra altitud de frustrada en caso de no ver la pista sería de 2000 pies. Según la tabla, en un día con -­‐20ºC nos daría un error de 240 pies (72m). Estaríamos 240 pies más bajos de lo que dice el altímetro!! Y si no corregimos al llegar a la altitud de frustrada nos estrellaríamos contra el suelo por el engaño. De hecho una de las frases célebres de la aviación americana es la siguiente: “FROM HIGH TO LOW LOOK OUT BELOW” “DE ALTA A BAJA MIRA DEBAJO” Porque volar con un QNH constante de una alta temperatura a una baja, o de una alta presión a una baja, hará que cada vez vueles más bajo a pesar de que el altímetro indique lo mismo. Los rusos tienen otro sistema. Nada de tablas. Más simple. El controlador te dice la referencia que tienes que poner en tu altímetro para que te marque 0 sobre la pista y como la altura al “punto de referencia” no será tan alto el error será bastante menor aunque el aeropuerto esté en plena sierra del cáucaso. Volvamos al ejemplo del caso anterior. Ahora nuestro punto de referencia es el aeropuerto, y no nivel del mar. Por eso entramos por 200 y -­‐20ºC. El error ahora es de tan solo 20 pies o unos despreciables 6 metros. Aunque no mirásemos las tablas y no hubiera corrección tan solo estaríamos 6 m por debajo de la frustrada por el error de temperatura del altímetro. Conclusiones. El Altímetro va a ser nuestro seguro de vida en condiciones IFR y para separarnos con otros tráficos. Hemos aprendido los principios físicos y mecánicos de este intrumento para sacarle mayor partido. También hemos aprendido los procedimientos de uso del altímetro tanto en el bando ruso como en el bando occidental. Ahora con la posibilidad de utilizar una ventanilla de Kollsman en el altímetro que nos ofrece DCS podremos incrementar el realismo de nuestras simulaciones con los conocimientos necesarios. Espero que este documento sea de provecho. Buen Vuelo. Area de Instrucción w ww .CruzdeSanAndrés.com
El altímetro y la altímetría