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2010,
el año de
los ensayos en vuelo
Por: Manuel Heredia Ortiz, Industrial Manager A400M
I
Flight Test Centre Sevilla, Airbus Military. f 2009 was a year of take-offs, 2010 is without doubt the year of
Rubén Carvajal vázquez, Coordinador del Grupo de flight tests. In Spain the flight test campaign for certification of
Automatización en el Departamento de Ingeniería de A330 MRTT is in progress, and the one of the A400M military
Utillaje y Medios Industriales de Airbus Military. transport has just started. Also in progress in the rest of the world,
are the campaigns of the Canadian jet Bombardier CRJ100, the Rus-
Los autores de este artículo editan la web aergenium, que desde 2008 es el sian Sukhoi Superjet100, the Chinese COMAC ARJ21, the Americans
primer portal dedicado a la industria aeronáutica en Andalucía. Boeing 787 and 747-8 or the Japanese military transport Kawasaki
Nuestro agradecimiento especial a Jose Antonio Ojeda Rubio, Chief Test XC-2, to mention but a few.
Flight Engineer, Flight Operations, Airbus Military. These tests involve very high costs and occasionally also signifi-
cant risk. The crew for this task of extraordinary responsibility is part
S
of an elite trained in hardly five schools all around the world. But, why
i 2009 fue un año de despegues, 2010 es sin duda el año de los are these tests carried out, what do they involve?
ensayos en vuelo. En España progresa la campaña de ensayos en The objective is to gather data during flight of the aircraft to evalu-
vuelo para la certificación del A330 MRTT y acaba de comenzar ate its behaviour and validate its design. This allows, in the first place,
la del avión de transporte militar A400M. En el resto del mundo, están en finding and troubleshooting any design problems, and secondly, doc-
marcha las del jet canadiense Bombardier CRJ100, el Sukhoi Superjet100 umenting the capabilities of the aircraft in a way that can be used later
ruso, el COMAC ARJ21 chino, los Boeing 787 y 747-8 estadounidenses, o for certification in front of the authorities or for customer acceptance.
el transporte militar japonés Kawasaki XC-2, por mencionar algunos.
Estos ensayos tienen un coste muy elevado y en ocasiones pue- The Prototype Aircraft and the Flight Test Team
den llegar a ser muy arriesgados. Las tripulaciones para esta tarea de
extraordinaria responsabilidad son una élite salida de apenas cinco In order to achieve these goals, the prototype aircraft is fitted with
escuelas en todo el mundo. Pero, ¿para que se hacen y en que con- plenty of flight test instrumentation (FTI): thousands of sensors of di-
sisten los ensayos en vuelo? verse types connected to electronic racks, monitors and recording
El objetivo es recoger datos durante el vuelo de la aeronave para eva- systems so as to process, analyze and record data on board, since
luar su comportamiento y validar su diseño. Con ello se pretende, por una current technology does not allow transmitting by telemetry all the
parte depurar cualquier posible problema de diseño, y por otra documen- volume of information registered during flight.
tar las capacidades de la aeronave, para su posterior certificación por las The organization of the flight test team may vary, but typically re-
autoridades o su aceptación por el cliente. sponds to that shown in the figure. In the cockpit, the test pilot and
the test flight engineer (TFE) execute the manoeuvres. The Co-pilot is
El Avión Prototipo y el Equipo de Ensayos en Vuelo in charge of the communications and navigation to keep the aircraft
inside the area authorised for the test.
Para conseguir estos objetivos el avión prototipo incorpora gran canti- The leader of the team is the flight test engineer or FTE (not to be
dad de instrumentación de ensayos en vuelo (Flight Test Instrumentation confused with the TFE). The FTE conducts the flight from the FTI sta-
o FTI): miles de sensores diversos conectados con armarios electrónicos, tion, from which he monitors the test, and manages the recording
monitores, y sistemas de grabación para procesar, analizar y grabar los and transmission of data to the ground station.
datos a bordo, ya que la tecnología actual no permite transmitir por tele- In the telemetry room, a team of specialists receives the data in real
metría todo el volumen de información que se registra. time and supervises the status of the aircraft systems, under the coor-
La organización del equipo de ensayos puede variar, pero típica- dination of the test conductor, the only one allowed to communicate
mente responde a la representada en la figura. En cabina, el piloto with the crew during the flight.
