Los instrumentos giroscópicos han sido una herramienta esencial en la navegación y la aviación desde hace décadas. Con su capacidad para medir la dirección y la posición de un objeto en movimiento, estos dispositivos han permitido a los pilotos y marineros mantener un rumbo seguro y preciso durante sus recorridos. En este artículo, exploraremos tres de los instrumentos giroscópicos más comunes y analizaremos cómo funcionan para brindar una mayor comprensión del papel vital que juegan en la navegación moderna. ¡Prepárate para sumergirte en el fascinante mundo de la tecnología giroscópica!
No debería sorprender que los instrumentos de vuelo sean de vital importancia. Sin embargo, muchas cosas están sucediendo detrás de escena. Los giroscopios son una maravilla científica y sus propiedades se pueden utilizar con gran eficacia en los instrumentos giroscópicos de los aviones. Contrariamente a la creencia popular, los giroscopios son bastante fáciles de entender. Hoy te mostraremos lo fácil que puede ser. Esta es la guía definitiva sobre los instrumentos giroscópicos, cómo funcionan y qué hacen.
¿Qué son los instrumentos giroscópicos?
Los 3 principales instrumentos giroscópicos que se encuentran en las aeronaves son el horizonte artificial, el indicador de rumbo y el coordinador de giro. Los tres utilizan ejes giroscópicos para proporcionar un dato a partir del cual se puede medir la orientación de la aeronave. También se pueden encontrar sistemas más avanzados en aeronaves complejas.
Los giroscopios tienen límites, pero en general, brindan una solución confiable para los instrumentos de navegación y actitud de los aviones.
No se preocupe si nunca ha oído hablar de un giroscopio o está familiarizado con el término pero no lo entiende.
Estás en buena compañía.
Veremos cómo funciona un giroscopio, sus componentes principales y cómo estos componentes se utilizan en los instrumentos de vuelo comunes.
Aquí está todo lo que necesitas saber.
¿Qué es un giroscopio? Un desglose de los instrumentos giroscópicos
Teóricamente, un giroscopio es una rueca que gira alrededor de un eje. La inercia de la rueda, una función de su velocidad y masa, le da al giroscopio una propiedad específica llamada ‘rigidez en el espacio’. Esta rigidez significa que, siempre que no se altere, el eje del giroscopio permanecerá apuntando en una dirección determinada.
¿No nos crees?
Aquí hay un video rápido que muestra el concepto de un giroscopio en su forma más básica.
Esto es lo que haremos.
Primero, analicemos las características comunes de la mayoría de los giroscopios. Una vez que esté familiarizado con las partes de un giroscopio, discutiremos exactamente cómo funcionan.
Todo Los instrumentos giroscópicos contienen las siguientes partes: –
un eje
Un eje giroscópico es vital para todos los giroscopios.
Recuerde que acabamos de decir que un giroscopio es, esencialmente, una rueda giratoria.
Bueno, para que una rueda gire, debe tener algo para girar. alrededor. Aquí es donde entra en juego el eje. Puede considerar el eje un poco como el eje de una rueda de bicicleta. Pasa directamente por el centro de la rueda en un ángulo de 90° con respecto a la dirección de rotación de la rueda.
Sin embargo, los giroscopios pueden resultar confusos cuando se trata de hablar. hachas
¿Por qué?
Porque un solo giroscopio en realidad tendrá tres ejes: –
- El eje de giro (piense en ello como un eje, como se acaba de discutir)
- El eje de entrada
- El eje de salida
Afortunadamente, cuando hablamos de instrumentos giroscópicos aeronáuticos, siempre hacemos referencia al eje de giro y dónde está alineado, lo que facilita mucho la comprensión de los giroscopios.
Una llanta
Seamos honestos.
Un eje sin rueda es solo un palo.
Los giroscopios necesitan una rueda que gire para establecer esa rigidez tan importante (que le diremos todo sobre abajo).
Por ahora…
Todo lo que necesita saber es que hay una rueda y debe cumplir dos criterios relacionados con la «rigidez».
- Cuanto mayor es la masa de la rueda, mayor es la rigidez.
- Cuanto más rápido gira la rueda, mayor es la rigidez.
Para los más científicos entre ustedes, las ruedas giratorias, la masa y la velocidad pueden comenzar a sonar una campana en el fondo de su mente. Combinadas, estas dos fuerzas forman algo llamado «momento angular», que a su vez es un producto de inercia.
