IRS - Sistema de Referencia Inercial

Sistema de Referencia Inercial y Navegación Inercial

Resumen de la Sección: En esta sección se introduce el concepto del sistema de referencia inercial y la navegación inercial en las aeronaves modernas. Se explica cómo este sistema utiliza sensores internos, como giroscopios y acelerómetros, para calcular y estimar la posición, rumbo y velocidad de una aeronave sin depender de señales externas.

Sensores Inerciales

• Los sensores inerciales consisten en giroscopios y acelerómetros orientados en los tres ejes de movimiento de la aeronave.

• Los acelerómetros miden los cambios de velocidad en los diferentes ejes.

• Los giróscopos miden la velocidad de rotación alrededor de uno de los ejes.

Cálculo del Movimiento

• Con los sensores inerciales se puede calcular el movimiento de la aeronave en torno a sus tres ejes, así como la velocidad en cada uno.

• Utilizando estos cálculos junto con la posición inicial, se puede estimar constantemente la nueva posición de la aeronave a medida que se desplaza.

Ejemplo Práctico

• Se presenta un ejemplo sencillo donde una unidad inercial se desplaza desde una posición inicial hacia una nueva posición.

• Los sensores internos miden la velocidad y dirección del movimiento.

• Utilizando fórmulas simples, como distancia igual a velocidad por tiempo, se calcula la distancia recorrida y se estima la nueva posición.

Ejemplo Práctico - Continuación

Resumen de la Sección: Se continúa con el ejemplo práctico para ilustrar cómo funciona la navegación inercial. Se muestra cómo se calcula la nueva posición estimada de una aeronave a medida que se desplaza en diferentes trayectos.

Trayectos y Posiciones

• Se presenta un mapa con coordenadas donde se indica la posición inicial de la aeronave.

• La aeronave realiza varios trayectos, cada uno con su propio tiempo, velocidad, distancia y rumbo.

• Utilizando los datos de cada trayecto, el sistema inercial estima la nueva posición de la aeronave después del movimiento.

Estimación de Posición

• El sistema de navegación inercial utiliza información de distancia y rumbo para estimar constantemente la posición actual de la aeronave.

• Los cálculos se realizan en tiempo real, lo que permite al piloto observar el desplazamiento continuo de la aeronave.

Deriva en los Sistemas Inerciales

Resumen de la Sección: Se explica el concepto de deriva en los sistemas inerciales y cómo afecta a la precisión de la posición estimada. También se menciona que estos sistemas no son perfectos y acumulan errores e imprecisiones con el tiempo.

Errores e Imprecisiones

• Los sistemas inerciales acumulan errores e imprecisiones debido a los errores de medición de los sensores.

• Estos errores hacen que la precisión de la posición estimada disminuya con el tiempo.

Ejemplo Práctico - Deriva

• Se presenta un ejemplo donde una unidad inercial comienza en una posición inicial sin deriva.

• A medida que avanza el vuelo, los sensores del sistema acumulan errores y la posición estimada se desfasa ligeramente de la posición real.

• La deriva aumenta con el tiempo, lo que resulta en una mayor imprecisión en la posición estimada.

Conclusiones

Resumen de la Sección: Se concluye que los sistemas inerciales son sistemas de navegación autónomos que utilizan sensores internos y una computadora para realizar cálculos y estimar la posición de una aeronave. Sin embargo, estos sistemas no son perfectos y presentan deriva, lo que afecta a la precisión de la posición estimada.

Limitaciones

• Los sistemas inerciales tienen limitaciones debido a los errores e imprecisiones acumulados con el tiempo.

• La deriva provoca una disminución en la precisión de la posición estimada.

• La tasa de deriva puede variar según la precisión de los sensores utilizados.

Importancia del Sistema Inercial

• A pesar de las limitaciones, el sistema inercial proporciona información continua sobre el desplazamiento de la aeronave sin depender de señales externas.

• El piloto puede observar cómo se mueve la aeronave en tiempo real gracias al cálculo constante y preciso realizado por el sistema inercial.

Precisión del sistema de navegación inercial

Resumen de la sección: En esta sección se explica que a medida que pasa el tiempo desde la alineación del sistema, este se vuelve menos preciso. Los errores acumulados pueden afectar la precisión del sistema y hacerlo inadecuado para la navegación.

Características y principios de los sistemas inerciales

• Los sistemas inerciales también proporcionan información sobre la actitud y el rumbo de la aeronave.

• Sirven como referencia para instrumentos básicos de vuelo como el indicador de actitud, coordinador de viajes e indicador de rumbo.

Tipos de sistemas inerciales en aviación

Resumen de la sección: Se mencionan dos tipos principales de sistemas inerciales en aviación: YNS (Inertial Navigation System) e IES (Inertial Reference System). El video se centrará en el IES por ser más moderno y utilizado actualmente.

Características del YNS

• Utiliza giroscopios y acelerómetros mecánicos convencionales.