de ensayos y el ingeniero de vuelo de ensayos (Test Flight Engineer o Once on the ground, the FTE is responsible for the test plan, and co-
TFE) se encargan de ejecutar las maniobras. El copiloto es responsa- ordinates the analysis of results by the specialists. The TFE on the other
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Un prototipo del X-29 durante un vuelo de ensayo en 1990. La imagen muestra
parte del FTI: las "lanas" pegadas a la superficie de la aeronave para visualizar
el flujo de aire, el mástil con sensores anemométricos para la calibración de los
instrumentos de a bordo, y un dispositivo de recuperación de pérdida de sustenta-
ción instalado en la cola de la aeronave (Fuente: NASA). / The No. 2 X-29 prototype
during a 1990 test flight. The image shows part of the FTI: tufts attached to the
surface of the aircraft to visually study the flow of air, the boom with anemometric
sensors to calibrate the on-board instrumentation and a stall recovery system
installed at the tail of the aircraft (Source: NASA).
2010,
a year of Flight Tests
Manuel Heredia Ortiz, Industial Manager A400M Flight
ble de las comunicaciones y la navegación para mantener la aerona- Test Centre Seville, Airbus Military
ve dentro del área autorizada para el ensayo. Rubén Carvajal vázquez, Automation Group Coordinator
Finalmente, el líder del equipo es el ingeniero de ensayos en vuelo
for Airbus Military Industrial Means and Tooling
(Flight Test Engineer o FTE, que no debe confundirse con el TFE). El
Engineering Department.
FTE conduce el vuelo desde la estación de FTI, donde monitoriza el
ensayo, y gestiona la grabación y la transmisión de datos a la esta- The authors of this article are the managers of http://aergenium.es, the first web
ción de tierra. devoted since 2008 to the aerospace industry in Andalusia, Spain.
En la sala de telemetría, un equipo de especialistas recibe los datos Special thanks to Jose Antonio Ojeda Rubio, Chief Test Flight Engineer, Flight Ope-
en tiempo real y supervisa el estado de los sistemas bajo la coordi- rations, Airbus Military
nación del conductor del ensayo, el único autorizado a comunicarse
con la tripulación durante el vuelo.
Una vez en tierra, el FTE es responsable del plan de ensayos y co- hand is in charge of coordinating the maintenance and troubleshooting
ordina el análisis de los resultados por parte de los especialistas. Por activities on the aircraft by the ground support team, and must guaran-
su parte, el TFE se encarga de coordinar el mantenimiento y la reso- tee traceability of all interventions in the aircraft technical logbook.
lución de problemas en la aeronave por parte del equipo de soporte
en tierra, y de garantizar la trazabilidad de todas las intervenciones en Test Flights
el libro técnico del avión.
Flight tests can be classified in four basic types according to their
Vuelos de Ensayos goal: envelope expansion, handling qualities, performance flights,
and system and equipment testing.
En función de su objeto, podemos distinguir cuatro tipos básicos In each case there will be a technical instruction to specify the
de vuelos de ensayos: apertura de dominio, cualidades de vuelo, ac- objective and success criteria for the test, the initial conditions (e.g.
tuaciones, y pruebas de sistemas y equipos. configuration of flaps or engines), the procedure of execution and
En cada caso existirá una instrucción técnica, que especifica el data gathering, and the safety instructions in case something goes
objeto y el criterio de éxito del ensayo, las condiciones iniciales (por wrong.
ejemplo la configuración de flaps o de motor), el procedimiento de
ejecución y de recogida de datos, y las consignas de seguridad en Flight envelope expansion
caso de que algo salga mal.
The flight envelope defines the manoeuvring capabilities of an air-
Apertura del Dominio de Vuelo craft. The V-n diagram in the figure is a typical representation, showing
the acceptable range of load factor as a function of speed. The load
El dominio de vuelo define la capacidad de maniobra de una aero- factor measures the stress at which both the structure and the crew
nave. Se suele representar en un diagrama V-n como el de la figura, are subject during a manoeuvre, and is normally measured in multi-
que muestra el rango aceptable de factor de carga en función de la ples of the acceleration of gravity (“1 g”, “2 gs”, “1 g negative”, etc).
velocidad. El factor de carga mide el nivel de esfuerzos al que se ven The limits of the flight envelope are given on one side by the con-
sometidos la estructura y la tripulación durante una maniobra, y se ditions for stall, an aerodynamic effect that appears at low speeds,
suele medir en múltiplos de la aceleración de la gravedad (“1 g”, “2 g”, and on the other side by the maximum levels of load factor and
“1 g negativa”, etc.). speed, which are defined by design so as not to compromise the
Los límites del dominio de vuelo los establecen por un lado el fe- structural integrity of the aircraft.