Para aquellos que no tienen una mentalidad científica, esto es lo que necesitan saber en términos simples…
La inercia es una función de la masa y la velocidad. Cuanto mayor sea la inercia de un objeto (o la rueda que gira en un giroscopio), más resistente es a los cambios de dirección.
En términos aún más simples…
Imagina a alguien rodando una rueda de bicicleta hacia ti. No es gran cosa, ¿verdad? Ahora imagina a alguien rodando una rueda de tractor hacia ti a gran velocidad. La rueda del tractor es más pesada y más rápida, lo que provoca un aumento de la inercia. La rueda de la bicicleta es fácil de detener, la rueda del tractor voluntad resistir sus esfuerzos, y todo se reduce a la inercia.
Es lo mismo con los giroscopios. Los que tienen ruedas más pesadas y una rotación más rápida son más resistentes al cambio de dirección (que en los instrumentos giroscópicos es algo que realmente queremos).
También puede escuchar que esta rueda se conoce como rotor. A lo largo de este artículo, ‘rueda’ y ‘rotor’ se usarán indistintamente, pero significan exactamente lo mismo.
cardán giroscopio
Las hachas y las ruedas giratorias están muy bien, pero necesitamos algo para sujetarlas. Y ese algo se llama ‘cardán’. Imagina sostener una rueda de bicicleta en un eje entre dos manos.
Enhorabuena, te acabas de convertir un cardán
En los instrumentos giroscópicos de los aviones, necesitamos algo un poco más preciso (y más pequeño) que nuestras manos. Así que los diseñadores inteligentes desarrollan monturas de alta ingeniería que sostendrán el eje. Estos cardanes permiten el libre movimiento del eje giroscópico. También nos permiten orientar el eje del giroscopio en una dirección útil.
Potencia para el rotor giroscópico
una cosa que todo giroscopios necesitan trabajar es un movimiento giratorio. Y, obviamente, eso no sucede por sí solo.
Hay algunas formas en que la rueda del giroscopio se puede girar para mantener esa rigidez tan importante.
La mayoría de los sistemas en aviones ligeros usarán succión para impulsar el rotor. La presión negativa se crea usando una bomba dentro del instrumento. El resultado es que se aspira aire del aire exterior. Este aire se dirige hacia el rotor, lo que hace que gire muy rápido. Si este tubo se bloquea o la bomba falla, el rotor puede ralentizarse hasta el punto de no mantener la rigidez.
¿Y qué pasa entonces?
El giroscopio puede volcarse. Esto conducirá a un mal funcionamiento de los instrumentos giroscópicos. El único propósito de los giroscopios utilizados en los instrumentos es crear un dato. El instrumento se vuelve inútil si ya no se puede confiar en este dato.!
En resumen, un giroscopio tendrá los siguientes componentes: –
- Una rueda giratoria
- un eje
- un cardán
- Un medio para hacer girar el rotor.
Recuerde estos términos porque los haremos referencia a menudo mientras explicamos cómo funcionan los instrumentos giroscópicos. Hablando de que…
¿Cómo funcionan los instrumentos giroscópicos?
A menudo leerá descripciones complejas de giroscopios, precesión, momento angular y ejes, y muchas otras terminologías avanzadas.
Pero…
Hay una forma más sencilla de entender cómo funcionan los instrumentos giroscópicos. Es algo parecido a esto.
Todo Los instrumentos giroscópicos se basan en el uso del eje giroscópico como un dato.
Espera, ¿qué es un ¿dato?
Un ‘dato’ es un término que encontrará usado a menudo en la aviación. Simplemente significa un punto fijo desde el cual puedes medir algo. En el caso de los instrumentos giroscópicos, tendemos a utilizar el dato creado por un eje giroscópico para medir aspectos de la actitud de la aeronave.
lo quiero en en realidad términos simples? Así es como funcionan en principio todos los instrumentos giroscópicos de las aeronaves: –
- Apuntamos el eje giroscópico en una dirección relevante, creando un dato fijo.
- Cuando la aeronave se mueve a partir de ese dato, medimos la cantidad de movimiento o cambio
- El cambio se muestra en los instrumentos de vuelo como datos que el piloto puede usar para monitorear la desviación.
Sencillo, ¿verdad?
Sin embargo, comprender verdaderamente cómo El trabajo con instrumentos giroscópicos requiere un conocimiento un poco más profundo.
