In volo con l'elettronica - ElettronicaIn

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o mantenendo la temperatura dei gas di scarico (EGT) nei limiti. Registra inoltre, in un’apposita memoria a disposizione dei tecnici di manutenzione, i parametri di funzionamento e le eventuali anomalie. Siccome il FADEC è un sistema “non aggirabile”, nel senso che se si guasta non è possibile controllare i motori, nei velivoli moderni ne sono installati almeno due per propulsore, ad assicurare la necessaria ridondanza. In pratica ogni FADEC è composto di due unità complete (si chiamano ECU nei motori General Electric ed EEC nei Pratt & Whitney) che lavorano indipendentemente l’una dall’altra. Normalmente un canale controlla il motore, mentre l’altro verifica il corretto funzionamento del sistema; se va in avaria il canale attivo (o un suo sottosistema) il canale di riserva prende il controllo. Ad ogni avviamento del motore, circuiti di autodiagnosi controllano il corretto funzionamento del FADEC e dei suoi sensori. fusoliera esce automaticamente un aerogeneratore a turbina (RAT, Ram Air Turbine) che sfrutta la forza dell’aria impressa dall’avanzamento del velivolo per generare elettricità, quanta ne basta a caricare delle batterie e far funzionare il Fly-By-Wire. La RAT è stata adottata anche in aerei tradizionali come il Boeing 767 (salvò la vita ai passeggeri del celebre Gimli Glider, un 767 della Air Canada che planò da oltre 12.000 metri dopo aver finito il combustibile) e l’MD-11, dove alimenta anche le pompe degli impianti idraulici. Il suo contributo, chiaramente, viene meno nell’approccio al suolo, dato che diminuendo la velocità dell’aereo cala la potenza eolica disponibile. SENZA TIRANTI E SENZA FILI, SI CHIAMA FLY-BY-WIRELESS Nel 2010 un istituto di ricerca portoghese ha sperimentato una variante, particolarmente azzardata, del FBW: partendo dalla considerazione che, seppure meno dei sistemi meccanici, i cavi elettrici pesano, i ricercatori hanno ipotizzato la possibilità di trasmettere i comandi dal cockpit via radio. Il sistema è stato battezzato Fly-By-Wireless e si ispira alla rete a fibra ottica del Boeing 787, solo che impiega, per impartire i comandi alle superfici di governo e ricevere informazioni dai sensori di bordo, una rete wireless. Naturalmente l’aereo è per ora solo un modello telecomandato, dato che ci sono troppi interrogativi sull’applicabilità ai liner di questa tecnologia; infatti, mentre i fili del FBW rappresentano un mezzo di trasmissione sicuro, una rete wireless ha una limitata affidabilità, dovuta alla sensibilità dei link radio ai disturbi elettromagnetici (ad esempio quelli dovuti ai cellulari, che potrebbero bloccare o rallentare la trasmissione dei comandi) tale da facilitare attentati terroristici. SISTEMI DI NAVIGAZIONE L’elettronica non ha rivoluzionato solo il governo dell’aereo, ma anche il controllo del traffico: fino a qualche anno fa i velivoli avevano a bordo sistemi radio di identificazione e comunicazione abbastanza semplici e le conversazioni tra piloti e centri di controllo a terra (ma anche tra piloti di aerei in volo) avvenivano in VHF, nella gamma sopra la radiodiffusione (tipicamente in modulazione d’ampiezza, da 110 a 130 MHz) mentre l’identificazione veniva ottenuta con un transponder attivo, ossia un apparato (teorizzato per la prima volta nella Seconda Guerra Mondiale per sopperire all’incapacità del radar di distinguere gli aerei nemici da quelli alleati...) che, stimolato da un segnale radio, trasmette un codice contenente l’identificativo dell’aereo. Il transponder consente di realizzare il cosiddetto Radar Anticollisione o SSR (Radar Secondario di Sorveglianza) derivato dal sistema militare IFF. Il transponder, eccitato da un segnale a 1,03 GHz, risponde su una portante a 1,090 GHz; la portata del sistema è fino a 200 miglia nautiche. L’interrogazione del radar è costituita da due parentesi dette P1 e P3, di durata di 0,8 µs, la cui distanza determina il modo d’interrogazione: in modo A viene richiesta l’identità e la distanza tra P1 e P3 è di 8 µs; in modo C viene chiesta la quota, e la distanza tra P1 e P3 è di 21 microsecondi. Al radar anticollisione si è aggiunto il ricevitore VOR, capace di interagire con il pilota automatico o semplicemente di visualizzare, su un apposito display, la rotta e le deviazioni rispetto ad essa. Il VOR (VHF Omnidirectional Range) è un sistema di radioguida che serve a tracciare un corridoio virtuale per guidare gli aerei; in pratica indica la posizione radiale dei velivoli rispetto a una trasmittente che genera due segnali. Il suo funzionamento è molto semplice: una stazione di terra VOR, chiamata anche radiofaro, trasmette due segnali radio in VHF che vengono captati da un ricevitore a bordo dell’aereo; uno dei due è direzionale e l’altro cambia di fase ruotando di 360 gradi 30 volte al secondo, nel senso che idealmente viene trasmesso in una direzione che varia continuamente come se l’antenna emittente girasse come quella del radar. Ogni volta che il segnale “rotante” giunge dalla stessa direzione di quello fisso, lo sfasamento tra i due si annulla, mentre diventa 90° ad est, 180° a sud e 270° ad ovest. Conoscendo la velocità di rotazione della fase e la differenza di fase, il ricevitore del VOR riesce a determinare in ogni istante qual è l’angolazione della prua del velivolo rispetto al radiofaro. Spesso le stazioni di terra sono dotate anche del DME (Distance Measuring Equipment) che misura la distanza tra l’emittente e il ricevitore e permette di valutare se l’aereo sta viaggiando Elettronica In ~ Dicembre 2011 / Gennaio 2012 91