nómeno aerodinámico de entrada en pérdida a bajas velocidades, y Envelope expansion tests consist in taking the aircraft to the limit
por otro los niveles máximos de factor de carga y de velocidad, que of its capabilities, and therefore involve a significant risk. It is neces-
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se definen por diseño para no comprometer la integridad estructural sary to watch the onset of instability phenomena such as flutter,
de la aeronave. a vibration of aero-elastic nature that can potentially cause cata-
Los ensayos de apertura de dominio implican llevar la aeronave al límite strophic failure.
de sus capacidades, por lo que entrañan un riesgo elevado. Es necesario Anemometric calibration flights are also included in this catego-
vigilar la aparición de fenómenos de inestabilidad como el flutter, una vibra- ry. Their goal is calibrating the on-board instruments that measure
ción de origen aeroelástico que puede provocar un fallo catastrófico. e.g. speed, altitude or angle of attack of the aircraft.
En esta categoría se incluyen también los vuelos de calibración ane-
mométrica, para calibrar las indicaciones de los instrumentos de a bordo Handling qualities
que miden la velocidad, la altitud o el ángulo de ataque de la aeronave.
When we speak about the handling qualities of an aircraft we
Cualidades de Vuelo refer to the study of its characteristics of stability and control. The
goal is to reach equilibrium between the stability against pertur-
Cuando se habla de las cualidades de vuelo de una aeronave nos bations and the ease of handling, and maintain this equilibrium
referimos al estudio de sus características de estabilidad y control. El when modifying weight, position of the centre of mass, speed or
objetivo es alcanzar un equilibrio entre la estabilidad frente a perturba- altitude.
ciones y la facilidad de manejo, que debe mantenerse al variar el peso, The prototype aircraft employs ballast with water deposits and
el centrado, la velocidad o la altitud. a transfer system to modify the position of the centre of mass in
El avión prototipo utiliza un sistema de lastre con depósitos de transfe- flight and check the stability and control in static and dynamic
rencia de agua para modificar en vuelo la posición del centro de masas y regimes.
comprobar la estabilidad y el control en régimen estático y dinámico. Stall characteristics are also studied, as well as the recovery of
También se estudian las características de entrada en pérdida, y la control of the aircraft. The goal is to demonstrate that the stalling
posterior recuperación del control de la aeronave. Se pretende demos- is progressive and symmetrical, to prevent the aircraft from enter-
trar que la pérdida de sustentación es progresiva y simétrica, para evitar ing abnormal positions that could lead to a dangerous situation
que la aeronave pueda entrar en posiciones anormales que provoquen such as entering a spin or a deep stall. In these tests it is some-
una situación de riesgo como una entrada en barrena, o una pérdida times necessary to use recovery systems that use parachutes or
profunda. En estas pruebas, a veces es necesario utilizar sistemas de boosters to stabilize the aircraft and regain control.
paracaídas o cohetes para estabilizar la aeronave y recuperar el control. Another test that is both spectacular and risky is the identifica-
Otra prueba espectacular y arriesgada es la de determinación de tion of VMU (minimum unstick speed). Here the goal is to take off at
la velocidad VMU. Se intenta despegar a la mínima velocidad posible the minimum speed possible, with the maximum angle of rotation,
y con el máximo ángulo de rotación posible, arrastrando la cola del actually dragging the tail of the aircraft along the runway.
avión por la pista.
Performance flights
Actuaciones
The goal of Performance flights is to validate parameters such
Los ensayos de actuaciones tienen como objetivo validar paráme- as range, autonomy, or take-off and landing distances, which de-
tros como la autonomía, el alcance, o la longitud de despegue y aterri- fine the operation of the aircraft in the different flight phases: take-
zaje, que definen la operación de la aeronave en las diferentes fases del off, climb, cruise, descent, and landing.
vuelo: despegue, subida, crucero, descenso y aterrizaje. These parameters are very important for the client. It is neces-
Estos parámetros son muy importantes para el cliente. Es necesario sary to prove that the values foreseen by design can be reached
demostrar que se alcanzan los valores previstos por diseño en todo el throughout all the range of conditions of use of the aircraft, so the
rango de utilización de la aeronave, por lo que la campaña incluye tam- campaign typically includes also tests in extreme cold, hot or alti-
bién ensayos en condiciones extremas de frío, calor, o altitud. tude conditions.