Rigidez en el espacio y precesión
Los giroscopios tienen una propiedad única llamada «rigidez en el espacio».
De hecho, se puede considerar un término literal. (La NASA utiliza giroscopios para la navegación a bordo de su nave espacial). Los instrumentos impulsados por giroscopios son geniales porque sus cardanes les permiten apuntar literalmente en cualquier dirección.
O, dicho de otro modo…
En cualquier punto en el espacio.
Por encima o por debajo del horizonte, o en cualquier dirección dada, en tres dimensiones. Idealmente, queremos que el giroscopio permanezca apuntando en la dirección en la que lo apuntamos. Cuanto más resistente al movimiento sea el giroscopio, mejor.
Esta resistencia se llama rigidez. Y los giroscopios rígidos son algo bueno.
Sin embargo.
Este comportamiento nos presenta problemas particulares aquí en la tierra.
¿Por qué?
Porque digamos que apuntamos el eje del giroscopio hacia el sol y queremos usarlo como nuestro dato. Como sin duda sabrá, la rotación de la tierra significa que el sol parece «moverse» por el cielo. ¡Siempre que el giroscopio se mantenga girando y no se perturbe, su eje permanecerá apuntando hacia el sol!
El eje del giroscopio y el sol permanecen ‘fijos’, ¡pero la superficie de la tierra no! Por lo tanto, el eje del giroscopio también puede parecer que se mueve (o, en casos extremos, se «cae»).
En verdad, el eje del giroscopio se mantiene alineado debido a su rigidez. A medida que nos movemos por el espacio, el giroscopio parece volcarse, pero en realidad somos nosotros los que nos movemos a su alrededor.
Lo anterior es un concepto interesante, y hay algunas cosas que afectarán la influencia que esto tiene en los instrumentos giroscópicos: –
- La rigidez del giroscopio.
- La latitud del giroscopio.
- El punto en el espacio hacia el cual se orienta el eje giroscópico.
Solo un minuto. Latitud y dónde ¿Apuntamos que el giroscopio afecta qué tan bien funciona?
Sí. Y he aquí por qué.
Imagine un giroscopio ubicado en el polo Norte con su eje apuntando verticalmente hacia arriba. Debido a que el eje coincide con la orientación del eje de la tierra (hacia arriba), el eje del giroscopio permanecerá donde lo colocamos.
Sin embargo, imagine alinear el eje de giro del giroscopio horizontalmente mientras permanecemos parados en el polo norte.
Ahora el eje permanecerá alineado hacia un punto fijo. en el espacio en el horizonte. El giroscopio, para nosotros, parecerá girar horizontalmente, al mismo ritmo que la rotación de la tierra (15° por hora).
Hay un nombre para este aparente movimiento.
lo llamamos precesión.
Aquí hay algunas reglas simples para recordar con respecto a la precesión y el movimiento aparente de los giroscopios: –
- Un giroscopio con su eje de giro alineado horizontalmente con un meridiano determinado (una línea que va de norte a sur) parecerá moverse 360° durante 24 horas en el polo.
- Un giroscopio con su eje de giro alineado horizontalmente con un meridiano dado (una línea que corre de norte a sur) no mostrará ningún movimiento aparente en el ecuador.
¿Por qué lo anterior es relevante en la aviación?
Porque usamos el norte como dato, y usamos un indicador de rumbo para decirnos dónde está este dato. El indicador de rumbo es un instrumento giroscópico. ¡Cuanto más al norte vayas, más a menudo necesitarás realinearlo debido a la precesión!
Si todo lo anterior es un poco desalentador, aquí hay un breve video donde puede verlo en tiempo real.
Los 3 instrumentos de vuelo más comunes
En la mayoría de los aviones, encontrará los siguientes instrumentos giroscópicos. Estos se combinan con instrumentos pitot-estático para formar el ‘paquete de seis’ de instrumentos de vuelo primarios: –
- El horizonte artificial
- El indicador de rumbo
- El coordinador de turno
Aquí hay una breve descripción de para qué se utilizan estos instrumentos, dónde se alinea el eje giroscópico y cómo funcionan.
| Nombre del instrumento | Espectáculos de instrumentos | Alineación del eje giroscópico |
| horizonte artificial | Actitud y Banco | Vertical al Centro de la Tierra |
| Indicador de rumbo | Título | Eje de guiñada de aviones |
| Coordinador de Turno | Tasa de giro* | Eje de cabeceo de aeronaves |
*Es importante señalar que el coordinador de turno no no mostrar ángulo de banco!