• Requiere una plataforma nivelada mecánicamente para mantenerse alineado con respecto al horizonte y norte verdadero.

• Incorpora sistemas de corrección para compensar los efectos de deriva giroscópica real y aparente.

• Menor precisión en cálculos y estimaciones debido a componentes mecánicos.

• Mayor tasa de deriva con el tiempo.

Características del IES

Resumen de la sección: El IES utiliza giróscopos láser o de fibra óptica en lugar de los giróscopos mecánicos del YNS. No requiere una plataforma nivelada mecánicamente, lo que permite un diseño más compacto y sencillo.

Funcionamiento del IES

• La unidad de referencia inercial (IER) contiene los sensores y el procesador.

• Requiere datos como la posición inicial, altitud barométrica y velocidad TAS para realizar estimaciones de posición.

• Puede recibir datos de otras unidades para aumentar su precisión y eliminar errores.

• Calcula parámetros como velocidad con respecto al terreno, distancia recorrida, dirección e intensidad del viento, actitud de cabeceo y banqueo, rumbo verdadero y magnético, altitud y velocidad vertical inerciales.

• Envía estos parámetros a instrumentos y sistemas relevantes.

Comparación entre YNS e IES

Resumen de la sección: El YNS fue un avance significativo en su época para vuelos de largo alcance. Sin embargo, el IES ofrece ventajas como un diseño más compacto, mayor precisión en cálculos y estimaciones, tiempos de encendido y alineación más cortos, no requiere entrada manual de posición inicial en coordenadas geográficas.

Desventajas del YNS

• Diseño más pesado y complejo debido a componentes mecánicos.

• Menor precisión en cálculos y estimaciones.

• Mayor tasa de deriva con el tiempo.

• Tiempos de encendido y alineación más largos.

• Requiere entrada manual de posición inicial en coordenadas geográficas.

Ventajas del IES

Resumen de la sección: El IES ofrece un diseño más compacto y sencillo, no requiere plataforma nivelada mecánicamente, puede recibir datos de otras unidades para aumentar su precisión y eliminar errores.

Ventajas del IES

• Diseño más compacto y sencillo.

• No requiere plataforma nivelada mecánicamente.

• Puede recibir datos de otras unidades para aumentar precisión.

• Mayor precisión en cálculos y estimaciones.

• Tiempos de encendido y alineación más cortos.

• No requiere entrada manual de posición inicial en coordenadas geográficas.

Funcionalidades del IES

Resumen de la sección: El IES puede calcular varios parámetros como velocidad con respecto al terreno, distancia recorrida, dirección e intensidad del viento, actitud de cabeceo y banqueo, rumbo verdadero y magnético, altitud y velocidad vertical inerciales. Estos parámetros son enviados a instrumentos y sistemas relevantes.

Parámetros calculados por el IES

• Velocidad con respecto al terreno.

• Distancia recorrida.

• Dirección e intensidad del viento.

• Actitud de cabeceo y banqueo.

• Rumbo verdadero y magnético.

• Altitud y velocidad vertical inerciales.

Giróscopo láser y efecto Sagnac

Resumen de la sección: En esta sección se explica el funcionamiento del giróscopo láser y el efecto Sagnac, que permite medir la tasa de rotación del sensor sin necesidad de piezas móviles.

Giróscopo láser

• El giróscopo láser consiste en una unidad triangular con dos rayos láser que emiten en sentidos opuestos.

• Estos rayos llegan a un detector en una de las esquinas, lo que permite detectar la tasa de rotación del sensor.

• Proporciona la misma información que un giróscopo mecánico pero sin piezas móviles.

Efecto Sagnac

• El efecto Sagnac es utilizado para determinar la tasa de rotación del sensor.

• Se basa en el principio de interferencia entre dos fotones emitidos en sentidos opuestos.

• Si el sensor está quieto, los rayos de luz se cancelan entre sí al llegar al detector.

• Si el sensor rota, uno de los fotones recorre una menor distancia y llega antes al detector, generando un patrón de interferencia.

Principio del efecto Sagnac

Resumen de la sección: En esta sección se explica detalladamente cómo funciona el principio del efecto Sagnac utilizando un anillo con una fuente láser y un detector.

• Un anillo tiene una fuente láser en la parte inferior y un detector en la parte superior.

• Supongamos que la fuente emite dos fotones al mismo tiempo en sentidos opuestos.

• Si el detector está quieto, los fotones llegan al mismo tiempo debido a que recorren la misma distancia a la misma velocidad.

• Si el sensor rota hacia un lado, uno de los fotones recorre una menor distancia y llega antes al detector, generando un patrón de interferencia.

Medición de la tasa de rotación

Resumen de la sección: En esta sección se explica cómo se mide la tasa de rotación utilizando el efecto Sagnac y cómo se utiliza la diferencia de frecuencia entre los rayos láser para determinar la distancia recorrida.

• El sistema no detecta directamente la diferencia de tiempo entre la llegada de los fotones, sino que mide la diferencia de frecuencia.