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El equipo de ensayos en vuelo del A400M en el hangar frente al primer prototipo al comienzo de la campaña, en
noviembre del pasado año (Fuente: Airbus Military). / The A400m flight tests team in the hangar in front of the
first prototype at the beginning of the campaign, in November last year (Source: Airbus Military).
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Representación típica de la envolvente de vuelo en un Diagrama V-n (Fuente: aergenium.es). El avión prototipo y el Equipo de Ensayos en Vuelo (Fuente: aergenium.es). / The Prototype
/ Typical flight envelope representation in a V-n diagram (Source: aergenium.es). aircraft and the Flight Test Team (Source: aergenium.es).
Pruebas de Sistemas y Equipos System and Equipment Testing
Este tipo de vuelos prueban el funcionamiento de determinados These flights are designed to test the performance of particular
sistemas (eléctrico, hidráulico, planta de potencia, etc.) o equipos del aircraft systems (e.g. electrical, hydraulic, power plant, etc) or equip-
avión (comunicaciones, navegación, radar, etc). En el caso de las ae- ment (e.g. communications, radar, navigation, etc). Specific cam-
ronaves militares se incluyen también campañas específicas según el paigns are also included for military aircraft according to the different
tipo de misión, por ejemplo lanzamiento de cargas a baja cota, reabas- types of mission, e.g. low level loads delivery, on-air refuelling, landing
tecimiento en vuelo, aterrizaje en pistas no preparadas, etc. on unprepared fields, etc.
Finalmente, existen vuelos denominados mixtos, en los que se ensa- Finally, there are also so-called mixed flights, which goal is to test
yan determinados equipos o sistemas secundarios concebidos precisa- specific equipment or secondary systems designed precisely to im-
mente para mejorar las cualidades de vuelo o las actuaciones del avión. prove the handling qualities or performances of the aircraft. One such
Un ejemplo serían las pruebas de un sistema que modifique el rango de example could be the testing of a system that modifies the range of
movimiento del timón direccional para facilitar el pilotaje si se produce un movement for the rudder, in order to facilitate handling of the aircraft
fallo de motor. when an engine fails.
Vuelos de Certificación Certification Flights
Al final de la campaña de ensayos en vuelo se realizan una serie de A number of certification flights are performed at the end of the flight
vuelos de certificación, normalmente con la autoridad certificadora a bor- test campaign, normally with the certification authority on board. The
do. Su cometido es dar fe de que el avión, o un sistema determinado goal is to demonstrate that the aircraft, or a particular system, comply
cumplen con los requisitos exigidos por dicho organismo. with the certification requirements.
Los Ensayos en Vuelo del A400M A400M Flight Tests
El programa de ensayos en vuelo del A400M es particularmente com- The A400M flight test program is particularly complex, because it
plejo porque comprende todos los requisitos de certificación civil que comprises all the civil certification requirements of the European Avia-
estipula la Agencia Europea de Seguridad Aérea (EASA), y además toda tion Safety Agency, in addition to a whole range of tests to comply
una serie de pruebas adicionales para cumplir los requisitos militares de- with the military requirements defined by the air forces of the client
finidos por las fuerzas aéreas de los países clientes. nations.
La campaña contará con cinco prototipos, tres de ellos con base The campaign will make use of five prototypes, three of them
en Toulouse (MSN001, MSN003 y MSN006), y los otros dos (MSN002 based in Toulouse (MSN001, MSN003, and MSN006), and the other
y MSN004) basados en un nuevo Centro de Ensayos en Vuelo crea- two (MSN002 and MSN004) based in a new Flight Test Centre cre-
do a tal efecto en Sevilla. ated for this purpose in Seville.
En el reparto de trabajo, Sevilla ha hecho valer su experiencia y saber In the work-sharing arrangements, Seville has capitalised on its
hacer en el desarrollo de transportes militares. De esta manera se recu- experience and know-how in the development of military transport.
pera para la ciudad, gracias al A400M, una actividad de alto valor añadi- Thanks to the A400M, Seville recovers this high value-added activ-
do en la que Sevilla posee una extensa tradición, pero que con el devenir ity, in which the city has an extensive tradition, even though in recent
del tiempo se había trasladado progresivamente a la factoría de Getafe. times it had progressively shifted to the Getafe factory in Madrid.
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