Aquí hay una descripción detallada de todos los instrumentos giroscópicos anteriores.
El horizonte artificial
Como sugiere el nombre, el horizonte artificial es una representación pictórica de la actitud de la aeronave en relación con el horizonte terrestre.
Es un disco partido en dos segmentos. El ‘azul’ representa el cielo sobre el horizonte, y el ‘marrón’ representa la tierra debajo del horizonte.
Se utiliza para indicar la actitud de la aeronave en relación con el horizonte con un pequeño símbolo de avión con un punto en el centro que muestra si la aeronave está con el morro hacia arriba o hacia abajo. También muestra el ángulo de alabeo en relación con el horizonte.
El eje del giroscopio se mantiene en un estado vertical mediante pesos en la parte inferior del cardán, por lo que siempre apunta hacia la dirección de la gravedad (el centro de la tierra).
El símbolo del avión en realidad está fijo y es el disco el que se mueve. Este disco está unido a un cardán giroscópico. La rueda del giroscopio está alineada con el horizonte. Debido a su rigidez, no se mueve, independientemente de la actitud del avión.
Esencialmente.
El símbolo de la aeronave (y la aeronave) vuelan ‘alrededor’ del eje fijo del giroscopio del horizonte artificial.
Algunos puntos importantes a tener en cuenta: –
- El eje del horizonte artificial está alineado hacia arriba, por lo que no sufre de precesión.
- Las maniobras extremas pueden hacer que el giróscopo se «caiga».
- La fricción en el cardán puede hacer que el rotor del giroscopio disminuya la velocidad, lo que significa que se mostrará un ángulo de alabeo o una actitud de cabeceo, incluso si tiene las alas niveladas.
El indicador de rumbo
El indicador de rumbo es otro gran ejemplo de un instrumento giroscópico. A diferencia del horizonte artificial, cuyo eje está alineado con el horizonte, el indicador de rumbo mide la desviación de un datum diferente.
¿Cual es?
Norte Magnético.
Al comienzo del vuelo, el eje del giroscopio se alineará «nivelado» con el horizonte. El eje de guiñada (siempre que esté nivelado) coincidirá con el horizonte. Efectivamente definimos el eje alrededor del cual girará el avión. Recuerde, el eje giroscópico permanecerá donde lo apuntemos.
La forma más fácil de visualizar esto es imaginar el avión moviéndose alrededor el cardán y su eje alineado.
Giramos una tarjeta móvil en el instrumento para calibrar el norte magnético en una brújula. Entonces podemos leer cuánto se ha desviado o acercado el avión. El resultado en grados es el rumbo de la aeronave.
Pero recuerda.
Con sus ejes alineados a lo largo de las líneas de longitud, los giroscopios son propensos a la precesión debido al giro de la tierra, por lo que deberá enjaular y alinear regularmente su indicador de rumbo durante todo el vuelo.
¿Cuánto cambia?
Como vimos anteriormente, la precesión de los indicadores de rumbo es máxima en los polos y mínima en el ecuador. Hay una escala lineal que podemos aplicar dependiendo de lo cerca que estemos de uno u otro. A esto lo llamamos escala lineal Seno.
El seno tiene su valor más alto a 90°. Afortunadamente, 90° de latitud es el polo norte. El seno tiene su valor más bajo en 0°. Esta latitud 0° está en el ecuador. Suponga que la tasa máxima de cambio es de 15° por hora en el polo y de 0° en el ecuador. En ese caso, podemos convertir esto en una fórmula inteligente para determinar la tasa de cambio de un indicador de rumbo debido a la precesión.
Se parece a esto.