GLS: atterraggi sicuri con Galileo Quando le condizioni di visibilità impediscono l’atterraggio manuale in sicurezza, entra in gioco l’ILS, ossia il sistema di atterraggio strumentale; oggi, con la certificazione Safety Of Life del segnale EGNOS del progetto Galileo, si punta all’integrazione dell’ILS con la localizzazione satellitare. L’ILS si basa su un apparato di trasmissione a terra, operante in VHF tra 108,10 e 111,95 MHz ed in UHF tra 328,6 e 335,40 MHz, i cui segnali radio creano un sentiero che consente agli aerei di avvicinarsi alla pista con un angolo di discesa che permette di toccare terra esattamente all’inizio della pista. Al suolo, il sistema è formato da tre apparati denominati LOC, GP e MARKER. I marker, posti lungo il prolungamento dell’asse della pista, sotto la traiettoria prevista dell’aeromobile, emettono un segnale molto direttivo verso l’alto: l’antenna più lontana (Outer Marker) è posta tra 6 e 11 chilometri dall’inizio della pista, quella di mezzo (Middle Marker) tra 900 e 1.200 m, mentre l’Inner Marker si trova ad inizio pista. A bordo dell’aereo c’è un apparato composto da un ricevitore multifrequenza e da un quadrante che indica di quanto l’aereo si discosta lateralmente e orizzontalmente dal sentiero ideale di discesa. Il sorvolo dei marker viene evidenziato da segnali acustici e luminosi. Esistono tre categorie di ILS (CAT I, CAT II e CAT III) che definiscono la precisione garantita dal sistema di terra; la terza si suddivide in tre sottocategorie (CATIIIA, CATIIIB e CATIIIC) l’ultima delle quali consente l’atterraggio anche in condizioni di visibilità nulla. 92 Dicembre 2011 / Gennaio 2012 ~ Elettronica In Oggi si sta sperimentando un sistema di avvicinamento basato sulla localizzazione satellitare e che viene chiamato GLS (GPS Landing System); lo scopo è consentire l’atterraggio strumentale dove manca e non è economicamente conveniente installare l’ILS, ma anche sfruttare la localizzazione satellitare (grazie al fatto che il sistema Galileo permette di garantire l’autenticità della fonte del segnale di localizzazione e la sua qualità) su cui si basa anche l’ADS-B. Da qualche mese il segnale del sistema di correzione europeo dell’errore di posizione (EGNOS) è stato certificato come ILS CAT I e viene testato nell’atterraggio strumentale anche in Italia. Il funzionamento del GLS è molto semplice: alcuni ricevitori GPS vengono installati in prossimità delle piste, in posizioni determinate con la massima precisione; ricevendo il segnale valutano il posizionamento che esso fornisce e lo confrontano con quello reale, determinando lo scarto e quindi il fattore di correzione da applicare ai dati desunti dal GPS. Il segnale d’errore viene trasmesso mediante una portante VHF a tutti gli aerei in prossimità dell’aeroporto, i cui apparati di avvicinamento strumentale lo utilizzano per correggere i dati forniti dal ricevitore GPS di bordo, ottenendo così una precisione inferiore al metro, che consente atterraggi anche in condizioni di visibilità nulla. Un sistema del genere è più economico dell’ILS, perché richiede apparecchiature di terra e di bordo meno costose; è inoltre più affidabile e richiede una minore manutenzione. In un futuro non lontano, il GLS potrebbe permettere agli aerei di atterrare in maniera completamente automatica, come avviene con gli UAV. verso la stazione emittente o si sta allontanando da essa. I VOR funzionano entro un raggio che va dai 46 ai 240 chilometri ed operano su frequenze, valide in tutto il mondo, comprese fra i 108 e i 117,95 MHz, con ampiezza del canale di 50 kHz. I due segnali emessi dai radiofari per codificare la direzione sono a 30 Hz: quello fisso è modulato in AM e contiene il nome della stazione (in codice Morse); l’altro è in FM, modulato su una sottoportante di 9.960 Hz. Quando il ricevitore sull’aereo aggancia il VOR, la parte di segnale modulata in FM viene discriminata e confrontata con quella in AM per desumere la differenza di fase, la quale viene poi miscelata con un’onda prodotta localmente e il segnale risultante, amplificato, pilota i puntatori della girobussola, ossia dello strumento che mostra la prua dell’aereo rispetto ai punti cardinali. Cambiando la fase locale, utilizzando la manopola conosciuta come Omni-Bearing Selector (OBS) il pilota può azzerare l’angolo di una stazione; ad esempio, se desidera volare a 90 gradi rispetto a una stazione, l’OBS fa in modo che il segnale locale dia -90 gradi di fase in modo che l’ago dell’indicatore segni zero (centrato) quando il velivolo sta volando a 90 gradi rispetto al radiofaro. Per seguire una direzione, basta fare in modo che lo sfasamento rimanga costante, ossia dirigere il velivolo in modo che l’indicatore punti sempre nella stessa direzione. Proseguendo con gli apparati elettronici di navigazione, non possiamo non parlare dell’ILS (Instrumental Landing System) che si basa su stazioni a terra in grado di emettere segnali direzionali agganciandosi ai quali, un apposito apparato di bordo, consente di allinearsi alla pista quando le condizioni di visibilità non permettono al pilota di farlo con certezza.
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