Instrumentos de vuelo giroscópicos.

Varios instrumentos de vuelo utilizan las propiedades de un giróscopo para su funcionamiento. Los instrumentos más comunes que contienen giróscopos son el coordinador de giro, indicador de rumbo, y el indicador de actitud. Para entender cómo funcionan estos instrumentos se requiere el conocimiento de los sistemas de potencia del instrumento, los principios giroscópicos y los principios de funcionamiento de cada instrumento.

Principios giroscópicos

Cualquier objeto que gira presenta propiedades giroscópicas. Una rueda o rotor diseñado y montado para utilizar estas propiedades se llama giroscopio o giróscopo. Dos características importantes del diseño de un instrumento giroscópico son el gran peso para su tamaño, o alta densidad, y la rotación a alta velocidad con cojinetes de baja fricción.

Hay dos tipos generales de montaje; el tipo utilizado depende de la propiedad del giroscopio que se utiliza.Un giróscopo libre o con montaje universal es libre de girar en cualquier dirección alrededor de su centro de gravedad. Se dice que dicha rueda tiene tres planos de libertad. La rueda o rotor es libre de rotar en cualquier plano con respecto a la base y está balanceado con lo que, con la rueda en reposo, permanece en la posición en que se coloca. Los giróscopos restringidos o en montajes semi-rígidos son los que se montan de modo que uno de los planos de libertad se mantiene fijo en relación con la base.

Hay dos propiedades fundamentales de acción giroscópica: rigidez en el espacio y precesión.

Rigidez en el espacio del giróscopo

La rigidez en el espacio se refiere al principio de que un giroscopio permanece en una posición fija en el plano en el que está girando. Un ejemplo de rigidez en el espacio es el de una rueda de bicicleta. Cuando las ruedas de bicicleta aumentan la velocidad, se vuelven más y más estables en su plano de rotación. Esta es la razón por la que la bicicleta es muy inestable y muy maniobrable a baja velocidad y muy estable y menos maniobrable a velocidades más altas.

Montando esta rueda, o giróscopo, en un conjunto de anillos cardánicos, el giróscopo es capaz de girar libremente en cualquier dirección. Por lo tanto, si las cunas se inclinan, rotan, o se mueven de otra manera, el giróscopo permanece en el plano en el que giraba originalmente.

Precesión del giróscopo

La precesión es la inclinación o giro de un giróscopo en respuesta a una fuerza deflectora. La reacción a esta fuerza no se produce en el punto en el que se aplicó, sino que se produce en un punto que está 90° más adelante en la dirección de rotación. Este principio le permite al giróscopo determinar una velocidad de giro mediante la detección de la cantidad de presión creada por un cambio en la dirección. La velocidad a la que el giróscopo precesiona es inversamente proporcional a la velocidad del rotor y directamente proporcional a la fuerza deflectora

Utilizando el ejemplo de la bicicleta, la precesión actúa en las ruedas con el fin de permitir que la bicicleta gire.

A velocidad normal, no es necesario girar el manubrio en la dirección del giro deseado. Un ciclista se inclina simplemente en el sentido que él o ella desea seguir.

Dado que las ruedas giran en sentido horario cuando se miran desde el lado derecho de la bicicleta, si el ciclista se inclina a la izquierda, se aplica una fuerza en la parte superior de la rueda hacia la izquierda. La fuerza actúa en realidad 90° en la dirección de rotación, que tiene el efecto de aplicar una fuerza a la parte delantera de la rueda, causando que la bicicleta se mueva a la izquierda. Es necesario girar el manubrio a velocidades bajas debido a la inestabilidad de los giróscopos girando lentamente, y también para aumentar la velocidad de giro.

La precesión también puede crear errores menores en algunos instrumentos.

La precesión puede causar que un giróscopo libre sea desplazado de su plano de rotación designado debido a la fricción con los cojinetes, etc. Ciertos instrumentos pueden requerir una realineación correctiva durante el vuelo, tales como el indicador de rumbo. Fuentes de energía

En algunas aeronaves, todos los giróscopos son operados por vacío, presión, o eléctricamente. En otras aeronaves, sistemas de vacío o presión proporcionan la energía para los indicadores de rumbo y actitud, mientras el sistema eléctrico proporciona la energía para el coordinador de giros. La mayoría de las aeronaves tienen por lo menos dos fuentes de energía para asegurar que al menos una fuente está disponible si otra fuente de energía falla. El sistema de vacío o presión hace girar el giróscopo pasando una corriente de aire por los álabes del rotor para girar este rotor a alta velocidad, al igual que la operación de una rueda hidráulica o turbina. La cantidad de vacío o presión necesaria para el funcionamiento del instrumento varía, pero generalmente está entre 4,5 “Hg y 5,5 “Hg.

Una fuente de vacío para los giróscopos es una bomba accionada por el motor de tipo de paleta que está montada en la caja de accesorios del motor. La capacidad de la bomba varía en diferentes aviones, en función del número de giróscopos.

Un sistema de vacío típico consiste de una bomba de vacío accionada por el motor, válvula de alivio, filtro de aire, el indicador, y los tubos necesarios para completar las conexiones. El manómetro está montado en el panel de instrumentos de la aeronave, e indica la cantidad de presión en el sistema (el vacío se mide en pulgadas de mercurio menos que la presión ambiental).

Como se muestra en la figura

se aspira aire en el sistema de vacío por la bomba de vacío accionada por el motor. Primero pasa a través de un filtro, que evita que entre material extraño en el sistema de vacío o presión. Luego el aire se mueve a través de los indicadores de actitud y rumbo, donde provoca que los giróscopos giren. Una válvula de alivio evita que la presión de vacío o succión exceda los límites prescritos.

Después de eso, el aire es expulsado o utilizado en otros sistemas, tales como para inflar botas neumáticas de deshielo.

Es importante controlar la presión de vacío durante el vuelo, debido a que los indicadores de actitud y rumbo no proporcionan una información confiable cuando la presión de succión es baja.

El manómetro de vacío o succión, está generalmente marcado para indicar el rango normal. Algunos aviones están equipados con una luz de advertencia que se enciende cuando la presión de vacío cae por debajo del nivel aceptable.

Cuando la presión de vacío cae por debajo del rango normal de funcionamiento, los instrumentos
giroscópicos pueden volverse inestables e inexactos. Cruzar la información de los instrumentos en forma habitual es un buen hábito para desarrollar.

Para saber más:

Instrumentos Giroscópicos

Bibliografía.

U.S. Department of Transportation

Federal Aviation Administration