• La frecuencia se ve alterada dependiendo de la distancia que recorra el rayo láser.

• Cada giróscopo láser mide la tasa de rotación en torno a un eje específico (guiñada, cabeceo y alabeo).

• Se utilizan tres giróscopos láser y tres acelerómetros para medir los cambios en cada eje y obtener datos de velocidad y distancia recorrida.

Desplazamiento en cada eje

Resumen de la sección: En esta sección se explica cómo se determina el desplazamiento o distancia recorrida en cada uno de los ejes x, y, z.

• Cada giróscopo láser mide el movimiento en un eje específico (guiñada, cabeceo, alabeo).

• El desplazamiento en el eje x corresponde a la distancia recorrida hacia el este o hacia el oeste.

• El desplazamiento en el eje y corresponde a la distancia recorrida hacia arriba o hacia abajo.

• El desplazamiento en el eje z corresponde a los cambios de altura de la aeronave.

Precisión y errores del sistema inercial

Resumen de la sección: En esta sección se menciona que, aunque los sistemas inerciales son más precisos que los giróscopos mecánicos, aún pueden tener ciertos errores como desperfectos en los espejos de los giróscopos láser.

• Los sistemas inerciales modernos tienen sensores más precisos y una tasa de deriva relativamente baja (0.6 millas náuticas por hora).

• Aunque pueden presentar ciertos errores, son más precisos que los giróscopos mecánicos del sistema antiguo.

Alineación inicial del sistema

Resumen de la sección: En esta sección se explica que al encenderse la unidad, el sistema inercial requiere una alineación inicial para determinar la posición actitud y rumbo inicial de la aeronave.

• Durante el proceso de alineación, se matematizan los acelerómetros con el horizonte real y se determina la dirección del norte verdadero.

• La nivelación de los acelerómetros se realiza detectando únicamente la aceleración gravitatoria cuando la aeronave está detenida.

• La dirección del norte verdadero se determina utilizando los giróscopos láser, que pueden detectar la rotación de la Tierra.

Detección del norte verdadero

Resumen de la sección: En esta sección se explica cómo el sistema inercial utiliza los giróscopos láser para detectar la dirección del norte verdadero y alinear el sistema perpendicularmente hacia él.

• Los giróscopos láser pueden detectar la rotación de la Tierra incluso cuando la aeronave está detenida en tierra.

• Esto permite al sistema inercial medir hacia dónde exactamente está girando la Tierra y alinear el sistema perpendicularmente hacia el norte verdadero.

• Normalmente, en aviación se utiliza como referencia el norte magnético, pero el sistema puede determinar también el norte verdadero utilizando una base de datos de variación magnética.

Temperatura y alineación del sistema

Resumen de la sección: En esta sección se aborda la importancia de la temperatura en el funcionamiento del sistema, así como el tiempo necesario para alcanzar la temperatura ideal de operación. También se menciona cómo la latitud de la aeronave puede afectar el proceso de alineación.

Temperatura y tiempo de alineación

• Los componentes del sistema deben alcanzar su temperatura ideal antes de comenzar a funcionar.

• A menor temperatura exterior, más tiempo tomará al sistema alcanzar dicha temperatura.

• La temperatura influye en el tiempo necesario para que los sistemas estén listos para operar.

Latitud y dirección del norte verdadero

• La latitud de la aeronave afecta la determinación de la dirección del norte verdadero.

• Cerca del ecuador es más fácil detectar la dirección en que está rotando la tierra.

• A mayor distancia del ecuador, mayor será el tiempo requerido para determinar esa dirección.

Tiempos de alineación típicos

• Los tiempos de alineación varían entre 5 y 18 minutos en sistemas modernos.

• Estos tiempos dependen tanto de la temperatura como de la latitud.

Múltiples sistemas inerciales

• Es común tener hasta tres sistemas inerciales independientes para aumentar fiabilidad y precisión.

• Cada sistema tendrá diferentes tipos de errores y tasas de deriva.

• Se compara la información estimada por cada sistema para generar una posición inercial definitiva.

Integraciones adicionales y panel de control

Resumen de la sección: En esta sección se mencionan las integraciones adicionales que pueden tener los sistemas inerciales, así como la variabilidad en los paneles de control de cada aeronave.

Integraciones adicionales

• Los sistemas inerciales pueden estar acoplados con otras computadoras para obtener datos útiles.

• Ejemplo: integración con una computadora de datos del aire para obtener información sobre viento y velocidad con respecto al terreno.

• También puede integrarse con otros sensores de navegación de la aeronave.

Panel de control

• Cada aeronave tiene su propio panel de control para el sistema inercial.

• La disposición y funciones del panel varían según el fabricante y diseño.

• Es importante familiarizarse con el funcionamiento específico del sistema en un tipo de avión.

Conclusión

Resumen final: Se invita al espectador a suscribirse y activar las notificaciones para recibir nuevos videos. No se proporciona información adicional relevante en esta parte del video.