Precesión del indicador de rumbo = (seno de su latitud) X 15
¿No quieres sentarte con una calculadora? No te preocupes. Hemos hecho el trabajo duro usando la ecuación anterior, así que no tienes que hacerlo tú. Aquí hay una tabla que detalla la tasa de precesión en cada latitud.
| Latitud de la aeronave | Tasa de Precesión del Indicador de Rumbo (por hora) |
| 0° | 0° |
| 5° | 1,3° |
| 10° | 2,5° |
| 15° | 3,8° |
| 20° | 5.1° |
| 25° | 6,3° |
| 30° | 7,5° |
| 35° | 8,5° |
| 40° | 9,6° |
| 45° | 10,6° |
| 50° | 11,5° |
| 55° | 12,3° |
| 60° | 12,9° |
| 65° | 13,5° |
| 70° | 14° |
| 75° | 14,5° |
| 80° | 14,8° |
| 85° | 14,9° |
| 90° | 15° |
Algunos puntos importantes a tener en cuenta: –
- Cuanto mayor sea su latitud, más a menudo deberá alinear su indicador de rumbo. Este error se llama ‘deriva aparente’.
- Los indicadores de rumbo muestran el norte magnético, no el norte verdadero.
Puede leer más sobre el indicador de rumbo aquí.
El coordinador de turno
El coordinador de giros es un poco diferente a su instrumento giroscópico estándar. El horizonte artificial y el indicador de rumbo tienen como objetivo mantener un datum y una alineación de ejes consistentes.
Sin embargo.
En el caso del coordinador de giro, su alineación de ejes es coyuntural y dinámica.
Muestra una tasa de giro y deslizamiento.
Si la aeronave está inclinada (un término de avión elegante para un ala más alta que la otra) pero se mantiene en un punto fijo en el horizonte, el coordinador de viraje mostrará un cero tasa de giro.
El eje del cardán está alineado con las alas (horizontalmente con respecto a la aeronave)
Mide una tasa de cambio de este eje creado por guiñada. Cuando el avión se mueve hacia la izquierda o hacia la derecha, el eje del giroscopio ejerce presión sobre un resorte calibrado que hace que el símbolo del avión muestre un giro en la dirección de guiñada.
Algunos puntos importantes a tener en cuenta: –
- El eje horizontal del coordinador de giro está alineado en relación con el aeronave, no el horizonte
- Hay dos partes en este instrumento. El indicador de velocidad de giro (impulsado por giroscopio) y el indicador de deslizamiento (la ‘bola en el tubo’, que no es un instrumento de giroscopio)
- En los últimos años, se ha considerado que el indicador de viraje y deslizamiento es un instrumento giroscópico relativamente obsoleto. La FAA ha emitido un aviso de advertencia considerar que el instrumento es ‘confuso’. Por lo tanto, no se sorprenda si vuela un avión con dos horizontes artificiales instalados en un panel.
¿Dónde más veré giroscopios en aviones?
Debido a sus sorprendentes propiedades y su capacidad para permanecer alineados en un punto determinado, ocasionalmente encontrará instrumentos giroscópicos que se utilizan en otras partes de la aeronave.
¿Quieres un ejemplo?
¿Qué hay de los grandes aviones de pasajeros?
Los aviones grandes a menudo vuelan largas distancias sin ayudas a la navegación ni radiobalizas.
Sin embargo, no solo confían en la «estimación muerta». De hecho, utilizan giroscopios para garantizar muy navegación precisa.
La mayoría de los aviones comerciales utilizan un sistema de navegación inercial que depende en gran medida de giroscopios y acelerómetros. Si bien estos giroscopios no son bastante al igual que los giroscopios que encontrarás en aviones ligeros, funcionan de manera similar.
Giroscopios de anillo láser se utilizan para fijar la posición de la aeronave. Están alineados tanto con el horizonte y norte verdadero. Luego, usando algunas computadoras inteligentes, se monitorea la precesión. Al calcular la precesión, las computadoras de la aeronave pueden determinar con precisión la posición de la aeronave.
Cuando la aeronave acelera, desacelera o cambia de dirección, los acelerómetros miden lo que ha cambiado en función de un dato fijo proporcionado por los giroscopios. Este cambio se mide y traza en una pantalla visual en la cabina de vuelo y se envía a otras computadoras de la aeronave.
Pensamientos finales
Si bien los giroscopios pueden requerir una lectura un poco detallada, en términos básicos, en realidad son bastante simples. Los instrumentos giroscópicos funcionan utilizando la propiedad inherente de los giroscopios para crear un dato, y la desviación de este dato se mide y se muestra al piloto. Aquí en Pilot Institute, nosotros amar explicaciones sencillas. Encontrarás muchos de ellos en nuestros cursos de vuelo en línea. ¿Quieres pruebas? Aquí hay un curso 100% gratuito que muestra lo fácil que puede ser el entrenamiento de pilotos en línea.
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